Аннотация результатов, полученных в 2018 году
На основе анализа паспортных и оценочных баз данных коллекции ВИР создана миникоровая коллекция местных сортов маша (Vigna radiata) - 300 образцов и урда (V.mungo) - 50 образцов для изучения популяционной геномики. Выборки характеризуются большим разнообразием по географическому происхождению (маш из 53 стран и урд из 10 стран со всех материков), по годам включения в коллекцию (с 1910 по 2010) и максимально охватывают весь диапазон фенотипических вариаций, представленных в коллекции. Для исключения случайной потери внутрисортового разнообразия у староместных сортов, представленных смесью популяций, образцы были разделены на фракции по морфологическим признакам семян, таким как их форма, окраска и структура поверхности семенной кожуры и др. Все отобранные в мини-core-коллекцию образцы были ранее изучены по комплексу признаков в разные годы в двух географических локальностях – Астрахани и Узбекистане. В выборку вошли преимущественно староместные сорта. Единичные сорта научной селекции в созданной выборке составляют 2,8%. Отцифрованы доступные нам журналы многолетней полевой оценки коллекции маша и урда в Узбекистане на бывшей Среднеазиатской ОС ВИР. В компьютерный формат переведена информация по самым важным в хозяйственном отношении признакам (продолжительность вегетации, вес семени и семенная продуктивность) за 10 лет исследований с 1966 по 1983 гг. для 1137 образцов. Созданная таблица содержит 13694 измерения. Выявлена сильная изменчивость фенотипических признаков у изученных образцов, их зависимость от среды. Средняя продолжительность вегетационного периода варьировала от 87,08 до 136,86 суток; средняя продуктивность семян с растения менялась от 2,67 до 25,39 г. Кроме того, по этим признакам наблюдалась и высокая межсортовая изменчивость. К примеру, диапазон изменчивости продолжительности вегетационного периода находился в пределах 40,0-173,0 дней, семенной продуктивности растений 0,05-150,00 г. Проанализировано эколого-географическое разнообразие созданной выборки маша, которое отражает таковое всей коллекции маша ВИР. В ней представлены образцы всех трех подвидов Vigna radiata: indicus, iranicus, chinense, по сути являющихся большими региональными экотипами. Образцы этих подвидов различаются по совокупности фенологических, морфологических и биологических признаков, что нужно учитывать при создании сортов этой культуры. Для индийского подвида (ssp. indicus) наряду с темносемянностью в нашем исследовании характерно наибольшее разнообразие по всем признакам, что характерно для центров происхождения и разнообразия культуры и, кроме того, является свидетельством небольшой селекционной проработки образцов. Представители Китая, Японии и Кореи (ssp. chinense) скороспелые, имеют крупные бобы и преимущественно светлые семена. Мы предполагаем, что это свидетельствует об отборе из генофонда культуры, когда она распространялись на север от центра происхождения – из Индии. Третья группа (подвид iranicus) состоит из иранских, афганских и среднеазиатских образцов со средним значением признаков, как сроков созревания, так и размеров семян. Несмотря на то, что внутривидовой ботанической классификации для V.mungo нет, мы полагаем, что внутри этого вида существует аналогичная дифференциация. Основой этому служат филогения, биологическое сходство видов и общность районов их происхождения. Вековой возраст коллекции позволил выявить характер селекционного улучшения культур. С начала прошлого века до нашего времени народная селекция изучаемых видов сменилась научной, что позволило проследить некоторые особенности этой культурной эволюции. Анализируя динамику изменений признаков в течение прошедших десятилетий, мы выявили общую очевидную тенденцию - значительное уменьшение фенотипического разнообразия генофонда. Определены особенности селекции разных периодов. Фенотипирование 294 образцов миникоровой коллекции маша из Мирового овощного генбанка (Тайвань), осуществленное по 11 признакам, выявило большой размах межсортовой изменчивости. Часть образцов не приступила к цветению; у 128 образцов бобы не вступили в стадию созревания; полного созревания достигли только 35 образцов. Это свидетельствует о том, что Краснодарский край не является подходящим местом для культивирования большей части образцов тайванской миникоровой коллекции маша. Обнаружена значительная внутрисортовая гетерогенность по изученным признакам у части образцов, наводящая на предположение о том, что это смесь популяций, что характерно для староместных сортов. Для создания миникоровой коллекции ВИР был произведен сбор растительного материала на Астраханской опытной станции. Для 276 образцов V. radiata и 37 образцов V. mungo, была выделена чистая ДНК, которая будет использована для генотипирования путем секвенирования (Genotyping-by-sequencing (GBS)), а для части образцов — для полногеномного секвенирования.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В отчетном году осуществлялось полевое фенотипирование 300 образцов маша (Vigna radiata (L.) R.Wilczek) и 50 образцов урда (V. mungo (L.) Hepper) из коллекции ВИР в условиях Нижнего Поволжья на Астраханской опытной станции ВИР при капельном орошении. Оценивали 15 признаков, значимых для селекции: продолжительность межфазных периодов, характеристики растения, элементы продуктивности. Получены описательные статистики по изученным выборкам, выявлен размах изменчивости признаков, их скоррелированность. Выявлена большая межсортовая изменчивость большинства изученных признаков. Отмечено сходство структуры скоррелированности признаков у обеих культур. Обнаружена дифференциация сортов по времени поступления в коллекцию, что отражает историю их селекционного улучшения. У маша она выражена более явно по сравнению с урдом, что может свидетельствовать о его меньшей селекционной проработке. Проведены полевые исследования 294 образцов маша (Vigna radiata (L.) R.Wilczek) - мини core-collection WorldVeg. Оценивали 15 признаков, значимых для селекции: продолжительность межфазных периодов, характеристики растения, элементы продуктивности. Составлена сводная таблица оцененных признаков. Были разработаны новые математические модели, которые описывают динамический контроль времени цветения у маша с помощью суточных значений максимальной и минимальной температуры, количества осадков, продолжительности дня и солнечной радиации. Были разработаны два типа моделей, учитывающих влияние климатических факторов на время цветения в зависимости от страны происхождения или генотипа. Модели были параметризованы на наборе данных из 293 образцов маша, полученных из 20 разных стран и фенотипированных в 4 разных средах. Моделирование показало, что 12% и 19% разброса времени цветения соответственно объясняются взаимодействием климатических факторов с этими переменными. Влияние страны происхождения и генотипа на фенологию растений было дополнительно подтверждено путем применения сравнительного подхода. Мы показали, что климатические факторы по-разному влияют на время цветения у образцов с различными комбинациями аллелей. Мы применили модель с информацией о генотипе для прогнозирования времени цветения образцов в 2019-2030 годы на Тайване. Для прогнозирования времени цветения были рассмотрены четыре сценария изменения климата rcp26, rcp45, rcp60 и rcp85. Прогнозируемые тренды для температуры и осадков предполагают, что колебания времени цветения обусловлены колебаниями осадков, тогда как общее уменьшение времени цветения связано с потеплением. Разработка генетических маркеров для селекции требует интеграции больших объемов разнородной информации о геномах растений, фенотипах и окружающей среде. Мы разработали базу данных ViGWAS (https://vigwas.ru/), которая является централизованным ресурсом для исследования генетических ассоциаций у Vigna radiata и Vigna mungo. База данных разработана в среде PostgreSQL, версия 11.0, состоит из 31 таблицы и 31 индекса первичных ключей. Логические связи между таблицами реализованы посредством 27 внешних ключей. ViGWAS разработана для хранения информации об однонуклеотидных полиморфизмах и вариантах копийности, сортовых характеристиках растения, географические и климатических данных о районах культивирования и местах сбора образцов, фенотипах растений, лабораториях, проводившая выделение ДНК и секвенирование, программных и алгоритмических средствах, использованных для анализа данных секвенирования. ViGWAS может быть использована для решения задач поиска биомаркеров, анализа статистических зависимостей и корреляционных связей агроклиматических, фенотипических и генетических данных, а также для учёта и контроля экспериментов по выделению ДНК, приготовлению библиотек и секвенированию. В настоящее время в базу данных загружена информация по фенотипированию миникоровой коллекции ВИР в Астрахани в 2018 году. Проведен полногеномный анализ ассоциаций 293 образцов мини core-коллекции маша Всемирного Центра овощеводства (Тайвань), собранных из 17 стран с фенотипическими данными, полученными в 2018 году на Кубанском филиале ВИР. Полногеномный анализ ассоциаций обнаружил несколько маркеров, существенно связанных с двумя важными агрономическими признаками. Мы обнаружили блок из четырех SNP в области неравновесного сцепления, связанный с созреванием в стрессовых погодных условиях, в котором расположен ген, кодирующий стресс-ассоциированный белок, содержащий цинковый палец A20 и домен AN1. Также, был проведен анализ ассоциаций между SNP и фенотипическими признаками, измеренными в нескольких странах Азии. Полногеномный анализ ассоциаций выявил 24 значимо-ассоциированных SNP с пятью важными агрономическими признаками, измеренными на Тайване в 1984 году. 17 из 24 точечных мутаций попадают в последовательность известных генов, кодирующих белки, которые могут влиять на важные агрономические признаки.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В отчетном году второй раз осуществлялось полевое фенотипирование того же набора из 300 образцов маша (Vigna radiata (L.) R.Wilczek) и 50 образцов урда (V. mungo (L.) Hepper) коллекции ВИР в условиях Нижнего Поволжья на Астраханской опытной станции ВИР при капельном орошении. Оценивали 15 признаков, значимых для селекции: продолжительность межфазных периодов, характеристики растения, элементы продуктивности. Получены описательные статистики по изученным выборкам, выявлен размах изменчивости признаков, их скоррелированность, в целом сходная у обеих культур. Выявлена большая межсортовая изменчивость большинства изученных признаков. Проанализированы различия показателей признаков за два года. Неблагоприятные условия 2020 г – пониженная температура воздуха и сильная засуха существенно сказались на элементах семенной продуктивности. Проанализирована дифференциация изученных образцов по времени поступления в коллекцию, что отражает историю их селекционного улучшения. Выполнен полногеномный поиск ассоциаций по результатам фенотипирования в 2019 году. Среди фенотипических признаков были выделены кластеры сильно скоррелированных признаков. Коллекция генотипирована и в анализ были взяты 9664 однонуклеотидных полиморфизмов, присутствующие более чем в 90% 274 образцов Vigna radiata. Анализ структуры популяции показал разбиение 274 образцов на 4 кластера, распределение фенотипическри признаков по которым оказалось неравномерным. Был произведен полногеномный поиск ассоциаций для 13 признаков с учетом популяционной структуры, построены соответствующие манхэттенские графики и определены 38 статистически значимых ассоции между ОНП и признаками. Анализ манхэттенских графиков и значимых ассоциаций для выделенных груп скоррелированных фенотипических признаков позволил предположить плейотропную природу части значимых ОНП. Проведен полногеномный анализ ассоциаций 293 образцов мини core-коллекции маша Всемирного Центра овощеводства (Тайвань), собранных из 17 стран с фенотипическими данными, полученными в 2019 году на Астраханском филиале ВИР. Полногеномный анализ ассоциаций выявил 23 значимо-ассоциированных SNP с тремя важными агрономическими признаками. 12 из 23 точечных мутаций попадают в последовательность известных генов, кодирующих белки, которые могут влиять на важные агрономические признаки. Один SNP на второй хромосоме имеет значимые ассоциации со всеми тремя вегетационными периодами. GGE biplot анализ фенотипического признака количество дней до 50% цветения был произведен с учетом оценки этого фенотипического признака среди образцов коллекции WorldVeg в четырех разных условиях среды: в Индии в 2016 г., на Тайване в 1984 и 2018 г. и на Кубанской опытной станции ВИР в 2018 г. GGE biplot анализ выявил генотип, который имеет не только наибольшее значение фенотипического признака в среде Тайвань, 1984, но также имеет максимальное среднее значение фенотипического признака по всем средам и проявляет себя как наиболее стабильный из всех генотипов. Была разработана новая уточненная математическая модель, которая описывает динамический контроль времени цветения у маша с помощью суточных значений максимальной и минимальной температуры, количества осадков, продолжительности дня и солнечной радиации. Для разработки модели был использован метод приближенных байесовских вычислений, который позволил автоматически определить количество, сложность и аналитический вид управляющих функций климатических факторов. Было показано, что прирост ежедневной максимальной температуры от 0 до 2 с шагом 0,25 градуса может вызвать два типа реакции — уменьшение времени цветения, наблюдаемое у большинства образцов, и его рост, выявленный для отдельных значений возмущения максимальной температуры у группы образцов, что может быть вызвано, например, недостаточной влагообеспеченностью. Реконстукция демографической истории популяций V.radiata показала, что азиатские образцы V.radiat var. sublobata разошлись с австралийскими 50 ‒ 60 тыс. лет тому назад, а доместицированные формы V.radiata возникли 9 тыс. лет тому назад. В базу данных ViGWAS загружена информация по коллекции WorldVeg на Кубани (2018) и Астрахани (2019), загрузка других данных GWAS экспериментов с использованием коллекций ВИР и WorldVeg продолжается.