КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 17-76-10054

НазваниеПоиск генов устойчивости к предуборочному прорастанию зерна у эндемичных видов пшеницы

Руководитель Баженов Михаил Сергеевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" , г Москва

Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые слова Предуборочное прорастание, покой семян, пшеница эфиопская, Triticum aethiopicum, пшеница карталинская, Triticum carthlicum, гены устойчивости, молекулярные маркеры, ДНК, секвенирование.

Код ГРНТИ68.03.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Актуальность: Предуборочное прорастание зерна у пшеницы представляет собой серьезную проблему в регионах, где период дождей перекрывается со временем уборки урожая. В результате предуборочного прорастания снижается урожайность, падает качество хлебобулочных и макаронных изделий, быстро снижается всхожесть семенного зерна при хранении. Улучшение устойчивости к прорастанию зерна в колосе является важной задачей селекции в ряде стран, включая Россию, Китай, Японию, Австралию, Канаду и США. Основным способом противодействия предуборочному прорастанию является создание сортов с оптимально продолжительным покоем семян. Новизна: В нашей работе мы планируем провести поиск и молекулярное маркирование генов, связанных с покоем семян и устойчивостью к прорастанию зерна в колосе у образцов пшеницы эфиопской (Triticum aethiopicum Jakubz.) и пшеницы карталинской (Triticum carthlicum Nevski.). Покой семян - это свойство свежесозревших семян задерживать свое прорастание. В природных условиях это свойство важно для адаптивной стратегии выживания растений в течение длительных периодов неблагоприятных условий окружающей среды. У широко культивируемых видов пшеницы – пшеницы мягкой и пшеницы твердой, особенно у озимых форм, покой семян в значительной степени снизился в результате отбора на высокую всхожесть семян при непродолжительном периоде из хранения после уборки. Понимание генетического контроля покоя семян и разработка функциональных маркеров для маркер-опосредованной селекции важны для повышения устойчивости к предуборочному прорастанию зерна у пшеницы (Wang et al., 2016). Локусы количественных признаков, связанные с покоем семян и устойчивостью к предуборочному прорастанию найдены практически на всех хромосомах пшеницы. Тем не менее, число генов пшеницы, связанных с покоем семян, на которые были разработаны функциональные молекулярные маркеры, невелико. В их число входят гены TaVp-1, Tamyb-10, MFT1, TaSdr, TaMKK3. Достаточно давно селекционерами для создания устойчивых к предуборочному прорастанию сортов пшеницы используется морфологический маркер - цвет зерна. Известно, что краснозерные формы более устойчивы к прорастанию, чем белозерные. Гены красной окраски зерна R, локализованные на 3 гомеологичной группе хромосом пшеницы, представляют собой гены транскрипционных факторов Tamyb10. На основе полиморфизма в последовательности гена Tamyb10 был разработан молекулярный маркер устойчивости к прорастанию зерна в колосе (Wang et al., 2016). Большое количество исследований было посвящено гену Viviparous-1 (Vp-1). Однако эффект данного гена чаще обнаруживается у белозерных форм пшеницы. У краснозерных же форм вариации данного гена чаще всего не дают повышения устойчивости к прорастанию. В то же время, устойчивость к прорастанию зерна в колосе у пшеницы удается улучшить за счет переноса в её геном генов Vp-1 от других видов злаков (Huang et al., 2012). Известно, что более глубоким покоем семян обладает зерно, созревшее при более низких температурах. С использованием транскриптомных технологий был обнаружен ген, экспрессия которого сильно варьирует в зависимости от температурных условий созревания семян - ген-гомолог гена арабидопсиса 'Mother of FT and TFL1' (MFT). Повышенная экспрессия этого гена связана с большей устойчивостью к преждевременному прорастанию семян. Был обнаружен полиморфизм в промоторе гена MFT-3A пшеницы, влияющий на его экспрессию и уровень покоя семян (Nakamura et al., 2011). Ген TaSdr-A1 был клонирован у пшеницы на основе гомологии с геном покоя семян риса Sdr4. Данный ген был локализован у пшеницы на хромосомах второй гомеологичной группы. У пшеницы был обнаружен однонуклеотидный полиморфизм в данном гене, который оказался связан с уровнем покоя семян (Zhang et al., 2017). Ген MKK3 (Mitogen-activated protein kinase kinase 3) был клонирован как причинный ген QTL устойчивости к предуборочному прорастанию на хромосоме 4A пшеницы. Различия в аминокислотной последовательности киназного домена белка MKK3 связаны с продолжительностью покоя семян (Torada et al., 2016). Часто гены устойчивости к неблагоприятным факторам находят у диких сородичей и малораспространенных культурных видов пшеницы. Отдельные экотипы пшеницы эфиопской (Triticum aethiopicum Jakubz.) и пшеницы карталинской (Triticum carthlicum Nevski.) формировались в условиях высокогорного влажного климата, и теоретически должны нести в себе гены повышенной устойчивости к предуборочному прорастанию (Культурная флора СССР, 1979). В нашей работе мы планируем оценить уровень покоя семян и устойчивость к предуборочному прорастанию в колосе у образцов коллекции пшеницы эфиопской и пшеницы карталинской, имеющейся в распоряжении кафедры Генетики, биотехнологии, селекции и семеноводства РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Одновременно у образцов коллекции планируется оценить полиморфизм вышеперечисленных генов устойчивости к прорастанию на корню с использованием разработанных на данный момент молекулярных маркеров. Отобрав образцы с повышенной устойчивостью, провести скрещивания их с неустойчивыми образцами тех же видов и образцами твердой пшеницы для получения расщепляющихся популяций F2-F3. Оценить эффективность существующих молекулярных маркеров с использованием популяций F2-F3. Провести секвенирование отдельных из вышеперечисленных генов устойчивости у контрастных форм пшеницы эфиопской и пшеницы карталинской, и изучить вариации их нуклеотидной последовательности, включая 5’ некодирующие области генов. В случае целесообразности, на основе вариаций последовательности генов разработать новые молекулярные маркеры аллелей устойчивости к предуборочному прорастанию зерна, с применением которых станет возможной надежная их передача новым сортам пшеницы и тритикале. 1. Культурная флора СССР. Т I. Пшеница / В. Дорофеев и др. – Л.: Колос, 1979. – C. 146-147, 178-180. 2. Huang, T. et al. A maize viviparous 1 gene increases seed dormancy and preharvest sprouting tolerance in transgenic wheat / T. Huang et al. // Journal of Cereal Science. – 2012. – Vol. 55, № 2. – P. 166–173. 3. Nakamura, S. et al. A Wheat Homolog of MOTHER OF FT AND TFL1 Acts in the Regulation of Germination / S. Nakamura et al. // The Plant Cell. – 2011. – Vol. 23, № 9. – P. 3215–3229. 4. Torada, A. et al. A Causal Gene for Seed Dormancy on Wheat Chromosome 4A Encodes a MAP Kinase Kinase / A. Torada et al. // Current Biology. – 2016. – Vol. 26, № 6. – P. 782–787. 5. Wang, Y. et al. Characterization of Tamyb10 allelic variants and development of STS marker for pre-harvest sprouting resistance in Chinese bread wheat / Y. Wang et al. // Molecular Breeding. – 2016. – Vol. 36, № 11. – P. 148. 6. Zhang, Y. Xia, X. & He, Z. The seed dormancy allele TaSdr-A1a associated with pre-harvest sprouting tolerance is mainly present in Chinese wheat landraces / Y. Zhang, X. Xia, Z. He // Theoretical and Applied Genetics. – 2017. – Vol. 130, № 1. – P. 81–89.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---