Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В первый год исследований (2017-2018 гг) были секвенированы нуклеотидные последовательности генов гомологов Rht-B1, Gid1, Gid2, Dwarf53 для образцов Triticum polonicum - IC12196 и AS304; Triticum durum - WIR57974, WIR57910, WIR5790, Vetvistokoloskaya (R-107). По литературным данным эти образцы несли гиббереллин-нечувствительные гены короткостебельности с неизвестной нуклеотидной последовательностью, и в литературе обозначались как Rht-B1_IC12196, Rht-dp, Rht_R107. После анализа полученных последовательностей было установлено, что в образцах IC12196, AS304, WIR57974, WIR57910, WIR5790 и R-107 присутствует гиббереллин-нечувствительный ген короткостебельности Rht-B1b. Ранее выделяемые в отдельные типы аллели - Rht-B1_IC12196, Rht-dp, Rht_R107 – должны быть объединены под одним названием Rht-B1b. Нами был разработан CAPS маркер, сцепленный с геном короткостебельности Ddw1, который может использоваться в маркер-опосредованной селекции у ржи и тритикале. На расщепляющихся популяциях в условиях вегетационного опыта было выявлено, что ген Rht-B1p более существенно снижает высоту растений по сравнению с геном Rht-D1b. Наличие обоих генов обладает кумулятивным эффектом. При этом ген Rht-B1p(=Rht-17) в меньшей степени снижает массу 1000 семян по сравнению с геном Rht-D1b. А он в свою очередь увеличивает озерненость колоса. Гены Rht-B1b (=Rht-1) и Rht-B1p(=Rht-17) в условиях вегетационного опыта имели сходный фенотипический эффект. В целом следует отметить, что ген Rht-B1p (=Rht-17) может быть использован как дополнительных ген короткостебельности в селекционном процессе наряду с такими гиббереллин-нечувствительными генами как Rht-B1b, Rht-B1е, Rht-D1b. На четырех популяциях F2 яровой тритикале было показано, что произошло снижение высоты растений яровой тритикале за счёт гена ржи Ddw1 на 28,1-38,3%. А эффект гена пшеницы Rht-B1b проявился только в одной популяции (13,1%), в остальных он маскировался мощным эффектом гена ржи. Но при этом ген Ddw1 имеет ряд негативных эффектов на хозяйственно-ценные признаки у яровой тритикале. Он достоверно снижал массу 1000 зёрен во всех четырёх экспериментах от 9,6% до 18%, а это может сказаться на количестве или качестве будущего урожая. Также нами установлено, что во всех четырех популяциях имеется тенденция к снижению массы зерна с главного колоса под влиянием Ddw1. В свою очередь, пшеничный ген Rht-B1b в трёх популяциях показал статистически значимое увеличение числа зёрен в главном колосе (от 13,0% до 25,9%) и общую тенденцию к увеличению массы зерна в главном колосе. Таким образом, можно сделать вывод, что у яровой тритикале сочетание двух генов короткостебельности - ржаного Ddw1 и пшеничного Rht-B1b, несмотря на то что оно не приводит к дополнительному снижению высоты растений, является перспективным для селекционного процесса, так как позволяет потенциально увеличить урожайность при создании низкостебельных форм растений. В первый год исследований (2017-2018 гг) были секвенированы нуклеотидные последовательности генов гомологов Rht-B1, Gid1, Gid2, Dwarf53 для образцов Triticum polonicum - IC12196 и AS304; Triticum durum - WIR57974, WIR57910, WIR5790, Vetvistokoloskaya (R-107). По литературным данным эти образцы несли гиббереллин-нечувствительные гены короткостебельности с неизвестной нуклеотидной последовательностью, и в литературе обозначались как Rht-B1_IC12196, Rht-dp, Rht_R107. После анализа полученных последовательностей было установлено, что в образцах IC12196, AS304, WIR57974, WIR57910, WIR5790 и R-107 присутствует гиббереллин-нечувствительный ген короткостебельности Rht-B1b. Ранее выделяемые в отдельные типы аллели - Rht-B1_IC12196, Rht-dp, Rht_R107 – должны быть объединены под одним названием Rht-B1b. Нами был разработан CAPS маркер, сцепленный с геном короткостебельности Ddw1, который может использоваться в маркер-опосредованной селекции у ржи и тритикале. На расщепляющихся популяциях в условиях вегетационного опыта было выявлено, что ген Rht-B1p более существенно снижает высоту растений по сравнению с геном Rht-D1b. Наличие обоих генов обладает кумулятивным эффектом. При этом ген Rht-B1p(=Rht-17) в меньшей степени снижает массу 1000 семян по сравнению с геном Rht-D1b. А он в свою очередь увеличивает озерненость колоса. Гены Rht-B1b (=Rht-1) и Rht-B1p(=Rht-17) в условиях вегетационного опыта имели сходный фенотипический эффект. В целом следует отметить, что ген Rht-B1p (=Rht-17) может быть использован как дополнительных ген короткостебельности в селекционном процессе наряду с такими гиббереллин-нечувствительными генами как Rht-B1b, Rht-B1е, Rht-D1b. На четырех популяциях F2 яровой тритикале было показано, что произошло снижение высоты растений яровой тритикале за счёт гена ржи Ddw1 на 28,1-38,3%. А эффект гена пшеницы Rht-B1b проявился только в одной популяции (13,1%), в остальных он маскировался мощным эффектом гена ржи. Но при этом ген Ddw1 имеет ряд негативных эффектов на хозяйственно-ценные признаки у яровой тритикале. Он достоверно снижал массу 1000 зёрен во всех четырёх экспериментах от 9,6% до 18%, а это может сказаться на количестве или качестве будущего урожая. Также нами установлено, что во всех четырех популяциях имеется тенденция к снижению массы зерна с главного колоса под влиянием Ddw1. В свою очередь, пшеничный ген Rht-B1b в трёх популяциях показал статистически значимое увеличение числа зёрен в главном колосе (от 13,0% до 25,9%) и общую тенденцию к увеличению массы зерна в главном колосе. Таким образом, можно сделать вывод, что у яровой тритикале сочетание двух генов короткостебельности - ржаного Ddw1 и пшеничного Rht-B1b, несмотря на то что оно не приводит к дополнительному снижению высоты растений, является перспективным для селекционного процесса, так как позволяет потенциально увеличить урожайность при создании низкостебельных форм растений.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Во второй год исследований (2018-2019 гг) были секвенированы отобранные на основании предварительного биоинформатического анализа гены-кандидаты Rht5 - TraesCS3B02G026700 и TraesCS3B02G028900. Нам удалось выявить полиморфизмы в промоторе и 3’-некодирующей последовательности гена TraesCS3B02G026700. В позиции -353 от старт-кодона был обнаружен однонуклеотидный полиморфизм С/T. Как показал биоинформатический анализ цис-регуляторных элементов промотора, замена нуклеотида ‘C’ на нуклеотид ‘T’ в данной позиции приводит к потере элемента, связанного с реакцией на ауксины. Данное изменение может быть важным для экспрессии гена, так как кодируемый им белок является транспортером ауксинов. Также данная мутация, по прогнозу PlantPAN, может снижать вероятность метелирования промотора. На расстоянии -589…-600 нуклеотидов от старт-кодона в промоторе гена был обнаружен ИнДел 12 нуклеотидов. Данная делеция, по результатам анализа с использованием PlantPAN, приводит к исчезновению 4-х и появлению 1-го нового потенциального сайта связывания транскрипционных факторов в промоторе гена. Таким образом, обнаруженные нами полиморфизмы теоретически могут влиять на экспрессию гена. В условиях полевого опыта в двух климатических зонах РФ было изучено влияние генов короткостебельности Ddw1, Vrn-A1 и Rht-B1b на хозяйственно ценные признаки у яровой тритикале. На семьях из комбинации Хонгор х Дублет были изучены эффекты гена Ddw1 (гиббереллин чувствительный ген короткостебельности) и аллельных вариантов гена Vrn-A1 - Vrn-A1a (яровой фенотип) и Vrn-A1b (яровой фенотип). На семьях из комбинации Мудрец х Дублет были изучены эффекты: гена Ddw1 (гиббереллин чувствительный ген короткостебельности), Rht-B1b (гиббереллин нечувствительный ген короткостебельности) и аллельных вариантов генов Vrn-A1 - Vrn-A1a (яровой фенотип) и vrn-A1 (озимый фенотип). Одни и те же семьи высевались и анализировались в двух различающихся климатических зонах: Московская область и Краснодарский край. В общей сложности было проанализировано около четырех тысяч индивидуальных растений. В целом, гены Ddw1 и Rht-B1b в двух климатических зонах имели однонаправленное действие. Как и в случае вегетационного опыта, проведенного в первый год исследований – наиболее существенный эффект на высоту растений оказывал ген ржаного происхождений Ddw1 (до 45%). Ген Rht-B1b показывает более сильный эффект снижения высоты в присутствии vrn-A1 по сравнению с Vrn-A1a (14-15% против 22-23%). В целом различные аллели гена Vrn-A1 проявляли синергетический эффект с генами короткостебельности. Ген Ddw1 проявил ряд негативных эффектов – снижение массы 1000 зерен, масса зерна с главного колоса, значимо удлиняет период вегетации. Часть этих эффектов могут быть компенсированы за счет гена Rht-B1b – в полевых экспериментах он достоверно повышал озерненность колоса у яровой тритикале, а соответственно и массу зерна с колоса. Ускорить развитие растений можно с помощью гена Vrn-A1а, который в двух зонах демонстрировал ускорение перехода развития растений между фенофазами. Следует отметить, что гены Ddw1 и Rht-B1b, статистически значимо увеличивали коэффициент хозяйственной эффективности урожая. Требуется проведение второго года полевых исследований для уточнения полученных результатов. На основании полученных данных и изученных эффектов можно давать рекомендации по сочетанию тех или иных генов в генотипах яровой тритикале в зависимости от модели сорта на которую нацелен селекционный процесс. В 2018 году в полевом опыте в условиях Московской области было изучено проявление гена Rht-17 (Rht-B1p) на семьях F3 у трех комбинаций яровой мягкой пшеницы и одной комбинации яровой твердой пшеницы. Было проанализировано около пяти тысяч индивидуальных растений. По своим эффектам ген Rht-17 оказался близок к другим гиббереллин нечувствительным генам короткостебельности – Rht-1 и Rht-2. Но в комбинации, где изучался сравнительный эффект аллельных генов – Rht-17 и Rht-1, он показал ряд преимуществ по сравнению с самым распространённым геном короткостебельности. Он более существенно увеличил озерненность колоса и массу зерна с колоса. Таким образом, Rht-17 может быть использован как дополнительных ген короткостебельности в селекционном процессе наряду с такими гиббереллин-нечувствительными генами как Rht-1, Rht-2, Rht-11, а также в получении гибридной пшеницы. Главное проблемой Rht-17, на наш взгляд, является то, что его донорами являются линии крайне непривлекательные с агрономической точки зрения.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В третий год исследований (2019-2020 гг) нами был изучен уровень представленности транскриптов генов-кандидатов Rht5 - TraesCS3B02G026700 и TraesCS3B02G028900 в различных тканях вегетирующего растения. Данные гены-кандидаты и их промоторы были секвенированы нами на предыдущем этапе работы и выявлены ряд полиморфизмов, которые теоретически могут влиять на экспрессию генов. Праймеры подбирались так, чтобы их пары лежали в пределах одного экзона а 3’-концы приходились на участки, специфичные для одного из трех гомеологов у мягкой пшеницы. Нами было найдено статистически значимое снижении уровня экспрессии у гена-кандидата TraesCS3B02G026700 в растениях с геном Rht-5 по сравнению с растениями с отсутствием данного гена. При сравнении различия уровня экспрессии в тканях, наблюдался статистически значимо более низкий уровень экспрессии гена в стебле по сравнению с листьями. По гену-кандидату TraesCS3B02G028900 между сравниваемыми генотипами, каких-либо значимых закономерностей, или тенденций в уровне выявленной экспрессии выявлено не было. Также не обнаруживалось, какого-либо значимого различия между листами и стеблями изучаемых образцов. Таким образом, если судить по уровню экспрессии и выявленным различиям при биоинформатическом анализе ген TraesCS3B02G026700 является более предпочтительным кандидатом для Rht5, чем ген TraesCS3B02G028900. Ген TraesCS3B02G026700 кодирует белок, сходный с белком WALLS ARE THIN 1 (WAT1) арабидопсиса. Он представляет собой интегральный мембранный транспортер, экспрессия которого приурочена к сосудистой и механической ткани. Мутанты по гену Wat1 проявляют меньшее растяжение клеток во время роста, что связано с карликовым фенотипом растений. Также у мутантов наблюдается ослабленное формирование вторичной клеточной стенки. Были проведены исследования по второму году полевых экспериментов. В двух климатических зонах РФ было изучено влияние генов короткостебельности Ddw1, Rht-B1b и гена яровизации Vrn-A1 на хозяйственно ценные признаки у яровой тритикале. Изучались наборы семей из двух связанных комбинаций скрещивания. В обеих комбинациях был один общий родитель – яровая тритикале сорта Дублет, что обеспечивало для двух комбинация более выровненный генетический бэкграунд. На семьях из комбинации Хонгор х Дублет были изучены эффекты гена Ddw1 (гиббереллин чувствительный ген короткостебельности) и аллельных вариантов гена Vrn-A1 - Vrn-A1a (яровой фенотип) и Vrn-A1b (яровой фенотип). На семьях из комбинации Мудрец х Дублет были изучены эффекты: гена Ddw1, Rht-B1b (гибереллин нечувствительный ген короткостебельности) и аллельных вариантов генов Vrn-A1 - Vrn-A1a (яровой фенотип) и vrn-A1 (озимый фенотип). Одни и те же семьи высевались и анализировались в двух различающихся климатических зонах: Московская область и Краснодарский край. В общей сложности было проанализировано около шести тысяч индивидуальных растений. Гены Ddw1 и Rht-B1b, как и в предыдущий год исследований, в обеих климатических зонах имели однонаправленное действие. Наиболее существенный эффект на высоту растений оказывал ген ржаного происхождений Ddw1 (до 40%). Ген Rht-B1b в среднем снижал высоту яровой тритикале в зависимости от комбинации и зоны выращивания на 10-15%. Ген Ddw1, как и в первый год исследований проявил ряд негативных эффектов – снижение массы 1000 зерен, массы зерна с главного колоса, значимо удлиняет период вегетации. Но в нетипичных условиях Московской области, данный эффект не был столь выражен, как в предыдущие годы исследований. На наш взгляд это связанно с уменьшенным числом завязываемости зерна, благодаря чему и короткостебельные растения смогли обеспечить достаточный отток ассимилянтов для формирования крупных выполненных зерновок. Часть этих эффектов могут быть компенсированы за счет гена Rht-B1b – в полевых экспериментах он достоверно повышал озерненность колоса у яровой тритикале, а соответственно и массу зерна с колоса. Это подтвердилось в результате двухлетних испытаний и вегетационного опыта. Таким образом, у яровой тритикале, ген Rht-B1b, может выступать не как фактор снижения высоты (его эффект на фоне Ddw1 – не значителен), а прежде всего как ген увеличивающий озерненность колоса, а значит и потенциальный урожай. Ускорить развитие растений можно с помощью гена Vrn-A1а, который в обеих зонах демонстрировал ускорение перехода развития растений между фенофазами, это может компенсировать негативный эффект гена Ddw1 на сроки наступления фенофаз. В целом же, влияние аллельных вариантов гена Vrn-A1 оказывалось несколько разнонаправленным по годам исследования. Это объясняется тем, что данные аллели оказывают значимое влияния на сроки развития растения и в зависимости от климатических условий того или иного года могут передвинуть критические фазы формирования зерна в благоприятные или не благоприятные в данном году периоды. Гены Ddw1 и Rht-B1b, статистически значимо увеличивали коэффициент хозяйственной эффективности урожая в 2019 году, прежде всего в Московской области. Увеличение данного показателя обеспечивает потенциальную экономию на внесении удобрений при интенсивной технологии, так как питательные вещества в большей степени используются на формирование зерна. В 2019 году в полевом опыте в условиях Московской области и Краснодарского края было изучено проявление гена Rht-17 (Rht-B1p) на яровой мягкой пшенице в сочетании с различными генами яровизации и чувствительности к фотопериоду. Также же проводилось изучение проявление гена Rht-17 (Rht-B1p) на яровой твердой пшеницы в обеих зонах. По своим эффектам ген Rht-17 оказался близок к другим гиббереллин нечувствительным генам короткостебельности изученным в другие годы исследований. Таким образом, данный ген может быть использован как дополнительных ген короткостебельности в селекционном процессе наряду с другими гиббереллин-нечувствительными, а также в получении гибридной пшеницы. Одна из проблем Rht-17, что его донорами являются линии крайне непривлекательные с агрономической точки зрения, была устранена благодаря нашим работам. В результате сейчас имеется целый набор различных линий ценных с селекционной точки зрения и несущих данный ген. Эти линии уже участвуют в скрещиваниях и непосредственно вовлечены в селекционный процесс твердой и мягкой пшеницы, а также тритикале.