Изучение генетических детерминант морозостойкости озимой твердой пшеницы с целью использования в селекционном процессе

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 24-16-00274

НазваниеИзучение генетических детерминант морозостойкости озимой твердой пшеницы с целью использования в селекционном процессе

Руководитель Дивашук Михаил Георгиевич, Кандидат биологических наук

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

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые слова твердая пшеница; морозостойкость; спидбридинг; молекулярные маркеры; полевой опыт; геномная селекция

Код ГРНТИ68.03.03 68.35.03 68.35.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Твёрдая пшеница (Triticum durum Desf.) является одной из главных зерновых культур в мире. Ее зерно используется для производства макаронных изделий, круп булгур и кус-кус, а также муки-крупчатки семолины. Это связано с содержанием и качеством белка в зерне твердой пшеницы, которое превосходит по своим характеристикам зерно мягкой пшеницы. В связи с изменяющимися климатическими условиями стоит вопрос о создании сортов твердой пшеницы, способных выдерживать более суровых гидротермических условиях окружающей среды. Селекция новых высоко адаптивных сортов, отличающихся в первую очередь высокой зимостойкостью и морозостойкостью - один из наиболее экономически эффективных и экологически безопасных способов решения настоящей проблемы. Изменения климата неизбежно приведут к снижению урожайности у имеющихся сортов озимых из-за отсутствия достаточной зимо- и морозостойкости. Поэтому создание новых сортов озимой твердой пшеницы, которые по своим показателям продуктивности и устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды, в том числе к сильным морозам (в том числе кратковременным), будут превосходить или находиться на уровне показателей озимой мягкой пшеницы, позволит расшить ареал возделывания твердой пшеницы, а также увеличить валовой сбор качественного зерна этой культуры. Изменения, происходящие в погодных условиях, могут привести к засушливым суровым зимам с сильными перепадами температур, что будет вызывать серьезные потери урожая у имеющихся сортов твердой пшеницы, поэтому изучение молекулярных механизмов морозостойкости и зимостойкости являются особенно актуальными. В нынешних и будущих погодных условиях морозостойкость и зимостойкость сортов будет выступать в качестве лимитирующего фактора. Изучение механизмов адаптации растений к стрессовым условиям суровой зимы позволит создать новые сорта озимой твердой пшеницы, дающие стабильный урожай, что в свою очередь обеспечит продовольственную безопасность страны. Жизненно важные свойства зимостойкости растений, влияющие на выживание растений и получение стабильного урожая, в конечном итоге, столь же важны и для людей, так как люди по всему миру употребляют в пищу продукцию, получаемую из твердой пшеницы каждый день. В настоящее время существует ряд методов, позволяющих быстро и эффективно проводить исследования по генотипированию и фенотипированию растений. Например, полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) используется для поиска SNP, связанных с различными признаками. Генетические маркеры могут использоваться для скрининга коллекций в поисках новых аллелей генов, оказывающих влияние на формирование морозостойкости и зимостойкости твердой пшеницы. Геномика и протеомика помогают создавать новые и улучшать старые сорта, а также решать теоретические вопросы в генетике твердой пшеницы. Общее использование генетических методов, в том числе молекулярных маркеров, позволяет оценивать селекционный материал на ранних этапах работ и отбирать нужные комбинации генов для дальнейших скрещиваний. Классическая селекция твердой пшеницы – длительный процесс, позволяющий получить только одно поколение в год. Для ускорения работы по выращиванию родительских линий для гибридизации, гибридов F1 и стабилизации расщепляющихся популяций можно применять инновационную технологию Speed Breeding. Эта технология подразумевает выращивание растений в контролируемых условиях, способствующих быстрому прохождению вегетативной и генеративной фаз развития твёрдой пшеницы, что позволяет получать минимум 3 поколения в год. Комплексное использование перечисленных методов позволить расширить наше знание и понимание механизма адаптации растений озимой твердой пшеницы к негативным эффектам окружающей среды, в частности к морозам. Полученные данные помогут ускорить процесс создания новых морозостойких и зимостойких сортов озимой твердой пшеницы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
С целью изучения генетических детерминант морозостойкости у озимой твёрдой пшеницы ввиду сложности данного признака был применён комплексный научный подход с использованием разнообразных всесторонних подходов в области фенотипирования и генотипирования. Фенотипирование на зимо- и морозостойкость коллекции из 234 образцов, включающих как сорта, так и перспективные селекционные линии из коллекции НЦЗ им. П.П.Лукьяненко, было проведено на опытных полях, на стеллажах в условиях максимально приближенных к полевым и в фитотронных установках. Вегетация растений в отчетном году проходила при значительном давлении стрессовых факторов среды: январские морозы, почвенная и атмосферная засуха, суховейные явления в период формирования и налива зерна. Таким образом, оценка растений проходила на хорошем анализирующем фоне, позволяющем максимально дифференцировать изучаемые генотипы по их реакции на стрессовые условия. По устойчивости к подмерзанию листовой пластины коллекция характеризовалась следующим распределением: 9 баллов (устойчивые образцы) – 35%, 8 баллов – 24%, 7 баллов – 4%, 6 и 5 баллов – по 1%, 4 и 3 балла – по 2%, 2 балла – 13%, 1 балл (неустойчивые образцы) – 18%. По перезимовке коллекция характеризовалась следующим распределением: 9 баллов (отлично) – 49%, 8 баллов - 17%, 7 баллов – 3%, 6 баллов – 1%, 5, 4 и 3 балла – по 2%, 2 балла – 7%, 1 балл (плохо) – 17%. По выживаемости растений на стеллажах коллекция характеризовалась следующим распределением: 100 % (выжили все растения) – 22%, 99-88% - 78%, 87-76% - 50%, 75-64% - 10%, 63-52%, 39-28% и 15-4% - по 1%, 27-16% - 4%, 0% (все растения погибли) - 68%. По выживаемости растений в условиях фитотрона коллекция характеризовалась следующим распределением: 100 % (выжили все растения) – 7%, 99-88% - 23%, 87-76% -28%, 75-64% -35%, 63-52% - 22%, 51-40% - 26%, 39-28% - 14%, 27-16% - 15%, 15-1% - 21%, 0% - 43%. Таким образом, в результате фенотипирования было показано, что изучаемая коллекция характеризуется разнообразием изучаемых признаков, отражающих зимо- и морозостойкость твёрдой пшеницы. Изучаемая коллекция из 234 образцов исследована на аллельное состояние известных генов и локусов, ассоциированных с морозостойкостью (в том числе с накоплением осмолитов, толщиной клеточной стенки, развитием корневой системы), адаптивностью (потребность в яровизации и фотопериодической чувствительности, высота) и продуктивностью (масса 1000 зёрен) растений. Для локуса, ассоциированного с морозостойкостью Fr-A2, по трём маркерам показана следующая структура коллекции: по маркеру S2269949 аллель устойчивости выявлен у 32,9% образцов, по маркеру S1077313- у 67,1% образцов, по маркеру S1862541 – у 64,1% образцов; по маркерам S1298957 и S1051014 продемонстрировано отсутствие полиморфизма между образцами. Анализ по гену яровизации Vrn-A1 показал, что 96,9% образцов несут аллель озимого образа жизни vrn-A1, из них 57,9% имеют аллель vrn-A1a, ассоциированный с длительной яровизацией, 32,1% - аллель vrn-A1b короткой яровизации. Анализ по гену фотопериодической чувствительности Ppd-A1 показал, что 13,7% несут аллель нечувствительности Ppd-A1a, по гену Ppd-B1 разнообразия не выявлено. Большая часть образцов оказалась носителем аллеля низкостебельности Rht-B1b (99,1%). Выявлены носители аллелей, ассоциированных с высокой массой 1000 зёрен: 85,5% образцов несут аллель Hap-T гена сахаросинтазы Sus1-7А (ген Sus1-7А ассоциирован с высоким накоплением сахаров, в качестве осмолитов также повышающих морозостойкость), 59% образцов несут аллель Hap-4A-C гена Cwi-4A (ген Cwi-4A ассоциирован формированием утолщённой клеточной стенки, также повышающей морозостойкость), 17,5% образцов несут аллель TGW6-A1a, 10,3% несут аллель Hap-A локуса Gw2-6A. Выявлено, 24,4% образцов несут аллель Hap-C гена Dro-5A, ассоциированный с глубоким развитием корневой системы. Таким образом, по всем проанализированным генам и локусам кроме Rht-B1, Ppd-B1 и Gw2-6B выявлено аллельное разнообразие исследуемой коллекции образцов твёрдой озимой пшеницы. Изучаемая коллекция генотипирована с помощью метода genotyping-by-sequencing. В результате биоинформатического анализа полученных данных установлено, что коллекция представлена десятью генетически отдалёнными кластерами, каждый из которых в среднем содержит 21 генетически близкий образец в диапазоне от 5 до 34 образцов, а также одиннадцатым «смешанным» кластером, 34 образца из которого не кластризуются ни с одним другим кластером. Таким образом, сформированная коллекция обладает высоким полиморфизмом и является пригодной для проведения ассоциативных исследований. Полученные данные позволят осуществить поиск ассоциаций между фенотипическим разнообразием и генетическим разнообразием по генам и однонуклеотидным полиморфизмам, определить, какой процент дисперсии фенотипического признака объясняется аллельным состоянием изучаемых генетических факторов и выявить наиболее значимые из них. По результатам фенотипирования и молекулярно-генетического анализа было отобрано 48 образцов твёрдой пшеницы, контрастных по фенотипу (зимо-и морозотойкость, продуктивность, адаптивность, качество) и генотипу (аллельное состояние изучаемых генов и SNP-локусов), для проведения скрещиваний и создания расщепляющихся популяций, которые будут использованы для поиска генетических детерминант морозостойкости озимой твердой пшеницы с целью использования в селекционном процессе.

Публикации

1. Бизякина Д.О., Радзениеце С., Алкубеси М., Рубец В.С., Зеленина А.С., Коробкова В.А., Блинков А.О., Дивашук М.Г. Использование методов клеточной биотехнологии у твёрдой пшеницы 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – 43с., 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – с.9-10 (год публикации - 2024)

2. Зеленина А.С., Коробкова В.А., БизякинаД.О., Радзениеце С., Блинков А.О., Яновский А.С, Беспалова Л.А., Карлов Г.И., Кочешкова А.А., Дивашук М.Г. Лабораторная оценка морозостойкости озимой пшеницы твёрдой (Triticum durum Desf.) 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – 43с., 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – с.23-25 (год публикации - 2024)

3. Есина М.С., Черноок А.Г., Беспалова Л.А., Агаева Е.В., Дивашук М.Г. Применение KASP маркеров в изучении морозостойкости у пшеницы «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – 148 с., «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – с. 26-27 (год публикации - 2024)

4. Бизякина Д.О. , Нагамова В.М. , Алкубеси М., Радзениеце С.Б. , Рубец В.С. , Блинков А.О. , Дивашук М.Г. Сравнительная характеристика методов получения чистых линий для озимой твёрдой пшеницы «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – 148 с., «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – с. 82-83 (год публикации - 2024)

5. Съедина Н.М., Ермолаев А.С., Ульянов Д.С., Воронежская В.С., Васильев А.В., Тощаков С.В., Дивашук М.Г. Метод идентификации сегментов интрогрессий на минимальном количестве ридов «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – 148 с., «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – с. 48-49 (год публикации - 2024)

6. Блинков А.О., Зеленина А.С., Бизякина Д.О., Коробкова В.А., Радзениеце С., Кочешкова А.А., Дивашук М.Г. Спидбридинг vs удвоенные гаплоиды: что эффективнее для селекции твёрдой пшеницы? 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – 43с. , 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – с.10-11 (год публикации - 2024)

7. Есина М.С., Черноок А.Г., Коробкова В.А. , Лаппо А.А. , Блинков А.О. , Зеленина А.С. , Архипов А.В. , Ермолаев А.С. , Крупин П. Ю., Беспалова Л.А., Яновский А.С. , Воропаева А.Д. , Мудрова А.А. , Дивашук М.Г. Изучение аллельного разнообразия гена Fr-A2 в коллекции твердой пшеницы 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – 43с., 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – с.20-22 (год публикации - 2024)

8. Авдеев С.М., Кузнецов И.А., Черноок А.Г., Дивашук М.Г. Роль многолетних трав в формировании продуктивности твредой пшеницы 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – 43с., 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – с.8-9 (год публикации - 2024)

9. Коробкова В.А., Яновский А.С., Ульянов Д.С., Ермолаев А.С., Архипов А.В., Самарина М.А., Назарова Л.А., Черноок А.Г., Мудрова А.А., Беспалова Л.А., Карлов Г.И., Дивашук М.Г Поиск и изучение генов, оказывающих влияние на хозяйственно-ценные признаки твёрдой пшеницы 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – 43с. , 2-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ТВЕРДАЯ ПШЕНИЦА: генетика, биотехнология, селекция и семеноводство, технологии выращивания и переработки» (Москва, 11-13 ноября 2024г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.:ФГБНУ ВНИИСБ, 2024 – с. 27-29 (год публикации - 2024)

10. Коробкова В.А., Яновский А.С., Самарина М.А., Беспалова Л.А., Мудрова А.А., Архипов А.В., Ульянов Д.С., Карлов Г.И., Дивашук М.Г. Идентификация аллельных вариантов гена Psy-A1 в коллекции сортов и линий твёрдой пшеницы Национального центра зерна имени П.П. Лукьяненко «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – 148 с., «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – с.29 (год публикации - 2024)

11. Зеленина А.С., Яновский А.С., Бизякина Д.О., Нагамова В.М., Рубец В.С., Блинков А.О., Коробкова В.А., Юркина А.И., Беспалова Л.Ю., Карлов Г.И., Дивашук М.Г. Методологические рекомендации по выращиванию твёрдой пшеницы в условиях Speed Breeding для решения селекционных задач «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – 148 с., «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и сельскохозяйственной микробиологии»: 24-я Всероссийская конференция молодых учёных (Москва, 23 – 27 сентября 2024 г., ФГБНУ ВНИИСБ), сборник тезисов докладов. – М.: ФГБНУ ВНИИСБ, 2024. – с.27-28 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе исследований была проведена оценка зимо- и морозостойкости 234 сортов и перспективных селекционных линий озимой твердой пшеницы в условиях опытных полей, стеллажей, установленных на площадке полевой опытной станции, моделирующих условия максимально приближенные к полевым, но имеющие более суровые условия перезимовки растений. Также была проведена оценка сортообразцов после проморозки в условиях фитотронных установок НЦЗ им. П.П. Лукьяненко и ФГБНУ ВНИИСБ. Вегетация растений проходила при значительном давлении стрессовых факторов, при этом аномально теплая зима делала изучение коллекции на морозостойкость, а также проведение отборов наиболее устойчивых генотипов после проморозки в фитотронных установках особенно актуальным. По перезимовке растений коллекция характеризовалась следующим распределением: 9 баллов (отлично) –61%, 8 баллов –7%, 7 баллов –5%, 6 баллов –2%, и 5 баллов – 5 %, 4 балла – 8%, 3 балла – 10%, 2 балла – 2%, 1 балл (плохо) – 0%. По устойчивости к подмерзанию листовой пластины: 9 баллов (устойчивый) – 1%, 8 баллов – 14%, 7 и 6 баллов у 3%, 5 баллов – 11%, 4 балла – 18%, 3 балла – 15%, 2 балла – 13%, 1 балл – 0%, 0 баллов (неустойчивый) – 22%. По выживаемости растений на стеллажах коллекция характеризовалась следующим распределением: 100 % (выжили все растения) –5%, 99-88% - 37%, 87-76% -22 %, 75-64% - 3%, 63-52% - 2%, 39-28% и 27-16% по 1%, 15-1% - 4%, 0% (все растения погибли) - 22%. По выживаемости растений в условиях фитотрона (НЦЗ): 100 % (выжили все растения) – 1%, 99-88% - 2%, 87-76% -3%, 75-64% -7%, 63-52% - 4%, 51-40% - 10%, 39-28% и 27-16% - 12%, 15-1% - 25%, 0% - 24%. Таким образом было показано, что изучаемая коллекция характеризуется разнообразием изучаемых признаков, отражающих зимо- и морозостойкость твёрдой пшеницы. На базе ФГБНУ ВНИИСБ был разработан протокол оценки твердой пшеницы на морозостойкость в условиях фитотрона. Протокол состоит из 4 основных этапов: выращивание растений до интересующей фазы онтогенеза, закалка растений, промораживание при 3 режимах температуры, оценка выживаемости растений. При этом весь цикл протокола проводится в одной камере. Были установлены температурные ряды для промораживания растений в зависимости от фазы развития: -8С/-11С/-15С для 2-3 листьев, -10С/-13С/-15С – для фазы активного кущения. Протокол позволяет варьировать вегетационные сосуды в зависимости от объема опыта и нужной фазы развития. Подобрано минеральное питание, позволяющее дополнительно сократить цикл протокола на 1-1,5 недели. Разработан график, учитывающий временные затраты на изменение значений температуры во время цикла эксперимента. По разработанному протоколу была проведена оценка выживаемости 210 сортов и линий в условиях фитотрона ФГБНУ ВНИИСБ после проморозки на пуле температуре, подобранном на основании физиологического возраста растений. В ходе исследований были применены современные методы цифрового фенотипирования растений с помощью платформы TraitFinder (Phenospex), камеры дистанционного контроля температуры АТ61 и гиперспектральной камеры Muses9-HS. Данные, получаемые в ходе цифрового фенотипирования дают представление о том, какие сорта лучше или хуже переносят воздействие низких отрицательных температур, путем вычисления различных индексов (например NDVI, PSRI), характеризующих их состояние. В условиях спидбридинга были проведены скрещивания с родительскими формами контрастными по морозоустойчивости, с учетом их признаков адаптивности, продуктивности и данных молекулярно-генетического анализа, в результате чего были получены 93 гибридные комбинации и расщепляющаяся популяция из 17 тысяч линий. Было получено достаточное количество семенного материала для проведения оценки по морозоустойчивости. GWAS на популяции озимой твердой пшеницы выявил четыре SNP, статистически ассоциированных с морозоустойчивостью. Данные SNP располагаются на хромосомах 1B, 5A, 5B и 7B. SNP, расположенный на хромосоме 5A, объясняет наибольшую долю фенотипической вариации (PVE 21,5%). Найденный SNP находится в гене E3 ubiquitin-protein ligase BIG BROTHER, участвующем в регуляции CBF-генов (основные гены морозоустойчивости пшеницы). На найденные с помощью GWAS варианты были разработаны KASP-маркеры, которые показали хорошую аллельную дифференцировку образцов. По данным генотипирования, полученным в ходе предыдущего этапа работы, был проведен статистический анализ и выявлены маркеры, значимо ассоциированные с уровнем зимо- и морозостойкости растений. Наибольший вклад в уровень морозостойкости растений был выявлен для маркеров, сцепленных с локусом Fr-A2. В испытаниях на стеллажах аллель Hap-G маркера S1862541 обеспечивал прибавку морозостойкости до 81.9 п.п (процентных пункта), аллель Hap-A маркера S1077313 обеспечивал прибавку до 81.8 п.п. и аллель Hap-A маркера S1298957 обеспечивал прибавку до 81.0 п.п.. Эти же аллели имели статистически значимый вклад в морозостойкость растений в условиях фитотрона. Помимо прямого эффекта на морозостойкость, данные аллели значимо повышали зимостойкость растений в среднем 4–6 балла. Наряду с ними, статистически значимый эффект был зафиксирован для маркеров на ген Vrn-A1. Из них наибольший вклад в морозостойкость растений вносил аллель Hereward type маркера Exon7_C/T_Vrn-A1, который давал прибавку до 75 п.п. на стеллажах и до 62,2 в фитотроне. Аллель vrn-A1b маркера Vrn1_new давал прибавку морозостойкости до 71,3 п.п в испытаниях на стеллажах и до 47,3 п.п. в условиях фитотрона. Аллель Hap-A маркера Dro-5A также вносил существенный вклад в устойчивость растений к низкотемпературным стрессам. Этот аллель был связан с прибавкой морозостойкости до 62,4 п.п. в опытах на стеллажах и до 39,9 в фитотронных опытах, а также повышал зимостойкость растений в среднем на 3-4,5 балла. Статистически значимого влияния не выявлено для аллелей Vrn-A1b-Mark, Vrn-B1, Rht1 и Gw2-6B. Была выявлена высокая корреляция уровня зимо- и морозостойкости растений с аллелями маркеров S1077313, S1862541 и S1298957 - 0,69 (p<0,05), 0,69 и 0,74 соответственно. Уровень устойчивости растений также коррелировал с аллелями маркеров Vrn1_new (0,66), Exon7_C/T_Vrn-A1 (0,75) и Dro-5A (0,51).

Публикации

1. Бизякина Д.О., Рубец В.С., Радзениеце С., Нагамова В.М., Блинков А.О., Яновский А.С., Дивашук М.Г. Чистые линии озимой твёрдой пшеницы: спидбридинг или удвоенные гаплоиды? Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений (PlantGen2025): 8-я Международная научная конференция (2–5 июля 2025 г., Новосибирск): тезисы докладов / Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики Сиб. отделения Рос. академии наук; Новосибирский нац. исслед. гос. ун-т. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2025. 314 с. , Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений (PlantGen2025): 8-я Международная научная конференция (2–5 июля 2025 г., Новосибирск): тезисы докладов / Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики Сиб. отделения Рос. академии наук; Новосибирский нац. исслед. гос. ун-т. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2025. С. 56. (год публикации - 2025)
10.18699/PlantGen-2025-56

2. Ермолаев А.С., Беспалова Л.А., Коробкова В.А., Яновский А.С., Назарова Л.А., Крупина А.Ю., Черноок А.Г., Мудрова А.А., Воронежская В.С., Крупин П.Ю., Карлов Г.И., Дивашук М.Г. High-quality bonds: serine acetyltransferase 2 gene revealed by GWAS is associated with grain protein content in spring durum wheat. Frontiers in Plant Science. – 2025. – Т. 16. – С. 1632673., Frontiers in Plant Science. – 2025. – Т. 16. – С. 1632673. (год публикации - 2025)
10.3389/fpls.2025.1632673

3. Беспалова Л. А., Аблова И. Б., Пузырная О. Ю., Мудрова А. А., Филобок В. А., Яновский А. С., Гуенкова Е. А., Самарина М. А., Архипов А. А., Коробкова В. А., Алкубеси М., Ермолаев А. С., Мохов Т. Д., Черноок А.Г., Крупин П.Ю., Дивашук М.Г. Genetic Diversity of Wheat Varieties of the Krasnodar Breeding School and Their Breeding Value. Russian Journal of Genetics, 2025, Vol. 61, No. 11, pp. 1492–1499., Rus J Genet 61, 1492–1499 (2025). https://doi.org/10.1134/S1022795425701054 (год публикации - 2025)
: 10.1134/S1022795425701054

4. Ульянов Д.С., Ульянова А.А., Литвинов Д.Ю., Кочешкова А.А., Крупина А.Ю., Съедина Н.М., Воронежская В.С., Васильев А.В., Карлов Г.И. и Диващук М.Г. StatFaRmer: cultivating insights with an advanced R shiny dashboard for digital phenotyping data analysis. Frontiers in Plant Science. – 2025. – Т. 16. – С. 1475057., Frontiers in Plant Science. – 2025. – Т. 16. – С. 1475057. (год публикации - 2025)
10.3389/fpls.2025.1475057

5. Ермолаев А.С., Яновский А.С., Коробкова В.А., Беспалова Л.А., Мудрова А.А., Карлов Г.И., Дивашук М.Г. Genome-wide Identification and Characterization of Interspecific Introgressions of Bread Wheat Genetic Material into Homeologous Chromosomes of Durum Wheat. Nanobiotechnology Reports, 2024, Vol. 19, No. 5, pp. 830–842., Nanobiotechnology Reports. – 2024. – Т. 19. – №. 5. – С. 830-842. (год публикации - 2024)
10.1134/S2635167624602018

6. Зеленина А.С., Коробкова В.А., Блинков А.О., Лаппо А.А., Бизякина Д.О., Радзениеце С., Яновский А.С., Беспалова Л.А., Кочешкова А.А., Дивашук М.Г., Карлов Г.И. Разработка новой методики оценки морозостойкости озимой твёрдой пшеницы Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений (PlantGen2025): 8-я Международная научная конференция (2–5 июля 2025 г., Новосибирск): тезисы докладов / Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики Сиб. отделения Рос. академии наук; Новосибирский нац. исслед. гос. ун-т. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2025. 314 с. , Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений (PlantGen2025): 8-я Международная научная конференция (2–5 июля 2025 г., Новосибирск): тезисы докладов / Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики Сиб. отделения Рос. академии наук; Новосибирский нац. исслед. гос. ун-т. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2025. С. 95 (год публикации - 2025)
10.18699/PlantGen-2025-95

7. Коробкова В.А., Яновский А.С., Крупина А.Ю., Ермолаев А.С., Крупин П.Ю., Самарина М.А., Беспалова Л.А., Архипов А.В., Ульянов Д.С., Мудрова А.А., Дивашук М.Г. Изучение коллекции твердой пшеницы НЦЗ им. П.П. Лукьяненко по аллельным вариантам генов, оказывающих влияние на хозяйственно ценные признаки Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений (PlantGen2025): 8-я Международная научная конференция (2–5 июля 2025 г., Новосибирск): тезисы докладов / Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики Сиб. отделения Рос. академии наук; Новосибирский нац. исслед. гос. ун-т. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2025. 314 с. , Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений (PlantGen2025): 8-я Международная научная конференция (2–5 июля 2025 г., Новосибирск): тезисы докладов / Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики Сиб. отделения Рос. академии наук; Новосибирский нац. исслед. гос. ун-т. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2025. С. 119. (год публикации - 2025)
doi 10.18699/PlantGen-2025-119

8. Лаппо А.А., Черноок А.Г., Коробкова В.А., Блинков А.О., Зеленина А.С., Архипов А.В., Ермолаев А.С., Яновский А.С., Беспалова Л.А., Воропаева А.Д., Карлов Г.И., Дивашук М.Г. Изучение коллекции озимой твердой пшеницы по генам, оказывающим прямое и опосредованное влияние на морозостойкость растений Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений (PlantGen2025): 8-я Международная научная конференция (2–5 июля 2025 г., Новосибирск): тезисы докладов / Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики Сиб. отделения Рос. академии наук; Новосибирский нац. исслед. гос. ун-т. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2025. 314 с. , Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений (PlantGen2025): 8-я Международная научная конференция (2–5 июля 2025 г., Новосибирск): тезисы докладов / Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики Сиб. отделения Рос. академии наук; Новосибирский нац. исслед. гос. ун-т. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2025. С. 129 (год публикации - 2025)
10.18699/PlantGen-2025-129

9. Дивашук М.Г., Ермолаев А.С., Воронежская В.С., Яновский А.С., Коробкова В.А., Беспалова Л.А., Мудрова А.А., Воропаева А.Д., Лаппо А.А., Тощаков С.В., Самарина М.А., Крылова А.С., Карлов Г.И. Genetic Dissection of Frost Tolerance in Winter Durum Wheat: Three Validated KASP Markers for Marker-Assisted Selection Plants, Plants (год публикации - 2025)