03.11.2021
Достижения лаборатории биотехнологии, физиологии, биохимии растений и оценки качества продукции ТОО «КазНИИЗиР» за годы независимости Республики Казахстан
Ержебаева Раушан, канд. биол. наукГруппа биотехнологии растений
История лаборатории биотехнологии начинается с 14 апреля 1987 года, когда Постановлением Совета Министров Казахской ССР (№172) в республике был организован Казахский сельскохозяйственный биотехнологический центр, опытно-базовым учреждением, которого был определен Казахский НИИ земледелия им. В.Р. Вильямса (ныне Казахский НИИ земледелия и растениеводства). Биотехнологические исследования в институте возглавил доктор биологических наук, профессор Шегебаев О.Ш. Под его руководством была разработана комплексная долгосрочная программа научно-исследовательских работ по биотехнологии сельскохозяйственных культур до 2000 года под названием “Биотехнология экологической селекции сельскохозяйственных культур в Казахстане” (БИОТЭССК). Исследования проводились по основным продовольственным культурам — пшенице, ячменю, кукурузе, сахарной свекле и предусматривали расширение спектра генетической изменчивости растений, ускорение гомозиготизации селекционных линий с использованием нетрадиционных методов клеточной и тканевой селекции. Старт, полученный в 1987 – 1991 гг. по биотехнологическим исследованием был продолжен под руководством таких ученых как Искаков А.Р. (1991 – 1993 гг.), Алимгазинова Б.Ш. (1993 – 1997 гг.), Анапьяев Б. (1997 г.), Надиров Б.Т. (1997 – 2003 гг.), Башабаева Б.М. (2003 – 2004 гг.), Кудайбергенов М.С. (2004 – 2005 гг.), Жамбакин К.Ж. (2005 – 2006 гг.), Абсаттарова А.С. (2006 -2011 гг.), Уразалиев К.Р. (2011-2015 гг.), Ержебаева Р.С. (2015 г. – по настоящее время).Интенсивно были подготовлены научные кадры — биотехнологи в результате обмена опытом и тесной интеграции с ведущими вузами Казахстана, Институтом молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхожина, Институтом физиологии, генетики и биоинженерии растений (сейчас ИББР), крупнейшими биотехнологическими центрами России: Институт физиологии растений им. Тимирязева РАН, Всероссийский НИИ сельскохозяйственной биотехнологии, Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова, Тимирязевская сельскохозяйственная академия; Венгрии: НИИ сельского хозяйства (г. Мартонвашар), Биологический научный центр (г. Сегед), Чехии, Германии, Индии и др.
При создании биотехнологического центра для исследований был построен отдельный корпус, проведено полное оснащение лабораторной мебелью, вытяжной системой, современным оборудованием для таких направлений как: эмбриокультура, гаплоидная технология, клеточная инженерия и сомаклональная вариация. В период 2009-2010 гг. в рамках бюджетной программы 048 «Увеличение уставного капитала АО «КАИ» по проекту «Создание лабораторной сети» лаборатория биотехнологии прошла обновление по оборудованию и оснащению в соответствие с международными стандартами по ПЦР-лаборатории, культуры ткани in vitro и цитологии.
Лаборатория с 2011 года аккредитована в системе аккредитации РК на соответствие требованиям ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2019 на идентификацию генетически модифицированных источников в семенах сельскохозяйственных культур (СТ РК1346-2005).Лаборатория биотехнологии постоянно развивает международное сотрудничество для обмена опытом, технологиями с ведущими НИО по селекции и биотехнологии полевых культур: Северо-Западный университет Китая (профессор Shan Weixing), Биотехнологический научно-исследовательский центр Центрального НИИ полевых культур г. Анкара, Турция (Cuma Karaoglu, PhD), International Atomic Energy Agency (IAEA) Международное агентство по атомной энергии (через национального координатора проекта – проф. Кенжебаева С. С. КазНУ им. аль-Фараби), Saaten Union Biotec, Германия, Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы, Украина, г.Киев (Роик Н.В., Ковальчук Н.С.), ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова» (Корниенко А.А., Федулова Н.П.), Flinders University (д-р PhD Шавруков Ю.Н.)
Основные достижения лаборатории биотехнологии:
— Разработаны DH — технологии для ускоренного получения дигаплоидных линий пшеницы и тритикале путем индуцированного андрогенеза (Жамбакин К.Ж., 1992, Анапьяев Б.А., 1997, Yerzhebayeva R. et al, 2017, 2018, 2019); ячменя технологией «бульбозум» (Терлецкая Н., 1996, Алимгазинова Б.Ш., 1997, Искаков А.Р., 1999, Оразалиева Ж., 2001; Искакова А.Б, 2007 Таскинбаева Р.Ж., 2007). На основании разработанных технологий получено и передано в селекционный процесс более 1500 дигаплоидных линий ячменя, пшеницы, тритикале с высокой продуктивностью, устойчивостью к стрессовым факторам среды;
— Разработаны технологии клеточной и тканевой селекции in vitro ячменя, сои, сахарной свеклы, кукурузы на различных селективных средах (селективный агент ПЭГ 6000, NaCl, культуральный фильтрат гриба Fusarium оxysporum). По результатам исследований получено свыше 2000 сомаклонов пшеницы, ячменя, сои, сахарной свеклы с высокой урожайностью, устойчивостью к болезням, устойчивостью к стрессовым факторам среды (Жумабаева Б.А., 1996; Алимгазинова Б.Ш., 1995, 2000, Терлецкая Н.В., 1996, Савин В.Н., 1996, Лесова Ж. Т. 2001; Каниев Б.К., 2001; Башабаева Б.М., 2006, Дидоренко С.В., Абсаттарова А.С., 2008, Абсаттарова А.С., Абекова А.М., 2009, 2013, Наим М., Ержебаева Р.С., 2017, Даниярова А.К., 2017, Ержебаева Р.С., Абекова А.М., 2019);
— Разработаны и усовершенствованы технологии ускоренного клонального размножения ценных форм лекарственных растений инорайонной и местной флоры (подснежник Воронова, папайя, майоран садовый, облепиха) в условиях in vitro, имеющих важное значение для фармацевтической и пищевой промышленностей (Алимгазинова Б.Ш., Ержанова С.Т., 1999); ускоренного клонального размножения сахарной свеклы в условиях in vitro; модифицированы питательные среды для каждого этапа микроразмножения сахарной свеклы (Ахмедова Ж.В., 1996; Кожахметов К.К., 1999).
— Усовершенствована технология культивирования in vitro незрелых зародышей межвидовых и межродовых гибридов мягкой и твердой, озимой и яровой пшениц (эмбриокультура). Получено свыше 300 межвидовых и межродовых отдаленных гибридов пшеницы с высокой продуктивностью и устойчивостью к видам ржавчины и септориозу, которые были переданы в селекционный процесс как исходный материал. Изучены цитологические и цитогенетические закономерности создания межвидовых и межродовых гибридов в условиях in vitro (Кожахметов К.К., Абекова А.М., 2005);- Оптимизированы технологии скрининга образцов сахарной свеклы, сои по устойчивости к осмотическому стрессу, к холоду с использованием в качестве эксплантов каллусов, незрелых зародышей и черешков (Уразалиев К.Р., 2013, Абекова А.М., Ержебаева Р.С., 2020);
— Разработан системный подход в биотехнологии с привлечением компьютерных технологий для обработки биологической информации (Савин В.Н., 1995);- На основе интеграции методов генетики, традиционной и клеточной селекции, сомаклональной вариации и гаплоидии, основанных на дифференцированном поэтапном подходах созданы 4 сорта пшеницы и ячменя, из них 2 сорта озимой и яровой мягкой пшеницы (Нуреке и Самгау) и 2 сорта ячменя (Бастама и Акжол);- Лаборатория является автором 3 патентов на способы (№ 5665 «Способ получения дигаплоидных растений тритикале методом культуры пыльников in vitro», способ получения дигаплоидных растений межвидовых и межродовых линий пшеницы методом культуры пыльников in vitro, способ получения линий сахарной свеклы, устойчивых к культуральному фильтрату Fusarium oxysporum»), 10 рекомендаций, соавтором 2 гибридов сахарной свеклы, 1 сорта тритикале, 1 сорта сои, 2 сортов люцерны, 2 сортов эспарцета. — С использованием ДНК-технологии рабочие коллекции пшеницы и яровой тритикале идентифицированы по генам Vrn, Ppd, Vp-1B, pinA-D1b, pinB-D1b; генам устойчивости к ржавчине (Lr9, Lr28, Lr35/Sr39, Lr37/Sr38, Sr2, Sr22, Sr36) (Абсаттарова А.С., Уразалиев Р.А., 2008, Базылова Т.А., 2019, Yerzhebayeva R. S., et al, 2020); коллекции сои ультраскороспелых и скороспелых групп идентифицированы по аллельной вариации генов чувствительности к фотопериоду (Е1, Е3, Е7) (Мазкират Ш., Ержебаева Р.С., 2019); коллекции сахарной свеклы идентифицированы по генам устойчивости к цветушности (Абекова А.М. с соавт., 2019), генам кислой хитиназы (Yerzhebayeva R. et al, 2018);- На основании сопоставления результатов генотипирования коллекции сои (100 образцов) с использованием 40 SSR маркеров, фенотипирования по признаку засухоустойчивости и биоинформатического анализа сцепления выделенных маркеров подобран ген–кандидат GmTEM1 Glyma.02g0999500 и разработан ДНК — маркер GmTEM1, охватывающий полиморфный район гена для генотипирования образцов сои по засухоустойчивости для использования в маркерной селекции (Ержебаева Р.С., Дидоренко С.В., 2020);
— На основании генотипирования и фенотипирования образцов сахарной свеклы разработаны маркеры SNP Amplifluor маркеры KIZ3, KIZ4 на гены хитиназы SE2, SP2, связанные с устойчивостью к корневой гнили. Данные маркеры рекомендованы как диагностические для более точного и быстрого определения генотипов растений сахарной свеклы, устойчивых как патогенному грибу F.oxisporum (Yerzhebayeva R. et al, 2018);
Деятельность лаборатории биотехнологии растений в настоящее время направлена на использование современных методов биотехнологии (ДНК и клеточные технологии in vitro) в селекции для ускорения селекционного процесса и выделения и создания источников и доноров хозяйственно-ценных признаков, обеспечивающих выведение новых высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, устойчивых к стрессовым факторам среды. Сотрудники лаборатории прошли научные стажировки в ведущих НИО мира и международных центрах: CIMMYT, ICARDA, IPK, Австралийский центр функциональной геномики растений (г. Аделаида, 2011), Копенгагенский университет, факультет сельского хозяйства и экологии (Дания, г. Копенгаген, 2012), Чжэцзянский университет, Институт атомных сельскохозяйственных наук, секция селекции мутаций (г. Ханчжоу, Китай, 2016), Биотехнологический научно-исследовательский центр Центрального НИИ полевых культур (Анкара, 2017), Тель-Авивский университет, Институт улучшения зерновых культур (Израиль, 2018 г.), Падуанский университет DAFNAE (Италия, 2019). Двое сотрудников обучились в магистратуре рамках международной образовательной программы «Болашак».Лаборатория биотехнологии идет в ногу со временем и постоянно усовершенствует используемые методы и внедряет новые современные технологии в селекционный процесс. Выполняет научные проекты КН МОН РК и ПЦФ МСХ РК.
За последние 5 лет освоены и внедряются в селекционный процесс современные методы биотехнологии:
— SNP-генотипирование, оценка экспрессии генов с использованием ПЦР в режиме реального времени (QuantStudio-7 Real-Time PCR Cycler (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
— технология маркерной селекции;- оценка генетической однородности и оригинальности линий сахарной свеклы, используемых в качестве компонентов гибридов с использованием SSR-маркеров (Амангелдиева А.А. с соавт., 2021);
— ДНК-паспортизация линий и гибридов сахарной свеклы (Абекова А.М., 2021);
— оценка плоидности сахарной свеклы, пшеницы, тритикале на анализаторе плоидности Cy Flow Ploidy Analyser (Sysmex) (диплоидые, гаплоидные формы пшеницы, тритикале, диплоидные, триплоидные и тетрапоидные формы сахарной свеклы).
Лаборатория готова развиваться и осваивать новые биотехнологии…
