В Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Федеральный научный центр овощеводства» в 2024 году в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты» создана новая молодёжная лаборатория молекулярной генетики и цитологии.
Руководитель лаборатории: Домблидес Артур Сергеевич, доктор с.-х. наук
Количество сотрудников: 10 человек из них 8 до 39 лет
Тема НИР: FGGF-2024-0016 «Разработка фундаментальных и прикладных направлений молекулярно-генетического маркирования овощных растений для применения в современных программах по селекции на стабильные и улучшенные качественные и количественные хозяйственно ценные признаки»
Период реализации темы НИР: 2024-2026 гг.
Краткая аннотация о деятельности лаборатории: Развитие генетических технологий позволяет сегодня разрабатывать и внедрять методы молекулярного маркирования в селекционный процесс сельскохозяйственных растений. Как уже известно, ДНК-маркеры значительно облегчают поиск и идентификацию локусов, отвечающих за проявление хозяйственно ценных признаков в геноме растений. Исследования лаборатории молекулярной генетики и цитологии сфокусированы на создании системы молекулярного маркирования основных овощных культур на основе фундаментальных исследований генов, влияющих на экономически важные свойства овощных растений. Проводится поиск полиморфизмов в функциональных генах.
Результаты
Признак цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) широко используется для производства гибридов F1 у многих культур, включая большую группу культивируемых растений семейства Brassicaceae. Использование ЦМС значительно упрощает процесс скрещивания родительских линии, при этом защищая ценный исходный селекционный материал от бесконтрольного использования. ЦМС и активно используют для получения качественных гибридов редиса Raphanus sativus L.
В ходе проведённых исследований были выявлены генетические факторы стерильности Ogura у селекционных линий редиса с использованием метода ПЦР в реальном времени с разработанными тремя парами праймеров, показавшими высокую эффективность при идентификации гена orf138, отвечающего за проявление ЦМС типа Ogura. Генетических фактор стерильности в цитоплазме был выявлен у трёх стерильных селекционных линий, гибридов F1, полученных на основе этих линий, коммерческого гибрида Арли F1. У растений линий – закрепителей стерильности и новой биотехнологической линии Персей с использованием разработанных маркеров гена orf138 обнаружено не было. Для создания перспективных гибридных комбинаций лука репчатого (Allium cepa L.) необходима генетическая идентификация линий с ЦМС и линий способных генетически закреплять стерильность в поколениях (линии-закрепители). Гены стерильности цитоплазмы были обнаружены у шести ценных селекционных образцов (№55, №79, №89, №91, №93, №94) с использованием трёх наборов маркеров. Два образца показали T-тип цитоплазму, определяемую только наличием последовательности orf501. Ядерные гены (Ms) восстанавливающие фертильность растений лука были определены с использованием двух мультиплексных систем маркеров, с помощью которых было выявлено два образца способных выступать в роли закрепителей при скрещиваниях со стерильными линиями при получении гибридных комбинаций.
Изучение генов Rf редиса, вовлечённых в процесс восстановления фертильности проводили с использованием разработанных четырёх пар праймеров на различные участки последовательности гена. В результате показано присутствие генов Rf во всех изучаемых генотипах редиса, при оценке результатов видимой изменчивости во фрагментах амплификации гена обнаружено не было. Проведение дальнейшего анализа по расшифровке полученных ампликонов, также не выявило значимых генетических отличий между образцами. С использованием метода нанопорового секвенирования была получена полная последовательность гена Rfo у стерильной линии №24 и линии опылителя С. В ходе предварительного анализа данных были обнаружены одиночные мутации, отличающие референсную последовательность от полученных расшифрованных последовательностей в данном исследовании.
Морковь (Daucus carota L.) представляет собой один из самых богатых источников каротина среди культурных растений. Исследование генов, определяющих выработку каротина в корнеплодах моркови позволяет реализовать селекционную программу на высокое качество корнеплодов. С использованием количественной ПЦР были изучены уровни экспрессии четырёх генов, кодирующих ферменты синтез каротиноидов сортов моркови с различной окраской корнеплодов. Для генов фитоин-синтазы-1 и -2, фитоин-десатуразы зеаксантин-эпоксидазы было показано существенное увеличение активности у таких сортов как Тушон, Nantes Glodia (сортотип Нантская), Purple Dragon. При этом сорт с фиолетовой окраской корнеплода Purple Dragon показывал уровень экспрессии изучаемых генов на уровне с сортами, имеющие оранжевую окраску корнеплода. Такая оценка генотипов моркови позволяет выявить образцы с генетически высокой активностью генов, кодирующих ферменты синтеза каротиноидов, что повышает их пищевую ценность.
Для оценки происхождения и генетической выровненности растений, полученных через культуру изолированных микроспор и семяпочек in vitro были использованы микросателлитные маркеры, так как они имеют кодоминантную природу и могут быть использованы для выявления гомо и гетерозигот. Для анализа растений удвоенных гаплоидов (DH) было использовано девять микросателлитных локусов, из которых только три показали чёткие различия между донорными растениями и растениями удвоенных гаплоидов. Растения удвоенных гаплоидов отличались меньшим числом аллелей по сравнению с исходными донорными генотипами.
Растения кабачка и патисона были генетически проанализированы с использованием локусов CMTm61 и CMTmC27. Из всех проанализированных растений только у 70% наблюдали присутствие только одной аллели, что дало основание подтвердить происхождение этих растений из клеток женского гаметофита. Растения, показывающие генетическое сходство с донорными растениями имели происхождение из соматических клеток и не имеют гаплоидного происхождения.
Сотрудничество с иными организациями:
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии»
ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»
Агрофирма «ПОИСК»
Публикации
Фомичева М.Г., Костенко Г.А., Домблидес А.С. Ускорение селекции устойчивых к фузариозу линий капусты белокочанной (Brassica oleracea var. capitata L.) за счет использования DH-линий и маркер-ассоциированной селекции // Овощи России. – 2024. – № 6. – С. 5-10.
Ражина О.Л., Лебедева М.В., Черняев К.А., Игнатов А.Н., Джалилов Ф.С.У., Таранов В.В. Распространение генов TAL-эффекторов среди Xanthomonas campestris pv. Campestris: поймай меня, если сможешь // Овощи России. – 2024. – № 6. – С. 11-16.
Пивоваров В. Ф., Солдатенко А. В., Пышная О. Н., Гуркина Л.К., Пинчук Е.В. Продовольственная независимость и технологический суверенитет России в отрасли овощеводства. Овощи России. – 2024. – №3. – С. 5-17.
Пышная О. Н., Гуркина Л.К., Пинчук Е.В. Школа экологической селекции академика РАН В.Ф. Пивоварова. Вестник российской сельскохозяйственной науки. – 2024. – № 4. – С. 77-80.
Минейкина А.И. Факторы эффективного эмбриогенеза генотипов рода Brassica в культуре изолированных микроспор in vitro // Материалы IX Международного биотехнологического форума «BIOAsia – Altai 2024». Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2024 – С. 336-339.
Минейкина А.И., Домблидес Е.А., Домблидес А.С., Бондарева Л.Л. Применение биотехнологических и молекулярно-генетических методов для ускоренной селекции капусты белокочанной // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Геномика и современные биотехнологии в размножении, селекции и сохранении растений – ФГБУН «Ордена Трудового Красного Знамени Никитский ботанический сад – Национальный научный центр РАН», г. Москва, Россия, 7–11 октября 2024 г. – Москва – 95 c.
Домблидес, А. С. Теоретические и практические аспекты цитоплазматической мужской стерильности овощных культур / А. С. Домблидес, Е. А. Домблидес // Международный Конгресс “VIII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 300-летию российской науки и высшей школы”: Сборник тезисов, Саратов, 14–19 июня 2024 года. – Санкт-Петербург: ООО Издательский дом “Петрополис”, 2024. – С. 209.
Выступление на конференциях с устными докладами
Домблидес А.С. Теоретические и практические аспекты цитоплазматической мужской стерильности овощных культур. – Международный Конгресс «VIII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 300-летию российской науки и высшей школы», приуроченный к 300-летию РАН, 300-летию Санкт-Петербургского государственного университета и 115-летию Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского,14-19 июня 2024 года.
Домблидес А.С. Системы ДНК маркирования для успешной реализации селекционных программ овощных культур – Семинар по молекулярной селекции растений. 1-3 июля 2024 года в городе Харбин, провинция Хэйлунцзян, КНР Российско-Китайский семинар (конференция) по молекулярной селекции сельскохозяйственных культур, 1-3 июля 2024 года в городе Харбин, провинция Хэйлунцзян, КНР
Романов В.С., Молчанова А.В. Межвидовая гибридизация в увеличении биоресурсной коллекции лука. – 7-ая Международная конференция, посвященная 95-летию академика РАН П.Л. Гончарова. «Генофонд и селекция растений». (10-12 апреля 2024 года, г. Новосибирск, ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН»).
Романов В.С. Использование межвидовой гибридизации в селекции луковых культур. – Конференция, посвященная 125-летию со дня рождения Г.Д. Карпеченко. (7 июня 2024 г., г. Москва, ФГБНУ «ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии»).
Минейкина А.И. Применение биотехнологических и молекулярно-генетических методов для ускоренной селекции капусты белокочанной» /А.И. Минейкина, Л.Л. Бондарева, А.С. Домблидес, Е.А. Домблидес – IV Международная научно-практическая конференция «Геномика и современные биотехнологии в размножении, селекции и сохранении растений» (GenBio 2024), 7-11 октября 2024, Москва.
Минейкина А.И. Ускоренное создание линий капусты с использованием современных методов селекции – II Международная научно-практическая конференция «Устойчивое развитие агропромышленного комплекса как основа продовольственной безопасности». (19 декабря 2024 г., г. Смоленск, ФГБОУ ВО «Смоленская государственная сельскохозяйственная академия»).
Повышение квалификации сотрудников
Минейкина А.И. Крупинская Е.С., Черняев К.А. Повышение квалификации 14.12.2024 г. по дополнительной профессиональной программе «Высокопроизводительные методы анализа генома» на базе Автономной некоммерческой образовательной организации высшего образования «Сколковский институт науки и технологий», г. Москва.
Минейкина А.И. Удостоверение о повышении квалификации №223400688381 от 26.09.2024 г., Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет» по дополнительной профессиональной программе «Рекомбинантные технологии: от гена до фермента».
Минейкина А.И. Сертификат участника школы молодых ученых «Геномика и биотехнология растений» в рамках IV Международной научно-практической конференции «Геномика и современные биотехнологии в размножении, селекции и сохранении растений», (GenBio 2024), 7-11 октября 2024, Москва
Патенты
Минейкина А.И., Бондарева Л.Л., Губкин В.Н., Кравченко С.Н., Солдатенко А.В. Авторское свидетельство № 81791 капуста японская «Салют Юбилею» от 21.05.2024 г. патентообладатель: ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства».