1.     Основные направления фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований

• Изучение механизмов интрогрессивной гибридизации и генетического контроля стрессоустойчивости растений с помощью методов хромосомной инженерии
• Микроэволюционные процессы в популяциях видов разных таксонов

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

• Исследование влияния  индивидуальных хромосом пшеницы и ее сородичей на проявление адаптивных и хозяйственно-ценных признаков при межсортовом и чужеродном замещении  хромосом
• Изучение особенностей ядерных и митохондриальных геномов при стабилизации интрогрессивных форм мягкой пшеницы, созданных на основе ячменно-пшеничных и пшенично-ржаных гибридов
• Разработка методов хромосомной инженерии для создания новых форм мягкой пшеницы, используемых в качестве генетических моделей и представляющих интерес для селекции
• Изучение генетического полиморфизма Aegilops tauschii

3.     Прикладные разработки

Совместно с лабораторией яровой мягкой пшеницы СИБНИИСХ Россельхозакадемии, г. Омск создано 3 сорта яровой мягкой пшеницы:

• Сорт Памяти Майстренко. В 2010 г передан на Госсортоиспытание, в 2013 г получен патент.
• Сорт Омская 41. В 2011 г передан на Госсортоиспытание, в 2013 г получен патент.
• Сорт Сигма. В 2013 г передан га Госсортоиспытание.

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

Создание сорта мягкой пшеницы Памяти Майстренко – экспериментальное подтверждение перспективности использования иммунных линий сорта Саратовская 29, несущих чужеродные хромосомы. 

Выполнен очередной этап создания, изучения и практического использования иммунных линий, полученных в результате интрогрессии в ядерный геном сорта яровой мягкой пшеницы Саратовская 29 генетического материала от двух дикорастущих сородичей мягкой пшеницы T. timopheevii Zhuk. (2n=28;  A^tA^tGG) и  Ae.tauschii Coss. (2n=14; D’D’).  Гибридная популяция F₂, сформированная из лучших по устойчивости к грибным патогенам растений, полученных от скрещивания сорта мягкой пшеницы Ранг с иммунной линией Л-10, была тестирована в разных экологических условиях на естественном и инфекционном фоне при заражении растений грибными патогенами. В результате отбора совместно с лабораторией яровой мягкой пшеницы СибНИИСХ Россельхозакадемии, г. Омск, на основе одной из гибридных линий был создан сорт сильной пшеницы (рис. 1), названный Памяти Майстренко в честь организатора и первого руководителя работ по созданию иммунных линий сорта Саратовская 29 О. И. Майстренко. В 2013 г. на этот сорт получен патент. Этот сорт наряду с комплексной  устойчивостью к мучнистой росе, листовой ржавчине, стеблевой ржавчине, пыльной головне, засухе, характеризует высокие технологические качества зерна. Установлено, что проявление этих адаптивных и хозяйственно-ценных признаков у сорта Памяти Майстренко связано с влиянием чужеродных хромосом, интрогрессированных в ядерный геном мягкой пшеницы. Так, у этого сорта выявлены замещения хромосом 2В и 6В на гомеологичные хромосомы G-генома T. timopheevii и замещение хромосомы 1D на ортологичную хромосому Ae.tauschii.   

Рисунок 1. Схема создания сорта яровой мягкой пшеницы Памяти Майстренко.

Множественный аллелизм доминантного гена Vrn-B1, контролирующего время колошения мягкой пшеницы.

Время начала цветения, созревания и отзывчивость мягкой пшеницы на яровизацию находиться под контролем генов Vrn. Предполагается, что разнообразие мягкой пшеницы с разной длиной вегетационного периода связано с существование множественного  аллелизма генов Vrn. С целью изучения этих вопросов проведено данное исследование.  Созданы генетические модели –  изогенные линии озимого сорта пшеницы Безостая 1 по двум доминантным аллелям гена Vrn-B1 – Vrn-B1a, Vrn-B1c и гену Vrn-A1, контролирующим яровой тип развития и время колошения мягкой пшеницы. В результате тестирования этих линий доказано наличие множественного аллелизма гена Vrn-B1 и выявлен критический период в развитии растений мягкой пшеницы, определяющий продолжительность всего вегетационного развития от всходов до колошения и созревания (рис. 2). Такой период – продолжительность времени от  появления первого узла до формирования стебля находится под контролем гена Vrn-A1 и каждого из изученных аллелей гена Vrn-B1. Созданные линии включены в дальнейшие исследования  по изучению молекулярно-генетических механизмов регуляции продолжительности вегетационного периода мягкой пшеницы.  

 Рисунок 2. Периоды развития изогенных линий и озимого сорта пшеницы Безостая 1. Растения выращены в гидропонной теплице без яровизации. Продолжительность фазы  формирования первого узла кущения у каждой изогенной линии различна. Озимый сорт Безостая 1 в этих условиях не выколашивался, оставаясь в фазе кущения.

Изучен характер изменчивости митохондриальной (мт) ДНК в процессе формирования интрогрессивных форм мягкой пшеницы в зависимости от происхождения цитоплазмы.

Обнаружены особенности состояния 18S/5S мт-повтора в зависимости от структуры ядерного генома и наличия цитоплазмы у  линий мягкой пшеницы с интрогрессией генетического материала дикорастущего ячменя H.marinum. Для изучения этих особенностей были созданы генетические модели – эуплазматические (с цитоплазмой мягкой пшеницы) и аллоплазматические (с цитоплазмой ячменя H.marinum) линии мягкой пшеницы с интрогрессией хромосомы ячменя 7HL^mar. Показано, что стерильные аллоплазматические генотипы с хромосомами ячменя 7HL^mar характеризует гомоплазмия ячменного типа, а частично фертильные и полностью фертильные – гетероплазмия (одновременное присутствие мтДНК ячменного и пшеничного типа). Вытеснение всех хромосом ячменя из генома аллоплазматической линии и полное восстановление фертильности сопровождается переходом 18S/5S мт-повтора от состояния гетероплазмии в состояние гомоплазмии пшеничного типа. У эуплазматических замещенных линий 7HL^mar(7D), 7HL^mar(7A) и 7HL^mar(7B), несущих цитоплазму мягкой пшеницы, независимо от проявления уровня фертильности, обнаружены последовательности 18S/5S мт-повтора пшеничного типа. Таким образом, выявление последовательностей мтДНК ячменного типа у аллоплазматической замещенной линии связано с наличием и хромосом, и цитоплазмы ячменя. 

Рисунок 3. Схема создания замещенных аллоплазматических и эуплазматических линий мягкой пшеницы с замещением 7HL(7D);  в  кариотипе пшенично-ячменной замещенной линии  зеленым цветом окрашены хромосомы ячменя;  ПЦР-спектр, полученный при амплификации 5’-конца 18S/5S рекомбинационного повтора митохондриальной ДНК: 1 – ячмень H. marinum; 2 – мягкая пшеница; растения линий  с цитоплазмой ячменя и  хромосомами ячменя (3 – стерильные, 4 – частично фертильные, 5 – полностью фертильные); 6 –  растения линий с цитоплазмой ячменя и отсутствием хромосом ячменя;  растения линий с цитоплазмой пшеницы и хромосомами ячменя (7 – частично фертильные, 8 – полностью фертильные). 

Изучена распространенность пшенично-чужеродных транслокаций в геноме  сортов и перспективных линиях яровой мягкой пшеницы, созданных в Западной Сибири.

Выявлены сорта с пшенично-ржаной транслокацией 1RS.1BL, носителем кластера генов Lr26/Sr31/Yr9/Pm8,  определяющих устойчивость к грибным патогенам, и сорта и линии, сочетающие пшенично-ржаную транслокацию 1RS.1BL с пшенично-пырейной транслокацией 7DL-7Ai, носителя кластера генов Lr19/Sr25. Установлено, что устойчивость к бурой ржавчине у сортов Омская 37 и Омская 38 определяется аддитивным действием генов Lr26 и Lr19, а устойчивость к стеблевой ржавчине влиянием  гена Sr25. В результате отбора на инфекционном фоне была выделена перспективная линия, несущая кластеры генов Lr26/Sr31/Yr9/Pm8 и Lr19/Sr25 и характеризующаяся хозяйственно-ценными признаками. Эта линия была передана на Государственное сортоиспытание в качестве сорта Омская 41.

Показана возможность использования аллоплазматических линий (ядерно-цитоплазматических гибридов) мягкой пшеницы (H.vulgare)-T.aestivum,  характеризующихся восстановленной фертильностью, в селекции.

На основе одного  из ядерно-цитоплазматических гибридов, имеющего в ядерном геноме пшенично-ржаную транслокацию 1RS.1BL, а в цитоплазме копии митохондриальной и хлоропластной ДНК ячменя, при сотрудничестве с СИБНИИСХ Россельхозакадемии (г. Омск) создан среднеспелый сорт яровой мягкой пшеницы Сигма. Этот сорт, сочетающий высокую полевую устойчивость к бурой и стеблевой ржавчине, устойчивость к полеганию, повышенную урожайность, по качеству зерна, отнесен к сильным пшеницам.  

Рисунок 5. Схема создания и изучения аллоплазматических линий  H.vulgare-(T.aestivum),  аллоплазматической  линии  мягкой пшеницы Л-311 с интрогрессией хромосом  1RS ржи в составе пшенично-ржаной транслокации 1RS.1BL (в кариотипе линии Л-311 хромосомы ржи окрашены зеленым цветом) и сорта яровой мягкой пшеницы Сигма.

5.     Задачи, планируемые на перспективу: формулировки должны содержать как фундаментальные научные задачи, так и возможную прикладную направленность исследований в подразделении

• Изучение особенностей изменчивости ядерных, хлоропластных и митохондриальных геномов при стабилизации  интрогрессивных линий мягкой пшеницы, формирующихся при разных направлениях скрещивания родительских видов
• Изучение влияния межсортового и чужеродного замещения определенных хромосом мягкой пшеницы и ее сородичей на адаптацию, устойчивость к грибным патогенам и абиотическим стрессам

Бывшие сотрудники

Совместители

Публикации

2010	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
2009	Clustering anthocyanin pigmentation genes in wheat group 7 chromosomes Khlestkina E.K., Pshenichnikova T.A., Roder M.S., Borner A. CEREAL RES COMMUN, 2009, 37, 391-398
	Clustreing anthocyanin pigmentation genes in wheat group 7 chromosomes Khlestkina E.K., Pshenichnikova T.A., Roder M.S., Borner A. CEREAL RES COMMUN, 2009, №3, т.37, с.391-398
	Genetic analysis of the traits introgressed from Aegilops speltoides Tausch to bread wheat and determined by chromosome 5A genes Simonov, AV; Pshenichnikova, TA; Lapochkina, IF RUSS J GENET+, 2009, 45 (7): 799-804
	Glume coloration in wheat: allelism test, consensus mapping and its association with specific microsatellite allele Khlestkina E.K., Salina E.A., Pshenichnikova T.A., Roder M.S., Borner A. CEREAL RES COMMUN, 2009, №1, т.37, с.37-43
	Aegilops tauschii Coss.: Сохранение и изучение генетического разнообразия Дудников А. Ю. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 2009, т. 166, с. 388-391
2008	Immune Saratovskaya 29 common wheat lines with multiple pathogen resistance inherited from a Triticum timopheevii x Triticum tauschii amphidiploid L.Laikova,V.Arbuzova. T.Efremova, O.Popova Genetics and Breeding, 2008, V. 37. No 1-2. P. 3-9
2007	Detection of quantitative trait loci for leaf rust resistance in wheat-T.timopheevii/T.taushii introgression lines I.N.Leonova, L.I.Laikova, O.M.Popova, O.Unger, A.Boerner, M.S.Roeder EUPHYTICA, 2007, v.155, n.1-2, p.79-86
	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
	Molecular mapping of genes determining hairy leaf character in common wheat with respect to other species of the Triticeae O. Dobrovolskaya, T.A. Pshenichnikova, V.S. Arbuzova, U. Lohwasser, M.S. Roeder, A. Boerner. EUPHYTICA, 2007, V. 55 pp. 285-293
	An Acid Phosphatase Gene Set (Acph-2) of Common Wheat Orthologous to Acph1 of Aegilops tauschii Dudnikov A. J. CEREAL RES COMMUN, 2007, 35: 11-13.
2006	Comparative mapping of genes for glume coloration and pubescence in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) Khlestkina E.K., Pshenichnikova T.A., Roder M.S., Arbuzova V.S., Salina E.A., Borner A. THEOR APPL GENET, 2006, 113:801-807
	Development of inter-varietal chromosome substitution lines of wheat (Triticum aestivum L.) bearing a rye genetic marker and their verification with microsatellite markers Efremova T.T., Leonova I.N., Arbuzova V.S., Laikova L.I. CEREAL RES COMMUN, 2006, V. 34, № 2-3, P. 973-980
	Effect of alien 5R(5A) chromosome substitution on ear-emergence time and winter hardiness in wheat-rye substitution lines Efremova T.T., Maystrenko O.I., Arbuzova V.S., Laikova L.I., Panina G.M., Popova O.M., Berezova O.V. EUPHYTICA, 2006, V. 151, N 2, 145-153.
	Microsatellite mapping of complementary genes for purple grain colour in bread wheat (Triticum aestivum L.) O. Dobrovolskaya, V.S. Arbuzova, U. Lohwasser, M.S.Roeder, A. Boerner EUPHYTICA, 2006, N150, 355-364
	Aegilops tauschii: genetic variation in Iran Dudnikov A. Ju., Kawahara T. Genetic Resources and Crop Evolution, 2006, 53: 579-586