02.11.2021
Группа физиологии и молекулярно-биологического анализа
30 лет независимости страны: достижения в интенсификации селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений с использованием физиологических, биохимических и молекулярных маркеров Булатова К.М., ВНС лаборатории биотехнологии, физиологии, биохимии растений и оценки качества продукции, д.б.н.
Лаборатория физиологии и биохимии растений была сформирована в 1959 году. Более 20 лет, с 1971 по 1993 годы лабораторией руководил видный ученый, автор более 400 научных трудов, доктор биологических наук, профессор Юрий Викторович Перуанский. Разработанные им основные принципы биохимической оценки объектов исследований 1) Сохраняемость биологического материала в процессе анализа; 2) Использование микромодификаций для проведения анализов; 3) Экспрессность метода, возможность автоматизации анализов не утратили актуальности по сей день. Одним из многочисленных, внедренных Перуанским Ю.В. методов, является метод электрофореза на гелевом носителе, который интенсивно используется и в настоящее время для различения генотипов на основе физико-химических особенностей белков (как запасных так и энзиматических).
Метод позволяет анализировать часть семени, сохраняя зародышевую часть для размножения, возможна модификация метода в зависимости от культуры. Гетерогенность запасных белков зерна злаковых, выявляемая различными методами электрофоретического разделения, была широко использована в идентификации материала генофонда (Булатова К.М. Абдуламонов К., Курбонмамадова М., 2001, Уразалиев Р.А., и др., 2003, Булатова К.М., Цыганков В.И., Цыганков И.Г. , 2003, Булатова К.М. Аширбаева С.А, 2004, Булатова К.М. Есимбекова М.А., 2005; Булатова К.М., 2007; Булатова К.М. Есимбекова М.А., Мукин К.Б, 2007, Булатова К.М., Сариев.Б.С., 2007, Булатова К.М., 2008; Булатова К.М., 2009, Кабирова Л.В., Булатова К.М., 2009, Булатова К.М., Есимбекова М.А., 2009, Уразалиев Р.А., Булатова К.М,, 2009, Булатова К.М., Сариев Б.С., 2009, Bulatova K.M., M.A. Yessimbekova, R.Zh.Kushanova , 2010, Есимбекова М.А., Булатова К.М., 2011, ). По результатам исследований были изданы каталоги:. «Каталог генофонда ячменя по спектру гордеина» (Булатова К.М., Сариев Б.С., 2007) и «Каталог генофонда пшеницы по составу высокомолекулярных и низкомолекулярных субъединиц глютенина» (Нурпеисов И.А. и др., 2008), в которых приведены белковые формулы более 700 коллекционных образцов ячменя и 1000 образцов пшеницы, каталог генофонда тритикале «Идентификация по электро-форетическим спектрам проламинов» ( Уразалиев Р.А. и др., 2014), каталог сортового генофонда мягкой пшеницы ТОО «КазНИИЗиР» по спектрам глиадина и высокомолекулярных субъединиц глютенина» (Булатова и др., 2014). Изучен состав высокомолекулярных глютенинов 811 образцов 16 коллекционных наборов мягкой пшеницы генофонда НПЦЗиР. Выявлены носители 3 аллелей глютенинкодирующего локуса Glu A1, 9 аллелей локуса Glu B1, 4 аллелей локуса Glu D1. Степень генетического разнообразия коллекций (H) варьировала от 0,28 до 0,64В целом, более 70% изученного материала генофонда мягкой пшеницы ТОО «КазНИИЗиР» являются носителями ценных в отношении качества аллелей локусов Glu A1 и Glu B1, более 50% — локуса Glu D1. Показано, что селекционерами Казахстана используется 62,5% имеющегося в генофонде разнообразия генотипов по составу ВМСГ, для селекции на высокую урожайность, устойчивость к болезням вовлекается материал с пшенично-ржаной транслокацией.
Были разработаны условия фракционирования, принципы регистрации компонентов и способ записи белковых формул проламинов овса – авенинов (К.М.Булатова, Б.С.Сариев, 2003), глобулинов сои (К.М.Булатова, С.М. Дидоренко 2003), гелиантининов подсолнечника (Юсаева Д.А., Булатова К.М. Дидоренко, 2005, Юсаева Д.А., К.М.Булатова., 2007, 2009). Белковое маркирование интенсивно внедряется в семеноводство с-х. культур до настоящего времени (Айтымбетова К.Ш, Булатова К.М., 2004; Булатова К.М. Тлеубаева Т.Н., 2005, Булатова К.М., Бекенова Л В, Абилова К.Р., 2010, Айтымбетова К.Ш., Булатова К.М., Тогисова Р.Б., 2010, Айтымбетова К.Ш., Булатова К.М., 2011, Булатова К.М., С.А. Аширбаева, 2012), разработаны методические указания, учитывающие генетический контроль типичности семян по спектру запасных белков (Уразалиев Р.А. и др., 2008). Исследования по обеспечению семеноводческих работ были распространены на масличные (Юсаева Д.А Булатова К.М., 2009, Юсаева Д.А., Мейірман Ғ.Т., Булатова К.М., 2011), овощные культуры (Кабирова Л.В., Булатова К.М., 2009), получен патент РК №24931 «Способ оценки типичности и чистоты самоопыленных линий и уровня гибридности F1 семян подсолнечника», разработаны рекомендации по сохранению чистосортности и уровня гибридности семян сортов и гибридов подсолнечника (Булатова К.М., Юсаева Д.А., Горьковая Е.В.2011).За период с 2012 по 2015 год был проведен анализ генетической структуры сортов мягкой пшеницы, включенных в Госреестр допущенных к использованию в РК сортов с-х. культур по составу глиадинов, фракционированных методом электрофореза, образцы были получены у оригинаторов сортов и используются для идентификации и подтверждения сортовой принадлежности.
Известно, что помимо чистых, генетически однородных сортов, значительная часть зерновых культур, а именно пшеницы и ячменя представлены полиморфными, полибиотипными сортами, внутрисортовые группы которых (биотипы) являются морфологически мало отличимыми, но, нередко, различающимися по адаптации к окружающим условиям среды, разным уровнем продуктивности, по качественным показателям и т.д. Мнения ученых относительно адаптивности биологических систем, характеризующихся внутрисортовым разнообразием противоречивы, что может быть связано со степенью совместимости биотипов при меняющихся условиях выращивания.
Нами был разработан «Способ распознавания совместимых биотипов пшеницы для обеспечения стабильной урожайности полиморфного сорта» позволяющий выделять в сорте пластичные, совместимые и обеспечивающие стабильную урожайность полиморфного сорта биотипы по отклику на минеральное питание (патент РК № 2845, 2017). В последние годы в лаборатории усилились исследования по применению белковых маркеров в изучении кормовых трав, в оценке внутрипопуляционного генетического разнообразия сортов эспарцета (Bulatova et.al., 2015), установлении вклада компонентных линий в поликроссную популяцию сорта настоящего времени по вариабельности спектра запасных белков семян у люцерны (Мейрман Г.Т. и др. 2017), идентификации подвидов диких форм люцерны, собранных в разных регионах Казахстана. В составе запасных белков семян выделяются и функциональные белки, определяющие физиологические, биологические, качественные особенности растений и семян. В системе SDS-электрофореза нами ежегодно оцениваются селекционные линии пшеницы на наличие ценных в отношении качества аллелей глютенинкодирующих локусов, методом нативного электрофореза выявляются генотипы и гибридные линии сои с наличием или отсутствием ингибитора трипсина Кунитца, в спектре запасных белков семян подсолнечника–гелиантинина распознаются белковые компоненты, которые могут служить надежными маркерами наличия генов Rf/rf в селекционном материале и в контроле уровня гетерозиготности семян F1 гибридных популяций. Наряду с белковыми маркерами ведутся исследования по изучению физиологических и биохимических изменений в проростках семян зерновых, зернобобовых, масличных культур под влиянием стрессовых факторов (засухи, жары, холода и др.) и выявлению эффективных маркеров для отбора устойчивых форм, составлению протоколов для создания неблагоприятных стрессов в лабораторных условиях (Булатова и др., 1991, Хайбулина, Булатова 1999, Bulatova,2000, Булатова и др., 2002, Булатова и др., 2003, Булатова и др. 2014, Булатова и др., 2017). Благодаря исследованиям молодых специалистов, прошедших стажировки в Китае (Школа наук о жизни и технологии, университета электронной науки и технологии Китая, г.Ченгду), Турции (Центральный исследовательский институт полевых культур, Анкара), Сербии (институт полевых культур и овощеводства, г.Нови Сад) в селекцию сельскохозяйственных растений активно внедряются новые виды маркеров, основанных на ДНК технологии –полимеразной цепной реакции (ПЦР) . Изучено генетическое разнообразие сортообразцов рапса по белковым и ДНК маркерам (Мазкират и др., 2014), проведено генотипирование коллекционных инбредных линий подсолнечника методами биохимического и молекулярного маркирования (Bulatova et.al., 2020), контролировалось внедрение генов устойчивости пшеницы к желтой ржавчине (Bulatova et.al., 2017), нулевой аллели гена ингибитора трипсина Кунитца в селекционные линии сои (Bulatova et.al., 2019).За период независимости: • Сохранены, воспитаны и дополнительно подобраны кадры, способные на высоком уровне оценивать селекционно-семеноводческий материал, коллекции генофонда с использованием физиолого-биохимических параметров, владеющие методами ДНК типирования и генных технологий. • Создана и поддерживается инфраструктура для проведения генетического анализа растительных образцов на уровне биохимических, белковых и ДНК маркеров.
