Разработка и применение молекулярно-генетических маркеров при селекции озимого рапса с устойчивостью к заболеваниям

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 23-76-01085

НазваниеРазработка и применение молекулярно-генетических маркеров при селекции озимого рапса с устойчивостью к заболеваниям

Руководитель Вишнякова Анастасия Васильевна, Кандидат сельскохозяйственных наук

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

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «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 маркер-ориентированная селекция, генетическое разнообразие, гены устойчивости, фитопатогены, молекулярно-генетические маркеры, озимый рапс, фузариозное увядание, фомоз, склеротиниоз

Код ГРНТИ34.23.57

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Посевные площади под рапсом стремительно растут по данным росстата в 2022 году в РФ 2,3 млн га было засеяно рапсом (+39,2% к уровню 2021 года), валовой сбор культуры — 4,6 млн т (+63,2%), в том числе озимого рапса — 1,6 млн т. при этом проблема обеспечения аграриев высококачественным материалом отечественной селекции остается актуальной. Гибриды более выровненные и урожайные, чем сорта, что предпочтительно для механизированного возделывания культуры. Первый F1-гибрид озимого рапса российской селекции Дебют только проходит конкурсное испытание для включения в государственный реестр селекционных достижений. Селекция на устойчивость к заболеваниям признанный экологически безопасный способ защиты растений во всем мире. Длительность и сложность процесса селекции не позволяет оперативно реагировать на новые вызовы и требует работы на перспективу. Увеличение площадей под культурой привело к росту распространенности заболеваний рапса и увеличению их вредоносности. Такие заболевания как фузариозное увядание, фомоз, склеротиниоз пока не распространены в России на больших площадях, но в мировом масштабе ущерб от этих заболеваний огромен. Современные молекулярно-генетические и биотехнологические подходы позволяют сократить сроки создания исходного материала и сделать этот процесс целенаправленным. Использование систем молекулярно-генетических маркеров позволяет проводить точный отбор устойчивых генотипов, а также пирамидирование нескольких генов устойчивости к заболеваниям в одном генотипе, что не всегда возможно при отборах на инфекционном фоне. Проект направлен на создание основы для селекции озимого рапса на устойчивость к заболеваниям грибной этиологии фомозу, фузариозу и склеротиниозу (белая гниль) – изучению генетических основ устойчивости к данным заболеваниям, а также поиск источников устойчивости в коллекциях Brassica napus L., Brassica oleracae L., Brassica carinata A. Braun. Результаты выполнения проекта позволят создать задел для селекции F1-гибридов озимого рапса с устойчивостью к заболеваниям в России.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Вишнякова А.В., Никитин М.А., Александрова А.А. ИЗУЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ К ФУЗАРИОЗНОМУ УВЯДАНИЮ КОЛЛЕКЦИИ КУЛЬТУР РОДА BRASSICA Материалы Международной научной конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 150-летию со дня рождения А.Я. Миловича, г. Москва, 3-5 июня 2024 г.: сборник статей. - Москва: Издательство РГАУ - МСХА, Вишнякова А.В., Никитин М.А., Александрова А.А. Изучение устойчивости к фузариозному увяданию коллекции культур рода Brassica. Материалы Международной научной конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 150-летию со дня рождения А.Я. Миловича, г. Москва, 3-5 июня 2024 г.: сборник статей. Том 2. - Москва: Издательство РГАУ - МСХА, 2024. – С 89-93. (год публикации - 2024)

2. Вишнякова А. В. , Никитин М. А. , Александрова А. А. , Соколова Л. М. АГРЕССИВНЫЕ ИЗОЛЯТЫ FUSARIUM SPP. НА ОВОЩНЫХ КУЛЬТУРАХ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ: ВИДОВОЙ СОСТАВ И ФИТОТОКСИЧНОСТЬ Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, Вишнякова А.В., Никитин М.А., Александрова А.А., Соколова Л.М. Агрессивные изоляты Fusarium spp. на овощных культурах Московской области: видовой состав и фитотоксич- ность // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2025. No 1. С. 108-123 (год публикации - 2025)
10.26897/0021-342X-2025-1-108-123

3. Вишнякова А.В., Никитин М.А., Александрова А.А., Соколова Л.М. РАСШИРЕНИЕ СПЕЦИФИЧНОСТИ К РАСТЕНИЮ-ХОЗЯИНУ ИЗОЛЯТОВ FUSARIUM И ОЦЕНКА ИХ ФИТОТОКСИЧНОСТИ НА РАПСЕ И КАПУСТЕ БЕЛОКОЧАННОЙ Siberian Journal of Life Sciences (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Коллекции изолятов патогенов Sclerotinia sclerotiorum, Leptosphaeria spp. и Fusarium spp. успешно поддерживали в лабораторных условиях и использовали для оценки устойчивости образцов Brassica napus и коллекции культур семейства Brassicaceae. Проведены работы по оценке патогенности и фитотоксичности девяти изолятов фузариозного увядания на образцах рапса. Инокуляция расширенной коллекции B. napus тремя изолятами Fusarium (№ 12, 13 и 26) позволила выявить два образца – Алгг и Вигг – обладающих полной устойчивостью ко всем трем изолятам. К отдельным изолятам были устойчивы: образцы Гумбольт, Алгг, Фагг и Вигг – к изоляту № 12; Кромат, Месси, Дебют, Аттика, Абсолют, Метрополь, Триа, Алгг, Вигг и Легг – к изоляту № 13; Эдгг, Кромат, Метрополь, Алгг, Фагг и Вигг – к изоляту № 26. Стоит отметить образцы, проявившие устойчивость к двум изолятам: Метрополь и Кромат (устойчивы к изолятам № 13 и № 26), а также Фагг (устойчив к изолятам № 12 и № 26). При изучении устойчивости расширенной коллекции образцов к S. sclerotiorum выделены три низковосприимчивых генотипа озимого рапса: Амбас, Триатл, Месси. Среди оцененной коллекции других видов Brassicaceae низкий уровень поражения S. sclerotiorum наблюдали у образца Br. carinata, образца 34Р1413 (Raphanus sativus), образца Белая (S. alba) и образца Етг4R (B. oleracea). Оценка устойчивости к штаммам L. biglobosus 4.167 и L. maculans 4.226 при +25 °С показала быстрое развитие заболевания и гибель большинства растений. К пятому дню после инокуляции сохранилось лишь по одному растению генотипов Клгг (инокулирован L. biglobosus 4.167) и Эйгг (инокулирован L. maculans 4.226). При инокуляции коллекции изолятом L. maculans 4.274 симптомы заболевания развивались медленнее, однако только 8 из 24 образцов сохранили жизнеспособность и продолжили развитие после отмирания семядолей, у остальных генотипов наблюдали гибель растения. Все исследованные образцы коллекции Brassicaceae после отмирания семядольных листьев сохранили жизнеспособность и продолжили развитие. После оценки на инфекционных фонах было отобрано 34 образца, устойчивых или толерантным к различным заболеваниям. Из данных образцов произведены гаплоиды и удвоенные гаплоиды в культуре изолированных микроспор, оценена эмбриогенная компетентность микроспор исходных генотипов. На данный момент получено 806 растений разных генотипов. Кроме того, было произведено самоопыление устойчивых растений и получено поколение F2. Разработанные нами 43 маркера на гены-кандидаты к фомозу были апробированы на коллекции озимого рапса из 13 образцов. В результате были идентифицированы маркеры, дифференцирующие образцы, и для дальнейшей работы отобрано 18 наиболее информативных маркеров. В качестве картирующих популяций для определения аллельного состояния генов были использованы популяции удвоенных гаплоидов Алгг (33 растения), Гогг (105 растений), Вигг (35 растений), которые были генотипированы с использованием 19 маркеров. Гетерозиготное состояние выявлено для rlm9 в генотипе Вигг, для rlm4 в генотипе Алгг. Кроме того, расщепление в популяциях удвоенных гаплоидов наблюдали по LepR1Bna16770 среди растений Вигг и Rlm1Bna28550 среди растений Гогг. По остальным исследуемым маркерам популяции были однородными. Проведено генотипирование 34 образцов озимого рапса, отобранных на инфекционных фонах. Секвенирование ПЦР-продуктов, полученных с маркером rlm4vn, разработанного на клонированные аллели rlm4-7, подтвердило нуклеотидные различия между аллелями в исследуемых образцах. Для упрощения определения аллельного состава генотипов были разработаны две системы маркеров и аллель-специфичных зондов на области полиморфизма для проведения ПЦР в режиме реального времени. Дополнительно были разработаны маркеры на гены-кандидаты устойчивости к фомозу LepR4, одному из генов-кандидатов rlm9, BLMR1, BLMR2, расположенным на хромосомах А06, А07 и А10, и ген-кандидат BnaWRKY75, который находится в QTL-локусе, контролирующем устойчивость к склеротиниозу. Проведен дополнительный поиск маркеров на локусы устойчивости к склеротиниозу и фузариозу. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: https://www.timacad.ru/news/selektsionery-universiteta-vedut-rabotu-po-spaseniiu-budushchikh-urozhaev-rapsa

Публикации

Возможность практического использования результатов
В результате выполнения проекта был создан исходный материал для селекции озимого рапса на устойчивость к заболеваниям: фомозу, склеротиниозу, фузариозному увяданию. Внедрение таких гибридов в производство в перспективе снизит затраты на применение средств защиты растений и позволит сохранить урожай.