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 17-76-10060

НазваниеМолекулярно-генетическое изучение облепихи крушиновидной с целью расширения знаний о ее генетических ресурсах и повышения эффективности селекции.

РуководительРазумова Ольга Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии", г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2017 - 06.2019

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 словаоблепиха, Hippóphaë rhamnoídes, двудомность, половые хромосомы, маркер-ассоциированная селекция, маркирование пола, молекулярная генетика, ускорение селекционного процесса

Код ГРНТИ68.03.03

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на получение новых знаний о генетике облепихи – ценного сельскохозяйственного растения, имеющего многофункциональное применение. Облепиха крушиновидная (Hippóphaë rhamnoídes L.) - небольшие деревья или кустарники семейства Лоховые (Elaeagnaceae). Это универсальная культура, имеющая многоцелевое использование. Ее ягоды богаты витаминами С, E, К, В1, В2, флавоноидами, каротиноидами, сахарами, маслами. По содержанию витамина С облепиха уступает только гибискусу, и превосходит такие культуры как киви и цитрусовые. Облепиховое масло применяется в народной и доказательной медицине, в косметологии. Показано положительное влияние облепихового масла на устойчивость к радиации. Кроме того, облепиха крайне неприхотлива к условиям выращивания, а симбиоз с азотофиксирующими бактериями обогащает почву азотом. Деревья облепихи выдерживают крайне низкие (до -40°) и крайне высокие температуры, обладают соле - и засухоустойчивостью, не требовательны к минеральному составу почв. Все это позволяет не только выращивать ее на непригодных для других сельскохозяйственных растений площадях, но и использовать в качестве растения--биоремедиатора. В Китае действует государственная программа по освоению новых территорий, ранее не пригодных для сельского хозяйства, путем предварительного выращивания на них облепихи. Аналогичное применение облепиха нашла в Индии, где большие плантации были высажены в Гималайских ледяных пустынях. Необходимо отметить, что в культуру облепиха была введена именно в нашей стране. Несмотря на свою популярность во всем мире, облепиха является очень молодой сельскохозяйственной культурой, возраст доместикации которой составляет менее 100 лет. Видимо, в связи с этим, с генетической точки зрения облепиха крушиновидная и ее сородичи крайне мало изучены, что ограничивает возможности селекционеров. Ранее в нашей лаборатории, совместно с коллегами из Чехии, были секвенированны геномы растений отечественных сортов облепихи и выполнена работа по анализу повторяющихся последовательностей ДНК, и локализация их на хромосомы мужских и женских растений (Puterova, J., Razumova, O., Martinek, T., et al., 2017). Полученные данные открывают широкие возможности для дальнейшего изучения генетики данной культуры, поиска генов устойчивости к заболеваниям, маркеров, для маркер-ассоциированной селекции и ускорения селекционного процесса. Отдельную сложность как для селекционного, так и для промышленного выращивания облепихи представляет строгая двудомность данной культуры. Мужские и женские растения невозможно различить до цветения, которое наступает только на 4-8 год выращивания. Генетика пола облепихи мало изучена. В своей совместной работе с коллегами из университета г. Брно (Чехия) мы показали наличие гетероморфных XY хромосом в кариотипе мужских растений облепихи. Однако механизм детерминации пола по-прежнему не ясен. Также не существует эффективных ДНК-маркеров, позволяющих надежно идентифицировать мужские и женские растения на ранних стадиях онтогенеза. Разработанные для этих целей разными исследователями пары праймеров недостаточно эффективны и являются доминантными, что, как показывает практика, не удобно производителям, поскольку не позволяет однозначно трактовать отсутствие амплификации. Выполнение данного проекта позволит расширить данные о генетике облепихи, определить механизм детерминации пола, создать базу для развития маркер-опосредованной селекции, создать эффективный маркер определения пола. Целью данного проекта является анализ генетических ресурсов с использованием ДНК-технологий и создание ДНК маркеров для повышения эффективности селекции и питомниководства облепихи крушиновидной путем анализа транскриптомов и данных полногеномного секвенирования. Для достижения выше поставленной цели будут решаться следующие задачи: 1. Создать коллекцию образцов ДНК мужских и женских растений культурных сортов и природных популяций облепихи различного географического происхождения, 2. Проанализировать созданную коллекцию с использованием молекулярно-генетических маркеров (ISSR, SSR), выявить полиморфные локусы, оценить уровень полиморфизма и оценить возможность паспортизации сортов, 3. Провести дополнительное NGS секвенирование (к уже имеющимся в базе данных) геномов (образцы различного эколого-географического происхождения) и транскриптомов облепихи (мужские и женские цветки). 4. С использованием методов биоинформатики будет проведен сравнительный анализ транскриптомов и данных полногеномного секвенирования для выявления полиморфных локусов для создания генетических карт и картирования хозяйственно-ценных генов. Также в ходе выполнения проекта будет создан ДНК маркер(ы) пола, позволяющий(ие) уверенно идентифицировать мужские и женские растения на ранних этапах онтогенеза. Для этого будут использованы полученные нами ранее данные полногеномного секвенирования и новый биоинформационный подход к поиску полоспецифичных последовательностей на основе сравнения сиквенсов, успех данного подхода подтвержден в нашей лаборатории методами молекулярной цитогенетики на тех же растениях, ДНК которых была секвенирована. Будут выявлены последовательности, предположительно являющиеся маркерами пола, выбранные последовательности будут клонированы и секвенированы, будет проведен биоинформационный анализ выявленных последовательностей. Маркер будет валидирован с использованием ДНК мужских и женских растений облепихи различного географического происхождения из собранной коллекции.

Ожидаемые результаты
В работе будут получены следующие результаты: 1. Собрана коллекция ДНК мужских и женских растений облепихи различного эколого-географического происхождения 2. Оценен уровень ДНК полиморфизма созданной коллекции 3. Получены новые данные NGS секвенирования геномов и транскриптомов 4. Выявлены полиморфные локусы, позволяющие проводить паспортизацию сортов облепихи 5. Разработан ДНК-маркер (маркеры), позволяющие идентифицировать пол облепихи на ранних этапах онтогенеза Полученные результаты будут обладать безусловной научной новизной и практической значимостью. Работы по анализу ДНК-полиморфизма природных популяций облепихи различных разновидностей с использованием молекулярно-генетических маркеров активно ведутся в разных странах (Kamal Das et al., 2016, ISSR анализ Hippophae rhamnoide sssp. turkestanica в регионе Ладакия; C Tian et al., 2004, ISSR анализ популяций в северном Китае; K Sun et al.,2006, анализ дикорастущей популяции Китая с использованием SSR и AFLP маркеров; Ankit Jain et al., 2014 поиск SSR маркеров на основе NGS секвенирования транскриптома, и другие), что показывает эффективность данного подхода и возможность публикации результатов в ведущих мировых журналах. Однако на образцах из нашей страны такая работа будет выполнена впервые, ранее отечественными исследователями как правило анализировался лишь полиморфизм по содержанию запасных веществ в плодах, а также морфологические различия. Данные результаты имеют важное прикладное значение, поскольку генетическая паспортизация сортов плодово-ягодных культур – крайне актуальная задача, в связи с тем, что они имеют длительный ювенильный период и проведение сортовой оценки по морфологическим признакам (форма и окраска плода, вкусовые качества, химический состав, форма листовой поверхности и др.) затягивается на несколько лет, до начала плодоношения. В случае с облепихой отдельно стоит вопрос паспортизации мужских сортов-опылителей, не имеющих плодов, а значит, еще более трудноотличимых друг от друга. Работа будет проводиться в лаборатории, уже имеющей богатый опыт по анализу полиморфизма сельскохозяйственных культур и создания ISSR и SSR-маркеров (Danilova T. V., Karlov G. I, 2006; Tikunov, Y. M., Khrustaleva, L. I., & Karlov, G. I., 2003; Sobolev, V., Karlov, G., Soboleva, A. et al., 2006; Cоболев В. В. и др, 2009; Aleksandrov, O. S., Divashuk, M. G., & Karlov, G. I, 2011; Divashuk M. G. et al., 2010). Изучение последовательностей, отвечающих за формирование пола у облепихи, и полученный маркер (маркеры) на их основе, будет выполнено впервые в мире, с привлечением подхода, разработанного совместно нами и коллегами из Чехии (Puterova, J., Razumova, O., Martinek, T., et al., 2017), когда полоспецифичные последовательности выявляются путем сравнения результатов секвенирования мужских и женских геномов методами биоинформатики. Данный подход обеспечит создание кодоминантного маркера, позволяющего эффективно отличать мужские растения от женских, что значимо ускорит селекционный процесс, а также избавит производителей от выращивания излишнего количества мужских генотипов, и позволит выбраковывать мужские растения уже на этапе закладки питомника. Ранее принимались попытки создать маркеры пола на облепихе только на основе RAPD (Persson, H. A., & Nybom, H., 1998; Sharma A. et al., 2010) и ISSR (Korekar G. et al.,2012) полиморфизма, и, по-видимому, были не очень успешными (Persson and Nybom, 1998) или были опробированы на небольшом числе генотипов (Sharma et al., 2010, C-J Ruan et al., 2013). Дальнейший анализ найденных клонированных и секвенированных полоспецифичных последовательностей с использованием методов биоинформатики (BLAST, GenDoc, RepeatExplorer и др.) внесет вклад в фундаментальное представление о механизмах формирования пола у облепихи, и, как следствие, эволюции пола у растений в целом. Фундаментальная часть данной работы позволит повысить уровень журналов, в котором планируются публикации результатов. Руководитель проекта имеет опыт работы по изучению генетики пола сельскохозяйственных растений, что подтверждено публикациями в высокорейтинговых журналах. По результатам работы запланировано три публикации в журналах, индексируемых системами WoS или SCOPUS и одна публикация в журнале РИНЦ. Также запланировано участие в конференциях.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---