1.     Основное направление фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований

Познание генетических механизмов изменчивости растений и управление генетическим разнообразием с целью создания нового исходного материала для селекции.

2.     Задачи, решаемые в настоящее время в рамках базового бюджетного проекта

Выявление и верификация генов и локусов, ответственных за формирование клейковинного комплекса и структуры эндосперма зерновки пшеницы, определяющих конечные технологические свойства зерна и муки, в зависимости от влияния абиотических факторов.

3.     Прикладные разработки

См. пункт 4.

4.     Иллюстрированное описание лучших результатов, полученных подразделением за последние 5 лет

Сорт мягкой пшеницы Саратовская 29 является непревзойденным по сохранению в любых условиях высоких физических свойств муки и теста. С помощью межсортовых замещенных линий Саратовская 29(Янецкис Пробат), где донором отдельных хромосом является сорт с более низкими свойствами, чем Саратовская 29 (Рис.1), было показано, что хромосома 4D реципиента несет главный ген, определяющий этот ценный агрономический признак. Для его картирования были использованы генотипированные рекомбинантные линии, каждая из которых является носителем фрагментов хромосомы 4D различной длины реципиента и донора. Линии прошли фенотипирование по силе муки и упругости в различных условиях среды. Эти фенотипические данные были интегрированы в молекулярную карту хромосомы 4D для определения местоположения локусов количественных признаков (QTL), ассоциированных с этими признаками. Локусы, определяющие силу муки и упругость теста (QDse.icg-4DL и QTen.icg-4DL, соответственно) были картированы в районе микросателлитного маркера Xgwm165 в длинном плече хромосомы 4D (Рис.2). Таким образом, впервые было показано, что уникальная эластичность теста сильного сорта пшеницы С29 - улучшителя муки слабых сортов, целиком определяется аллельным состоянием локусов количественного признака (QTL) на хромосоме 4DL. Выявленный QTL может быть использован для селекционного улучшения хлебопекарных свойств муки мягкой пшеницы.

Генетические ресурсы мягкой пшеницы являются важнейшим источником необходимых генов и признаков при создании сортов. Их изучение позволяет не только выявлять аллелизм по агрономически важным признакам, но и изучать динамику механизмов искусственного отбора для их совершенствования в зависимости от целей и задач. Впервые был проведен кластерный анализ структуры популяции в коллекции стародавних и современных сортов мягкой пшеницы по комплексу технологических свойств зерна и муки. Группы различались по времени создания сортов – до 60-го года прошлого века (стародавние) и в период с 1960 по 1990-е годы (современные). Главным дифференцирующим признаком явилась структура эндосперма зерновки. Стародавние сорта являются, преимущественно, носителями доминантного аллеля гена Ha, вытесненного из современных сортов и определяющего мучнистый тип эндосперма. Одновременно ряд стародавних сортов являются носителями локусов, определяющих стабильно высокое содержание клейковины в зерне. Группа 1 (стародавние сорта) кластерного анализа представлена исключительно сортами с наивысшим содержанием клейковины – 38% (Рис.3). В данной группе сортов это свойство коррелирует с встречаемостью определенных аллелей микросателлитных локусов в хромосомах 7AS и 2DS, которые отсутствуют среди сортов группы 2 (современные сорта). Это указывает на утрату современными сортами пшеницы аллелей ценных генов агрономически важных признаков.

По физическим свойствам теста (силе муки, упругости и растяжимости) две группы сортов не различались столь четко, хотя в группе стародавних сортов образцы с низкой силой муки встречаются чаще. Было отмечено, что сорта с самой высокой силой муки (300 единиц альвеографа и выше), как правило, имеют в своей родословной сорт Саратовская 29 – стандарт сильной яровой пшеницы. Таким образом, стародавние сорта мягкой пшеницы могут быть источником генетического разнообразия по мукомольным параметрам и содержанию клейковины в зерне при создании новых сортов.

Рисунок 3. Кластеризация образцов из коллекции российских стародавних и современных сортов мягкой пшеницы на основе среднего содержания сырой клейковины в зерне

Идентифицирован новый ген Ha-Sp, определяющий структуру эндосперма зерновки пшеницы и мукомольные свойства зерна. Ген интрогрессирован в геном мягкой пшеницы от дикого диплоидного злака Ae. speltoides, донора генома В культурного вида. Новый ген аналогичен по своему действию известному гену Ha из генома D пшеницы. Два гена взаимодействуют аддитивно. Впервые получены супермягкозерные генотипы, существенно увеличивающие генетическое разнообразие пшеницы по мукомольным свойствам и технологическому назначению.

Впервые показано, что дикие сородичи мягкой пшеницы могут быть донорами генов, улучшающих комплекс различные технологические свойства зерна и муки. В линиях озимой пшеницы Alcedo с интрогрессией от дикого тетраплоида Aegilops markgragii и у их родителей были изучены мукомольные показатели, содержание клейковины в зерне и физические свойства теста. Линии несут маркированные с помощью микросателлитных маркеров интрогрессии в хромосомы 2АS, 2BS, 3BL, 4AL и 6DL. Было установлено, что в линиях существенно улучшились мукомольные показатели – увеличились стекловидность и диаметр частиц муки (Таблица 1). Одновременно достоверно увеличилось содержание клейковины в зерне на 10% (Рис. 4, А). Следствием этого стало значительное улучшение реологических и смесительных свойств теста (Рис. 4, Б). У линий, по данным альвеографа, сила муки увеличилась в 2 раза, а упругость теста – почти в 1,5 раза. При этом растяжимость теста осталась неизменной. Линии, в отличие от исходного сорта Alcedo, могут быть отнесены к «сильным» сортам пшеницы.

Рисунок 4. Содержание клейковины (А) и физические свойства теста (Б) в линии М483/98 озимого сорта Alcedo с интрогрессиями от дикого злака Ae. markgrafii

5.     Задачи, планируемые на перспективу

Поиск в геноме пшеницы молекулярных маркеров, ассоциированных с комплексом физиологических реакций растений на засуху на стадии позднего онтогенеза, когда происходит формирование эндосперма зерновки; определение эффектов генов и локусов, контролирующих технологические параметры зерна и другие агрономически важные признаки путем введения генотипированных чужеродных интрогрессий в различные генотипические среды. Созданный в результате фундаментальных исследований генетический материал может быть источником новых генов для создания сортов пшеницы с улучшенными хозяйственно-ценными свойствами.

Бывшие сотрудники

Публикации

2011	КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА WheatPGE ДЛЯ АНАЛИЗА ВЗАИМОСВЯЗИ ФЕНОТИП-ГЕНОТИП-ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА У ПШЕНИЦЫ М.А. Генаев, A.В. Дорошков, Е.В. Морозова, Т.А. Пшеничникова, Д.А. Афонников Vavilov journal of genetics and breeding, 2011
	Leaf dehydroascorbate reductase and catalase activity is associated with soil drought tolerance in bread wheat SV Osipova, AV Permyakov, MD Permyakova, TA Pshenichnikova, A Boerner ACTA PHYSIOL PLANT, 2011, v. 33, p.2169-2177
	Активность липоксигеназы и глутатион-зависимой протеин дисульфид оксидоредуктазы в зерновках межсортовых замещенных линий пшеницы Triticum aestivum L. с различным качеством клейковины Осипова С.В., Пермякова М.Д., Т.А. Пшеничникова, Ермакова М.Ф. Физиология и биохимия культурных растений, 2011, №4
	Tolerance of prolonged drought among a set of bread wheat chromosome substituion lines SV Osipova, AV Permyakov, MD Permyakova, VA Davydov, TA Pshenichnikova, A Boerner CEREAL RES COMMUN, 2011, v.39, p.343-351
	Анализ особенностей морфологии и наследования опушения листа пшеницы Triticum aestivum L. с помощью компьютерных методов фенотипирования. Дорошков А.В., Пшеничникова Т.А., Афонников Д.А. RUSS J GENET+, 2011, Т. 47, № 6, с. 839–843.
2010	Качество зерна у почти изогенных линий мягкой пшеницы сорта Саратовская 29 Арбузова В.С., Ефремова Т.Т., Ермакова М.Ф., Чистякова А.К. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2010, №12. С. 13-21.
	Роль липоксигеназы в определении качества зерна пшеницы Пермякова М.Д., Труфанов В.А., Т.А. Пшеничникова, Ермакова М.Ф. APPL BIOCHEM MICRO+, 2010, v. 46, №1, p. 96–102
	Effect of arabinogalactan isolated from siberian larch on the baking value of soft wheat flour and bread quality M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, T.A. Pshenichnikova, E.N. Medvedeva, N.A. Neverova, L.A. Belovezhets, V.A. Babkin RUSS J BIOORG CHEM+, 2010, Vol. 36, No. 7, pp. 951–956
	Functional diversity at Rc (red coleoptile) locus in wheat (Triticum aestivum L.) Khlestkina E.K., Roder M.S., Pshenichnikova TA, Borner A. MOL BREEDING, 2010, 25, 125-132
	The effects on grain endosperm structure of an introgression from Aegilops speltoides Tausch. into chromosome 5A of bread wheat T.A. Pshenichnikova, A.V. Simonov, M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, E.V. Morozova EUPHYTICA, 2010, Volume 175, Number 3, 315-322
	Effect of аrabinogalactan isolated from siberian larch on the baking value of soft wheat flour and bread quality. M. F. Ermakova, A. K. Chistyakova, L. V. Shchukina, T. A. Pshenichnikova, E. N. Medvedeva, N. A. Neverova, L. A. Belovezhets, V. A. Babkin RUSS J BIOORG CHEM+, 2010, ISSN 1068_1620, Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2010, Vol. 36, No. 7, pp. 951–956. © Pleiades Publishing, Ltd., 2010.
2009	Влияние арабиногалактана, выделенного из древесины лиственницы сибирской, на хлебопекарные достоинства муки мягкой пшеницы и качество хлеба М.Ф. Ермакова, А.К. Чистякова, Л.В. Щукина, Т.А. Пшеничникова, Е.Н. Медведева, Н.А. Неверова, Л.А. Беловежец, В.А. Бабкин. Химия растительного сырья, 2009, №1, с.161-166
2007	Технологические качества зерна и муки у линиий мягкой пшеницы с интрогрессией от Aegilops speltoides Tausch Т.А. Пшеничникова, М.Ф. Ермакова, А.К. Чистякова, Л.В. Щукина, И.Ф. Лапочкина Сельскохозяйственная биология, 2007, №5, с.86-89
	GSH-dependent proteindisulfide oxidoreductase of wheat grain: activity in maturing wheat kernels and relationship with rheological properties of dough S Osipova A Permyakov T Mitrofanova V Trufanov M Ermakova A Chistyakova T Pshenichnikova CEREAL RES COMMUN, 2007, 35:1477-1486
	The inheritance of morphological and biochemical trauts intrigressed into common wheat (Triticum aestivum L.) from Aegilops speltoides Tausch T.A. Pshenichnikova, I.F. Lapochkina, L.V. Shchukina Genetic Resources and Crop Evolution, 2007, 54: 287-293
2006	Молекулярное картирование локусов связанных с показателями качества зерна мягкой пшеницы ТА Пшеничникова МФ Ермакова АК Чистякова ЛВ Щукина А.Бернер М Редер Сельскохозяйственная биология, 2006, №5 41-47

Конференции

2011	The use of monosomic lines of bread wheat for verification of quantitative trait loci (QTL) 15th EWAC-Eucarpia Cereals Section Conference
	Lipoxygense activity in bread wheat: inheritance and relationship to drought tolerance MD Permyakova, EZ Voronina, AV Permyakkov, SV Osipova 15th EWAC-Eucarpia Cereals Section Conference
	Genetic variability of detoxification enzymes activity in leaves of inter-varietal substituion lines of bread wheat with different tolerance to water deficit SV Osipova, AV Permyakov, MD Permyakova, A Boerner 15th EWAC-Eucarpia Cereals Section Conference
	Effect of the grain softness locus Ha-Sp introgressed from Aegilops speltoides Tausch. on the phenotype of endosperm of soft-grain and hard-grain bread wheat cultivars A.V. Simonov, M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, E.V. Morozova, T.A. Pshenichnikova EWAC - The European Cereals Genetics Co-operative. EUCARPIA Ctreals Section. The 15th International EWAC Conference.
	Cereal genetic stocks - examples of successful co-operation A Boerner, EK Khlestkina, K Neumann, B Kobiljski, U Lohwasser, V Korzun, MS Roeder 15th EWAC-Eucarpia Cereals Section Conference
	Exploitation of Saratovskaya 29/Janetzkis Probat 4D*/7A substituion and derivate lines for comprehansive phenotyping and molecular mapping of quantitative trait loci (QTL) S Landjeva, T Karceva, A Boerner 15th EWAC-Eucarpia Cereals Section Conference
	Prospects for the use of cytogenetic collection and their derivative forms in bread wheat for identification and mapping of new genes. T.A. Pshenichnikova, M.D. Permyakova, S.V. Osipova, A.V. Permyakov, A. Borner, S. Landjeva, T. Carceva, E.K. Khlestkina, A.V. Simonov, E.V. Morozova, L.V. Shchukina. The International Conference “Wheat Genetics Resources and Genomics”.
	Hight througput phenotyping approach to analysis of the leaf hairiness in wheat. D.A. Afonnikov, A.V. Doroshkov, M.A. Genaev, T.A.Pshenichnikova. The International Conference “Wheat Genetics Resources and Genomics”.
	Analysis of leaf hairiness morphology wheat: computational approaches using image processing technique. A.V. Doroshkov, M.A. Genaev, T.A.Pshenichnikova, D.A. Afonnikov. The International Conference “Wheat Genetics Resources and Genomics”.
	Technological properties of grain and flour in bread wheat lines with introgressions from Aegilops speltoides and Aegilops markgrafii. M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, T.A. Pshenichnikova, E.V. Morozova, A.V. Simonov, A. Weidner, A. Börner. The International Conference “Wheat Genetics Resources and Genomics”.
	Chromosomal location of the gene QS introgressed in bread wheat from Aegilops speltoides Tausch, and it’s interaction with the gene Q from Triticum spelta L. A.V. Simonov, T.A. Pshenichnikova. The International Conference “Wheat Genetics Resources and Genomics”.
	Technological properties of grain and flour in bread wheat lines with introgressions from Aegilops speltoides and Aegilops markgrafii. M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, T.A. Pshenichnikova, E.V. Morozova, A.V. Simonov, A. Weidner, A. Börner. AGRISAFE Final Conference. Climate Change: Challenges and Opportunities in Agriculture.
	Exploitation of Saratovskaya 29 / Janetzkis Probat 4D*7A substitution and derivate lines for comprehensive phenotyping and molecular mapping of quantitative traits loci (QTL) T.A. Pshenichnikova, E.K. Khlestkina, L.V. Shchukina, A.V. Simonov, A.K. Chistyakova, E.V. Morozova, S. Landjeva, T. Karceva, A. Börner EWAC - The European Cereals Genetics Co-operative. EUCARPIA Ctreals Section. The 15th International EWAC Conference. 7-11 November 2011, Novi Sad, Serbia
	The use of monosomic lines of bread wheat for verification of quantitative trait loci (QTL) T.A. Pshenichnikova, L.V. Shchukina, A.V. Simonov, A.K. Chistyakova, E.V. Morozova EWAC - The European Cereals Genetics Co-operative. EUCARPIA Ctreals Section. The 15th International EWAC Conference.
	Maintenance and utilisation of wheat genetic resources for future breeding Börner A., Khlestkina E.K., Pshenichnikova T.A., Chebotar S., Rehman-Arif M.A., Neumann K., Kobiljski B., Lohwasser U., Röder M.S. The International Conference “Wheat Genetic Resources and Genomics ”
2010	Методы компьютерного анализа в исследовании опушения листа пшеницы TRITICUM AESTIVUM L. Дорошков А.В., Генаев М.А., Пшеничникова Т.А., Афонников Д.А. VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодеж и современные информационные технологии" г. Томск
	Исследование опушения листа пшеницы Triticum aestivum L. с помошью высокоэффективных методов фенотипирования Дорoшков А.В., Генаев М.А., Афонников Д.А., Пшеничникова Т.А. XLVIII Международная научная студенческая конференция "Студент и научно- технический прогресс", г. Новосибирск, 10-14 апреля 2010 г.
	Identification of the new gene Ha2, determining endosperm texture of bread wheat grain, introgressed from Aegilops speltoides Tausch. M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, A.V. Simonov, T.A. Pshenichnikova The International Conference “Plant Genetics, Genomics, and Biotechnology”
	Analysis of leaf hairiness in wheat Triticum aestivum L. using the high throughput phenotyping approach. A.V. Doroshkov, M.A. Genaev, T.A. Pshenichnikova, D.A. Afonnikov The International Conference “Plant Genetics, Genomics, and Biotechnology”
	Leaf dehydroascorbate reductase and catalase activity is associated with drought tolerance in bread wheat. S.V. Osipova, A.V. Permyakov, M.D. Permyakova, M.V. Kovalenkova, T.A. Pshenichnikova, A. Börner. The International Conference “Plant Genetics, Genomics, and Biotechnology”
	Using a computer-base image processing technique in genetic analysis of leaf hairiness in wheat Trticum aestivum L. A.V. Doroshkov, M.A. Genaev, T.A.Pshenichnikova, D.A. Afonnikov. The 7th International Conference on Bioinformatics of Genome regulation and Structure.
	Flavonoid biosynthesis genes in wheat: genome location and function Khlestkina E.K., Tereshchenko O.Y., Pshenichnikova T.A., Arbuzova V.S., Röder M.S., Börner A., Salina E.A. 8th International wheat conference
2009	Identification of the new gene Ha2, determining endosperm texture of bread wheat grain, introgressed from Aegilops speltoides Tausch. M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, A.V. Simonov, T.A. Pshenichnikova German-Russian forum Biotechnology GRFB'09, Novosibirsk
	Mapping of QTLs associated with the important agronomic traits using recombinant substitution dihaploid lines Saratovskaya 29 (Janetzkis Probat 4D) Pshenichnikova T.A., Ermakova M.F., Chistyakova A.K., Shchukina L.V., KhlestkinaE.K., Simonov A.V., Morozova E.V., Borner A., Roder M., Landjeva S. German-Russian forum Biotechnology GRFB'09, Novosibirsk
2008	Перспективы использования арабиногалактана из “лиственницы сибирской” в хлебопечении. Медведева. Е.Н., Неверова Н.А., Беловежец Л.А., Бабкин В.А., Ермакова М.Ф., Чистякова А.К., Щукина Л.В., Пшеничникова Т.А. Всероссийская научно-практическоая конференция «Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания», Иркутск, 15-17 октября 2008 года.
	From cytogenetic to molecular approach and backwards: investigations of grain quality in bread wheat. Pshenichnikova T.A., Ermakova M.F., Chistyakova A.K., Shchukina L.V., Osipova S.V., Röder M., Börner A. In R. Appels, R. Eastwood, E. Lagudah, P. Langridge, M. Mackay, L. McIntyre, P. Sharp (Eds.) Proceedings of the 11th International Wheat Genetics Symposium.
	Combining cytogenetic and molecular approaches for investigations of grain quality in bread wheat. Pshenichnikova T.A., Ermakova M.F., Shchukina L.V., Chistyakova A.K. The Russian-French Conference “Problems and Prospects in Plant Biotechnology”.
2007	The history of the development of precise genetic stocks of bresd wheat in Novosibirsk and their application fro investigations of grain quality M.F. Ermakova, T.A. Pshenichnikova, Shchukina L.V., S.V. Osipova, T.N. Mitrofanova, A.Börner, U. Lohwasser, M. Röder The 14th International EWAC Workshop dedicated to 40th Anniversary of European Wheat Aneuploid Co-operative, 6-10 May 2007, Istanbul, Turkey
	Генетический контроль различных типов опушения листа растения пшеницы и его роль в адаптации к засухе Т.А. Пшеничникова, О.Б. Добровольская, Л.В. Щукина Всероссийская конференция с иностранным участием "Устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды", г. Иркутск, 16-19 сентября 2007 г.
	Diversity of Siberian bread wheat cultivars on grain quality in dependence of the breeding period. M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, E.V. Morozova, E.K. Khlestkina, T.A. Pshenichnikova The 14th International EWAC Workshop dedicated to 40th Anniversary of European Wheat Aneuploid Co-operative, 6-10 May 2007, Istanbul, Turkey
	The diversity of the trait “leaf hairiness” among the bread wheat accessions and their hybrids. T.Eu. Aleshina, L.V. Shchukina, Т.А. Pshenichnikova. The 14th International EWAC Workshop dedicated to 40th Anniversary of European Wheat Aneuploid Co-operative, 6-10 May 2007, Istanbul, Turkey

Гранты

2011	моб_з - Участие молодых российских ученых в научных мероприятиях, проводимых за рубежом Номер гранта 11-04-09728-моб_з

Научное руководство

2010	Генетическое изучение признаков, влияющих на морфологию колоса и структуру эндосперма зерновки пшеницы (Triticum aestivum L.), интрогрессированных от Aegilops speltoides Tausch. Симонов Александр Владимирович 2010-11-24