Учёные Института цитологии и генетики СО РАН разработали гибрид мягкой пшеницы, устойчивый к бурой ржавчине – одному из вредоносных заболеваний растений Западной Сибири, которое в период своего широкого распространения может погубить до 30% урожая.
Сотрудники лаборатории молекулярной генетики и цитогенетики растений ИЦИГ СО РАН, которой руководит доктор биологических наук Елена Артемовна Салина, уже с 1981 года занимаются разработкой молекулярных маркёров и их использованием для анализа генома злаков. Исследователи секвенируют участки геномов растений, часть из которых устойчивы к неблагоприятным факторам внешней среды и болезням. Сравнивая полученные последовательности ДНК, учёные находят различия между устойчивым и неустойчивым видами, которые пока нельзя назвать причинами устойчивости, а только её «маркёрами». ДНК-маркёры – это нуклеотидные последовательности, отличающиеся полиморфизмом, за счет которого их можно локализовать на хромосомы, в том числе и в районах расположения генов. «За 20 лет изучения генома растений в нашей лаборатории совершён большой прорыв – локализовано более 2000 маркеров на хромосомах основной злаковой культуры - пшеницы и ее сородичах. Сейчас мы сосредоточены на изучении генома мягкой пшеницы, которая идёт в производство хлебобулочных изделий», - рассказала Е.А.Салина.
Команда Елены Артёмовны Салиной занимается двумя основными направлениями. Во-первых, в лаборатории изучают структуру генома мягкой пшеницы, в том числе, с использованием метода секвенирования, и с этим направлением входят в международный консорциум. Во-вторых, учёные используют результаты, полученные в процессе изучения геномов, для разработки маркёров и затем включают их в получение и исследование различных гибридов пшеницы.
В ИЦИГ СО РАН всегда большое внимание уделяли созданию нового гибридного материала пшеницы с привлечением ее родственников, даже дикорастущих. Лаборатории института собрали богатые коллекции, которые содержат образцы, полученные естественным путем - гибридизацией растений. В процессе объединения генетического материала произошло проникновение чужеродных генов в фонд вида - интрогрессия. То есть фрагмент хромосомы одного вида входит в состав хромосом другого вида: замещает целую хромосому или её участок. Такой материал научные сотрудники ИЦИГ собирали, с момента образования института. По словам Елены Артёмовны, когда у коллектива появилась возможность работать с маркёрами пшеницы, они в первую очередь стали анализировать тот коллекционный материал, который был создан в ИЦИГ СО РАН.
«В том числе мы использовали молекулярные маркёры для создания новых линий мягкой пшеницы, которые несли бы уже не случайную, а заданную интрогрессию с известной локализацией. Для того чтобы понять, насколько эта гибридизация полезна для пшеницы, мы старались, чтобы такие замещения генов присутствовали в единичном числе и для этого создавали материал, который бы содержал одну интрогрессию от другого вида. На каждом этапе отбора интересный нам фрагмент чужеродной хромосомы отслеживался с помощью маркёра, чтобы не потерять его и привнести в геном изолировано от других участков, которые были в исходном материале», - объясняет Е.А.Салина.
Этот процесс контроля над созданием новых линий растений полезных в дальнейшем для скрещивания, в том числе и с пшеницей, называют маркёр-опосредованной селекцией, и он достаточно эффективен для быстрого создания форм со свойствами, которые исходно задаются. С помощью такого подхода как раз и был создан набор линий мягкой пшеницы с различными интрогрессиями от пшеницы Тимофеева. Одна из полученных линий, как и ожидалось, оказалась устойчива к бурой ржавчине в условиях Западной Сибири.
Елена Артёмовна сообщила, что задача получить линию пшеницы, устойчивую к бурой ржавчине, стояла сразу, но так как исходный материал содержал много смешений, то его было сложно использовать в селекции. «Когда исследователь не видит, какие фрагменты переносит в селекционную линию - в будущий сорт при его создании - то помимо полезных генов есть риск внести структурные единицы, которые ухудшают хозяйственно-ценные признаки. А когда мы имеем линию с одиночной интрогрессией, то можем оценить приводит ли она к таким последствиям или нет. Если гибридизация несёт только полезные гены, в нашем случае, признак устойчивости к бурой ржавчине, то она является прекрасным донором для рекомендации селекционным центрам», - рассказала Е.А.Салина об особенностях получения нужной линии пшеницы.
Стоит также отметить, что направление маркёр-опосредованной селекции, которым Елена Артёмовна Салина и её лаборатория занимается в ИЦИГ, на Западе является частью селекционного процесса, и фирмы его широко используют при создании новых сортов.
«Полученные доноры мы совместно с институтами Россельхозакадемии СО РАН планируем использовать для создания сортов мягкой пшеницы, устойчивых к поражению бурой ржавчиной. Будем надеяться, что через какое-то время виды, несущие данные гены устойчивости, будут широкое использоваться в сельском хозяйстве России», - прокомментировала Е.А.Салина.
Как отметила заведующая лабораторией, процесс анализа геномов и получение доноров устойчивости пшеницы к бурой ржавчине - работа трудоёмкая, и выполнялась коллективом исследователей лаборатории молекулярной генетики и цитогенетики растений ИЦИГ. Основные исследователи: старший научный сотрудник Ирина Николаевна Леонова и младший научный сотрудник Екатерина Михайловна Тимонова, в изучении также принимали участие лаборанты, которые проводили скрещивание исходного растительного материала. А сами новые устойчивые линии мягкой пшеницы создавались с использованием коллекции, сформированной в институте Екатериной Борисовной Будашкиной.
«Для каждого региона в России и в мире есть свои особо опасные заболевания растений. Считается, что в Западной Сибири это преимущественно бурая ржавчина, которая поражает пшеницу, - объясняет актуальность достигнутых результатов Е.А.Салина, - поэтому создание таких механизмов генетической защиты растений от различных видов заболеваний, это один из способов сохранения урожая, причём без использования химических обработок, что тоже важно».
Ангелина Иванова
Фото: elementy.ru, sibai.ru, из личного архива Е. Салиной
