1.     Основное направление исследований

Изучение частной и сравнительной генетики пшениц и их сородичей, систематики, филогении и эволюции пшениц. Разработка методических основ селекции растений и создание исходного материала для сортов новых поколений.

Задачи, решаемые в рамках основного направления на данном этапе

1. Поиск генов, включенных в процессы доместикации и эволюции пшениц.
2. Разработка и совершенствование методов создания генотипов растений, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам, возникающим в связи с локальными и глобальными изменениями климата.
3. Создание и сбор генетических и фенотипических коллекций пшениц и их сородичей с целью селекционно-генетического использования, разработка методов тестирования их жизнеспособности при длительном и краткосрочном хранении.

2.     Аннотация базового бюджетного проекта подразделения

Бюджетный проект VI.53.1.1. «Генетическое разнообразие возделываемых растений как основа эволюции и селекции» (координатор проекта: чл.-корр. РАСХН. Н.П. Гончаров). № гос. регистрации 01201280333. В рамках проекта запланировано проведение комплексных экспериментальных исследований, направленных создание и глубокое и всестороннее изучение видов возделываемых растений, с последующей целью способствовать сохранению ценных видов в культуре и рациональному использованию их разнообразия в селекционно-генетических исследованиях.

Сектор генетики пшениц отвечает за 2 блок бюджетного проекта:

Блок А. «Расширения биоразнообразия пшениц и сохранение вторичного генофонда (рук. Н.П. Гончаров)» и Блок Г. «Изучение ферментов метаболизма ароматического обмена и лигнификации у различных видов трибы Triticeae в связи с их функцией при формировании цветоносных побегов злаков» (рук. - д.б.н. А.А. Коновалов).

3.     Прикладные разработки

В секторе отработанные методики определения содержания лекнина у растений с последующим их использованы в селекционных исследованиях, связанных с хозяйственно значимыми признаками стеблей злаков.

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

Выявленные и описаные новые аллели генов VRN1, позволяют сделать заключение о независимом происхождении яровости (однолетности) у доместицированных пшениц от их диких предков.

Гены Vrn (от анг. response to vernalization) детерминируют одно-двулетний тип развития (яровость-озимость) и скорость протекания многих процессов роста и развития растения пшеницы, а, следовательно, и выраженность многих хозяйственно-важных признаков, в том числе искороспелость. В работе у образцов, с изученным характером наследования типа развития, молекулярно-биологическими методами определен характер мутаций в регуляторных районах генов, вовлеченных в процесс доместикации и селекции. Кроме того, определялась частота распространения такого рода мутаций среди видов пшениц разного уровня плоидности.. Таким образом, яровость у возделываемых тетра- и гексаплоидных видов пшениц была получена первобытным селекционером или возникла при культивировании de novo. 

Рисунок 1. Вариабильность VRN1 промоторов A генома у пшениц различного уровня плоидности и их происхождение. Прямоугольниками указаны делеции (маленький прямоугольник равен 8 bp), треугольниками – вставки транспозонов. T_m - T. monococcum L., T_u - T. urartu Thum. ex Gandil., T_b – T. boeoticum Boiss., T_tu – T. turgidum L., T_di – T. dicoccum (Schrank) Schuebl., T_du – T. durum Desf., T_t – T. turanicum Jakubz., T_ti – T. timopheevii (Zhuk.) Zhuk., T_ar – T. araraticum Jakubz.; Sar – замещенная линия Саратовская 29/рожь Вьетнамская 5R(5A), Pir – сорт Пиротрикс 28, Mir – сорт Мироновская яровая, Jup – сорт Jupateko.

Полученная информация будет способствовать созданию картины процесса доместикации у злаков, более детальному анализу эволюционных взаимоотношений видов пшениц и может быль использована при селекции яровых сортов культуры на скороспелость-позднеспелость.

Показано, что контроль над механизмами лигнификации у растений, позволяет их эффективно использовать как возобновляемые источники различных ресурсов, как материальных (в основном, вискозное волокно), так и энергетических (биотопливо).

Стебли злаковых культур представляют собой сложный композиционный материал, в основном состоящий из природных полимеров – целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы. Обнаружены различия по химическому составу и спектральным характеристикам растительного материала. Ткани ломкостебельной ржи гораздо сильнее окрашиваются на лигнин, чем ткани нормальной ржи. Повышенное содержание лигнина у мутантов приводит не к увеличению механической прочности стеблей, а к увеличению хрупкости соломины; это связано с повышенным содержанием сирингильных групп и ослаблением связей лигниновых блоков с полисахаридными компонентами клеточных стенок. 

Отработанные методики определения могут быть использованы в селекционных исследованиях, связанных с хозяйственно значимыми признаками стеблей злаков.

Определены эффективные гены, контролирующие устойчивость к бурой ржавчине у искусственных амфиплоидов мягкой пшенице. Показано, что для эффективного контроля признака «устойчивость к бурой ржавчине» достаточно наличие одновременно двух генов, обусловливыающих проявления признака в одном сортообразце.

Серьезной проблемой при селекции большинства сельскохозяйственных культур, в том числе и мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) является их крайне узкое генетическое разнообразие. Создание генотипов растений, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам требует расширения биоразнообразия. Результаты оценки амфидиплоидов по устойчивости к бурой ржавчине в фазе проростков представлены на рис.1 (эксперимент выполнен совместно с к.б.н. Е.И. Гультяевой, ВИРЗ, СПб-Пушкин) и выявлении у них генов контрорлирующих признак (рис.4).

Рисунок 4. Результаты оценки амфиплоидов по устойчивости к ржавчине лабораторным методом инокуляции отрезков листьев по методу (Михайловой, Квитко, 1976).

Микросателлитный маркер SCM9 является универсальным для отбора сортов с пшенично-ржаными транслокациями 1AL.1RS и 1BL.1RS (Weng Y. et al. 2007). Наличие фрагмента размером 207 п.о. указывает на наличие транслокации 1BL.1RS, а фрагмента 228 п.о. на наличие 1АL.1RS транслокации (рис.5).

Рисунок 5. Идентификация 1АL.1RS транслокации у искусственных амфиплоидов мягкой пшеницы.

5.     Задачи, планируемые на перспективу

• получить новые, важные для понимания эволюционных процессов, протекающих при доместикации пшениц, знания;
• собрать новые фен- и создать уникальные генколлекции, в том числе образцов пригодных для разработки инновационных ресурсосберегающих технологий;
• получеть новые формы, обладающие необходимой для использования в селекции выраженностью хозяйственно-важных признаков. 

Совместители