ИРН AP19677163

Название проекта  «Разработка SNP-маркеров по признаку засухоустойчивости на основе полногеномного анализа ассоциаций (GWAS) для применения в маркер-опосредованной селекции сои (Glycine max L.)»

Статус – полное успешное завершение.

Годы реализации – 2023 -2025 гг.

Цель — Создание набора информативных SNP-маркеров, сцепленных с признаком засухоустойчивости для использования в маркер-опосредованной селекции сои (Glycine max L.) на основе полногеномного анализа ассоциаций (GWAS).

Актуальность. В Казахстане соя (Glycine max (L.) Merrill) является одним из важных бобовых и масличных культур. Сою возделывают в основном на орошаемых полях Алматинской (24,3 тыс. га) и Жетысуской (74,5 тыс. га) областях. Основным фактором, снижающим урожайность и рентабельность данный культуры является дефицит воды для орошения, частые засухи и  суховеи. Селекция сои на устойчивость к дефициту влаги в настоящее время ограничена отбором по фенотипическим признакам. Для стабильного увеличения производства сои, являющейся важной культурой для продовольственной безопасности как в мире так и в РК, требуется внедрение современных знаний и технологий в практическую селекцию и повышение ее эффективности по отбору форм, устойчивых к дефициту орошения. Настоящий проект направлен на использование многолетних данных фенотипирования и современной технологии полногеномного анализа ассоциаций (GWAS) для разработки новых информативных ДНК-маркеров, сцепленных с признаком засухоустойчивости. В рамках проекта планируется апробация разработанных маркеров для маркер-опосредованной селекции сои в целях повышения качества и эффективности селекции сои на засухоустойчивость. Внедрение новых и надежных SNP-маркеров в практическую селекцию позволит усилить селекционные программы по созданию отечественных уникальных сортов, устойчивых к дефициту влаги и поможет преодолеть неблагоприятные воздействия засухи в регионе.

 Ожидаемые результаты:

По результатам исследований будут опубликованы:

-2 (две) статьи и (или) обзора в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded и входящих в 1 (первый) и (или) 2 (второй) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 65 (шестидесяти пяти).

— 1 (одна) статья или обзор в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКСНВО.

На основе полногеномного анализа ассоциаций (GWAS) для применения в маркер-опосредованной селекции сои (Glycine max L.)будут разработаны высокотехнологичные SNP-маркеры, связанные с признаком засухоустойчивости, урожайности семян при засухе.

С использованием разработанных маркеров будет проведено SNP-генотипирование сортов коллекции и изучаемых селекционных линий. С помощью MAS будут выделены ценные генотипы в потомствах расщепляющихся гибридных популяций, а также среди линий поздних поколений селекционных питомников.

На основании многолетнего испытания сортов мировой коллекции и коллекции отечественных сортов (6 лет) в условиях юго-востока соина двух контрастных фонах (орошение и без орошения) будут выделены и рекомендованы засухоустойчивые сорта сои для фермеров.

По итогам реализации проекта будет проведена работа по подготовке 1 (одного) доктора философии (PhD) или доктора по профилю.

Полученные результаты:

В период 2023-2025 гг. в полевых условиях Алматинской области на искусственно созданном участке засухи и орошения  проведено испытание и фенотипическое изучение по признакам продуктивности 217 образцов сои, из них 188 образцов коллекции и  23 гибридных популяций сои. В результате полевого испытания проведена сравнительная оценка урожайности и восьми её компонентов всех изученных образцов. В каждой группе спелости коллекции выделены самые засухоустойчивые сорта сои, показавшие высокие значения урожайности в условиях отсутствия орошения: Северное сияние (MG00), Устя (MG0), Вилана (MGI), Зен (MGII) и  Спонсор (MGIII).

Проведено SNP-генотипирование 188 коллекционных образцов сои и 94 индивидуальных растений трех специально созданных гибридных популяций по 50.000 DArT и  SNP-маркерам по технологии Illumina Hiseq2500/Novaseq6000, Soybean DArTseq (1.0) (Diversity Arrays Technology Pty Ltd Канберра, Австралия).

Выполнен анализ полногеномных ассоциаций (GWAS) с использованием фенотипических данных 188 образцов, выращенных на двух контрастных фонах (орошение, засуха) в условиях 2023 и 2024 года и данных их генотипирования с использованием 16K-фильтрованных DArT-маркеров.

В результате полногеномного анализа ассоциаций (GWAS), было выявлено 41 QTN. Выявленные 41 QTN, с соответствующими им генами обеспечивает важное понимание множественного генетического контроля урожайности и связанных с ней признаков у растений сои, выращенных в условиях засухи по сравнению с условиями хорошего полива. На основе комбинированного анализа GWAS и BSA были отобраны восемь важных генов для юго-востока РК (Glyma.08G126200, Glyma.06G032500,  Glyma.04G112700, Glyma.17G093400, Glyma.15G156600, Glyma.15G092400, Glyma.05G163000, Glyma.18G029000)

По результатам проведенного анализа qRT-PCR установлено, что все выбранные восемь генов подтвердили свою вовлеченность в регуляцию либо с повышением, либо с понижением экспрессии, с различиями между низко- и высокоурожайными образцами сои и без них.

Разработаны и апробирована эффективность 6  SNP–маркеров  к трем выделенным генам Glyma.06G032500, Glyma.08G126200 и Glyma.04G112700.  Разработка маркеров по полученным данным будет продолжена. Разработанные маркеры будут использованы в селекционных программах сои по маркер-опосредованной селекции сои (Glycine max L.) на засухоустойчивость.

Все представленные в текущем исследовании результаты предоставляют новые знания и предпосылки для разработки молекулярных маркеров, которые могут быть использованы на практике для создания новых засухоустойчивых сортов сои в условиях сухого континентального климата юго-восточного Казахстана и других стран со схожими условиями.

По результатам исследований опубликованы 6 статей и тезисов, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах входящих в  первый квартиль (Q1) базы Scopus и Web of Science, 1 статья в журнале КОКСНВО, 1 статья в журнале входящий RSCI (Russian Science Citation Index). Получен патент и авторское свидетельство на селекционное достижение засухоустойчивый сорт сои «Северное сияние».

В ходе выполнения работ по тематике гранта подготовлен один магистр Дженисбаева А.М. по специальности 7М5105 «Генетика». В настоящее время ведётся подготовка одного докторанта по специальности 8D05105 – «Биотехнология»  на базе Казахского национального университета имени аль-Фараби — Амангелдиевой А.А.

Имена и фамилии членов исследовательской группы с их идентификаторами:

Научный руководитель — Ержебаева Раушан Сайлаувна, кандидат биологических наук по специальности «Селекция и семеноводство», заведующая лабораторией биотехнологии растений. Author ID в Scopus 57199500878 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57199500878

Исполнители:

Ведущий научный сотрудник проекта — Дидоренко Светлана Владимировна, кандидат биологических наук по специальности «Селекция и семеноводство», профессор биологии, Author ID в Scopus 57190010217 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57190010217

Научный сотрудник проекта – Мазкират Шынар, магистр по специальности 6М070100 «Биотехнология», магистр в области растениеводства (биоинформатика) University of Wageningen (WUR) Вагенингенский университет Author ID в Scopus 56939054600 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56939054600

Младший научный сотрудник проекта – Амангелдиева Айгуль,магистр техники и технологии по специальности 6М070100 «Биотехнология, Author ID в Scopus – 5721643942 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57216439423

Младший научный сотрудник проекта — Касенов Ринат, специальность «Агрономия», Author ID в Scopus – 58576944000 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=58576944000

Младший научный сотрудник проекта– Майкотов Бекжан, магистр по специальности 6М070100 «Биотехнология», ORCID ID – 0000-0001-6155-1808

Младший научный сотрудник проекта – Дженисбаева Асель,  магистр по специальности 6М070100 «Биотехнология». ORCID ID 0000-0002-1649-9681

Список публикаций и патентов по проекту:

2023 год

1 Амангелдиева А.А., Ержебаева Р.С. Генотипирование коллекции сои по засухоустойчивости с использованием SSR-маркеров // Селекция и генетика культурных растений – 2023 // Материалы международной научной конференции, посвященной 100-летию кафедры генетики, селекции и семеноводства РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. —  Москва, 2023. — С. 10-14.

2024 год

1 Yerzhebayeva R., Didorenko S., Bastaubayeva S., Amangeldiyeva A., Maikotov B., Kassenov R., Shavrukov Y. Soybean Drought Tolerance and Escape: Field Trial Assessment of Yield, Maturity Groups and Smooth-Wrinkled Seed Coats in Kazakhstan // Agriculture. — 2024. — Vol. 14(11). — P. 1884 https://doi.org/10.3390/agriculture14111884  (Scopus 83%, Q1).

2 Didorenko S.V., Yerzhebayeva R.S., Amangeldiyeva A., Kassenov R.Zh.Effect of no irrigation on yield of domestic soybean varieties under conditions of southeast Kazakhstan // Materials of the international conference  «International Conference on Plant Biology and Biotechnology» (ICPBB 2024). – Almaty, June 3-6, 2024. – P.93

3  Патент на селекционное достижение  №1125 сорт сои «Северное сияние». Авторы патента: Дидоренко С.В., Ержебаева Р.С., Кудайбергенов М.С., Абугалиева А.И., Сидорик И.В., Зинченко А.В.Патентообладатель: ТОО «Казахский НИИ земледелия и растениеводства», заявка 2020/040.4 от 07.12.2020 г., дата опубликования 15.03.2024 г.

2025 год

1 Ержебаева Р.С., Дидоренко С.В., Амангелдиева А.А., Мереева Т.Д.  Влияние засухи на качество зерна сои в условиях юго-востока Казахстана // Научно – производственный журнал «Зернобобовые и крупяные культуры». – 2025. —  № 2 (54) .- С.33-40. DOI: 10.24412/2309-348X-2025-2-33-40 (индексируется  в Russian Science Citation Index) https://journal.vniizbk.ru/jurnals/54/j_zbk_2025_2-033-040.pdf

2 Амангелдиева А.А., Ержебаева Р.С, Дидоренко С.В. SSR-маркерлерін қолдана отырып, қытайбұршақ үлгілерінің генетикалық әртүрлілігін бағалау // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2025. – № 3. – С.11-23. https://doi.org/10.11134/btp.3.2025.2

3AmangeldiyevaA., YerzhebayevaR., MazkiratSh., DidorenkoS., BastaubayevaSh., MaikotovB.,  KassenovR., JenisbayevaA., ShavrukovY. Yield and yield component trait analysis with DArT genotyping for GWAS in soybean grown in drought conditions of Kazakhstan // Frontiers in  Plant Science. – 2025. – Vol.16. — 1674201.  https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1674201 (Scopus 92% Q1)