Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Основные научные результаты за 2019 г. по проекту: «Фенотипирование и генотипирование линий синтетической гексаплоидной пшеницы (T. durum x Ae. squarrosa) и выявление генов полезных признаков методом ассоциированного маркирования для повышения устойчивости к абиотическим и биотическим стрессам в условиях России» следующие: 1. Проведен анализ эффектов от использования молекулярных маркеров в селекции озимой пшеницы: 1.1 С целью проведения проверки эффекта от использования молекулярных маркеров, разработанных для генов хозяйственно-ценных признаков, в гибридных популяциях F2, полученных от скрещивания сортов озимой пшеницы с синтетическими линиями, был проведен отбор 400 растений (200 растений – с извлечением ДНК для генотипирования с использованием KASP-маркеров и 200 – методом традиционного отбора). Осенью 2019 г. семена 100 элитных растений двух вариантов были высеяны для сравнительной фенотипической оценки в 2020 г. по признакам зимостойкости и продуктивности. Данная оценка позволит выявить эффект от применения KASP-маркеров для ускорения селекционного процесса и повышения эффективности селекции озимой пшеницы. 1.2 Выявлены источники, представляющие высокую ценность для селекции на устойчивость к болезням, высокую зимостойкость и урожайность среди линий синтетической озимой пшеницы: №2 Ukr-Od 952.92 / Ae.squarrosa (1031), №3 Ukr-Od 1530.94 / Ae.squarrosa (629), №4 Ukr-Od 1530.94 / Ae.squarrosa (1027), №5 Ukr-Od 1530.94 / Ae.squarrosa (629), №7 Т 4646к10. 2. Проведен анализ эффектов от использования молекулярных маркеров в селекции яровой пшеницы: 2.1. Проведено маркирование SNP-локусов в платформу KASP (38 маркеров), которые будут использованы в дальнейшей работе для маркер-контролируемого отбора генотипов с комплексом хозяйственно-ценных признаков в условиях Западной Сибири. 2.2 Математический анализ вклада идентифицированных генов, с использованием 42-х KASP-маркеров, в продуктивность растений показал, что в годы исследований, наибольший вклад в продуктивность растений и устойчивость к болезням вносила пшенично-ржаная транслокация 1RS.1BL. Существенный вклад в продуктивность растений отмечен по QTL Ku_c19185_1569, генам Vrn-A1 и 1-feh w3. Выделены селекционные линии с данными генами в различных сочетаниях, которые целесообразно вовлекать в гибридизацию в качестве ценного генетического ресурса. 3. Исследования по корневой системе проведены в питомнике, состоящем из набора 50 различных сортов и синтетически линий яровой пшеницы (Roots-19). В условиях аэропоники (опыт проведен в Бельгии) выявлен достоверный вклад генов засухоустойчивости 1-feh w3 и TaDreb-B1, Vrn-A1 (продолжительность периода всходы-колошение) и TaGW2-6А (массы зерновки) в развитие корневой системы яровой пшеницы. В полевых условиях по пару, аналогично, в формирование корневой системы большой вклад вносили гены засухоустойчивости TaDreb-B1, 1-feh w3 и ген, контролирующий массу зерновки TaGS5-3А. В опыте по зяби наибольший эффект имели гены, в основном контролирующие продолжительность вегетационного периода, TaSus2-2B, TaMOT1-D1, Ppd-D1, Tabas1-В1, а также гены массы зерновки TaGW2-6А, TaPRR73-B1 и короткостебельности Rht-D1. Таким образом, в трех различных экспериментах отмечено достоверное влияние корневой системы на повышение засухоустойчивости, крупности зерна и продолжительности вегетационного периода. 4. Проведено изучение нового набора синтетиков с разным сочетанием геномов: Из 69 номеров нового набора синтетических линий по результатам генотипирования с использованием KASP-маркеров и отбора по элементам продуктивности выделено 8 линий : № 81 Ceta / Ae. squarrosa (255), №97 NavJ07 / T. boeoticum (24) №104 Weaver / Ae. squarrosa (328), №71 Cirno C 2008 / Ae. squarrosa (224), №72 Cirno C 2008 / Ae. squarrosa (255), №51 Cirno C 2008 / T. boeoticum (69), №77 Altar 84 / Ae. squarrosa (429), №88 Gk Aron / Ag Seco 7846 // 2180 /4/ 2*Milan / Kauz // Prinia /3/ Bav92 /5/ Ae. squarrosa(177). 5. Создан ценный исходный материал на основе синтетических гексаплоидов пшеницы: Была проведена гибридизация реестровых сортов пшеницы с яровыми синтетическими линиями, выделенными по результатам изучения в 2017–2018 гг. Было получено 5343 гибридных зерна по 137 комбинациям скрещивания. Созданы линии с высокой потенциальной урожайностью, комплексом генов устойчивости к болезням, с новыми эффективными генами, привнесенными от синтетических гексаплоидов пшеницы. Доказан положительный вклад генов, идентифицированных с помощью KASP-маркеров, в формирование параметров корневой системы и урожайности. По результатам маркирования SNP-локусов в платформу KASP подобрано 38 маркеров, которые вносят значимый вклад в формирование хозяйственно-ценных признаков в условиях Западной Сибири. Использование данной платформы KASP в селекционных программах будет способствовать ускорению процессов создания коммерческие сортов пшеницы с использованием методов маркер-ориентированний селекции по генетически детерминированным признакам с положительным эффектом устойчивости к биотическим и абиотическим стрессовым факторам, имеющим важное значение для повышения и стабильности урожая в регионе.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Отчет о выполнении проекта в 2020 году № 16-16-10005 «Фенотипирование и генотипирование линий синтетической гексаплоидной пшеницы (T. durum x Ae. squarrosa) и выявление генов полезных признаков методом ассоциированного маркирования для повышения устойчивости к абиотическим и биотическим стрессам в условиях России». 1. Проверка эффектов от использования молекулярных маркеров в селекции озимой пшеницы и проведение селекционных работ по данной культуре. В связи с изменениями климата в направлении потепления, возрастает роль озимой пшеницы. Благодаря проекту РНФ, в университете впервые развернута полномасшабная селекционная работа по озимой пшенице на основе лучших местных сортов, российских сортов из Краснодара и Ростова, материала из США и генетических ресурсов синтетической пшеницы. В зимний период 2019-2020 гг. испытаны 1636 линий, полученных от скрещивания синтетиков и сортов озимой пшеницы, в том числе 200 линий были фенотипированы по 25 важным хозяйственно-ценным признакам и генотипированы по набору из 48 КАСП маркеров. Данный набор маркеров включает 38 абсолютно новых маркеров, которые были разработаны проектом на основе полногеномного ассоциированного маркирования питомника ОМОН-ГАИ в 2017-2018 гг., с последующей конвертацией полученных данных в систему маркеров КАСП (Платформа 2), остальные 10 - это функциональные КАСП маркеры с известными эффектами на хозяйственно-ценные признаки доступные для использования, которые были уже протестированы на материале проекта и показали достоверные эффекты как на яровой, так и на озимой пшенице(маркеры из Платформы 1). Анализ эффектов молекулярных маркеров на фенотипические признаки линий озимой пшеницы полученных от скрещивания синтетиков с сортами выявил 12 маркеров, которые подтвердили свои эффекты на сходные или ассоциированные признаки на разном материале и в разные годы. Жесткий селекционный фон зимы 2019-2020 гг. позволил провести отбор перспективного зимостойкого материла, а также, с учетом маркер-контролируемого отбора, провести целенаправленные скрещивания лучших перезимовавших образцов с лучшими синтетиками и сортами. Лучшие надежные маркеры рекомендованы для использования в селекции озимой пшеницы. В 2020 году, для оценки и отбора в 2021 году, посеяно 1325 созданных линий озимой пшеницы, из них 25 линий отобраны по результатам валидации маркеров. Исследования по проекту и полученные результаты заложили основу для маркер - контролируемого отбора и создания зимостойкого материала для селекции озимой пшеницы в условиях Западной Сибири. 2. Проверка эффектов использования молекулярных маркеров в селекции яровой пшеницы. В 2020 году было проведено повторное фенотипирование, генотипированных ранее 150 линий, выделенных из популяций от скрещиваний синтетической пшеницы и районированных сортов яровой пшеницы. По результатам 2020 года в сочетании с данными 2019 года проведена валидация маркеров генов, влияющих на агрономические, биологические и признаки качества зерна пшеницы по двум платформам маркеров, описанным в разделе по озимой пшенице. По результатам валидации 27 маркеров SNP ID из Платформы 1 достоверно подтвердили эффекты генов по признакам урожайности, устойчивости к болезням, качеству зерна, корневой системе и др., в т.ч. 4 из них и на озимой пшенице. Некоторые маркеры данной платформы имели эффекты от 1 до 9 признаков: TaMOT1_D1 –подтвержденные достоверные эффекты по 9 признакам, PinbD1_INS и Rht-D1_SNP, соответственно по 6 признакам, TaDreb_SNP, TGW7A_985 и sunKASP_16 –по 5 признакам. Из Платформы 2 также 27 маркеров подтвердили эффекты, от 1 до 16 признаков, в том числе 8 из них подтвердили эффекты и на озимой пшенице. КАСП маркеры, с подтвержденными эффектами генов, рекомендованы для использования в маркер - ориентированной селекции яровой и озимой пшеницы. По комплексу ценных маркеров выделено 29 линий яровой пшеницы, созданных с использованием синтетиков, которые в засушливом 2020 г. превзошли стандарты по урожайности, засухоустойчивости, отличаются устойчивостью к болезням и хорошим качеством зерна. Выделенные линии включены в селекционный процесс как перспективные для выведения сортов в условиях Западной Сибири и источники ценных признаков для гибридизации. 3. Изучение роли корневой системы в адаптации яровой пшеницы к недостатку влаги. В 2020 году был посеян опыт на двух фонах – по пару и после пшеницы для моделирования двух уровней влагообеспеченности. Площадь делянки – 3м2, повторность 3-кратная. Материал включал 50 образцов: 1) Стандарты - 2 сорта; 2) Синтетики СИММИТа - 16 линий; 3) Синтетики из Японии - 3 линии; 4) Сорта США – 5 шт.; 5) Сорта и линии ОмГАУ - 9 шт.; 6) Сибирские сорта – 4 шт.; 7) Линии сети КАСИБ – 7шт; 8) Сорта и линии Казахстана – 4 шт. Корни замерялись в фазе выхода в трубку и цветения, при достижении их максимального развития. Влияние параметров корневой системы на урожайность и ее компоненты в различных условиях среды изучали путем корреляционного анализа и многомерного анализа с использованием методики би-плот. Выделено 9 КАСП маркеров Платформы 1 с подтвержденными эффектами на признаки корневой системы, в том числе 4 и на озимой пшенице, из Платформы 2 выделено 10 маркеров с подтвержденными эффектами на признаки корневой системы, в том числе 8 и на озимой пшенице. КАСП маркеры, с подтвержденными эффектами генов, рекомендованы для использования в маркер - ориентированной селекции яровой и озимой пшеницы для улучшения признаков корневой системы. 4. Изучение и использование в селекции новых синтетиков. Лучшие линии новых синтетиков пшеницы с разным сочетанием геномов, отобранные по устойчивости к болезням, компонентам продуктивности растений и другим ценным признакам, были включены в селекционный процесс в качестве родительских форм. В 2020 г. проведены их скрещивания с сибирскими сортами яровой пшеницы и линиями гексаплоидных синтетиков из СИММИТ, которые выделены по результатам их оценки в полевых условиях 2019 г., а также по ДНК-маркерам. Проведено 106 комбинаций скрещивания и получено 4490 гибридных зерен (в среднем 42,3 зерна на комбинацию) при средней завязываемости 49,1%. Значительная часть скрещиваний проводилась по схеме топ-кросса, что позволит в следующем году оценить комбинационную способность новых синтетиков. Создан уникальный исходный материал для селекции яровой мягкой пшеницы в условиях Западной Сибири.