ИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНОВ ГРЕЧИХИ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ХОЗЯЙСТВЕННО-ЦЕННЫЕ ПРИЗНАКИ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ГЕНОМНЫХ ДАННЫХНИР

Источник финансирования НИР

ФЦП: Федеральная целевая программа, «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы»

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 марта 2011 г.-30 июня 2011 г. Выбор направления исследований, теоретические и подготовительные экспериментальные исследования
Результаты этапа: Развитие молекулярно-генетических методов сделало возможным поиск молекулярных маркеров, ассоциированных с ценными для сельскохозяйственного использования признаками. Это облегчает выявление перспективных растений на самых ранних стадиях их развития, что в свою очередь, позволяет существенно ускорить селекционную работу. Этот подход успешно используется в селекции пшеницы, риса, кукурузы и других культур. Однако для эффективного поиска таких маркеров необходимы, с одной стороны, точно и подробно охарактеризованные особенности строения и развития, с другой стороны, хорошо изученные структура генома и функции генов. Поставленные в рамках выполнения этапа задачи решены полностью. В том числе: 1) Сделан обзор современной научно-технической и методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР с использованием 39-ти научно-информационных источников за период 2000 – 2010 гг. 2) На первом этапе исследований нами было идентифицировано 612 генов гречихи участвующих в регуляции ответа на стрессовые факторы. В том числе 377 генов обеспечивающих устойчивость к абиотическим стрессам, 118 обеспечивающих устойчивость к продуктам образующимся в ходе метаболизма (активным формам кислорода и т.д.), 60 принимающих участие в ответе на биотический стресс. Были охарактеризованы функции этих генов на молекулярном уровне. 3) Проведенные патентные исследования позволили сделать вывод о патентной чистоте проводимых в рамках проекта работах.
2 1 июля 2011 г.-8 декабря 2011 г. Идентификация генов, предположительно участвующих в ответе на стрессовые воздействия у различных видов гречихи
Результаты этапа: На втором этапе были разработаны подходы к анализу экспрессии этих генов. Знание характера экспрессии генов – ключ к определению роли гена в том или ином биологическом процессе или болезни, а также и к пониманию более сложных регуляторных механизмов. Наиболее точным методом для измерения уровня экспрессии является полимеразная цепная реакция продуктов обратной транскрипции с детекцией результатов в режиме реального времени (ОТ ПЦР-РВ). На данном этапе выполнения НИР были проведены исследования позволяющие корректно использовать этот метод при анализе уровня экспрессии генов гречихи. Краткие результаты работ 2 этапа: 1. В рамках разработки подходов к количественному анализу экспрессии генов гречихи идентифицированы четыре стабильно экспрессирующихся гена, которые могут быть использованы в качестве референсных при анализе экспрессии генов у гречихи (Expressed1 (ортолог At4g33380), SAND, CACS и Tip41.). 2. Модифицированны методы получения ДНК и РНК гречихи, позволяющие нивелировать наличие фенольных соединений в тканях этого растения, которые препятствуют выделению нуклиновых кислот при использовании стандартных методов выделения. 3. Создан набор образцов РНК гречихи выделенных при различных видах стрессов. Полученные пробы будут использованы на следующих этапах выполнения работы при анализе экспрессии генов, контролирующих ответы на различные виды стрессов.
3 1 января 2012 г.-30 июня 2012 г. Количественный анализ экспрессии генов, предположительно участвующих в ответе на стрессовые воздействия у различных видов гречихи
Результаты этапа: На третьем этапе были идентифицированы ортологи этих генов у диких видов гречихи, в том числе: - для Fagopyrum cymosum определен 561 ортологичный ген, - для Fagopyrum tataricum определено 523 ортологичных гена, - для Fagopyrum homotropicum определено 532 ортологичных гена. На основании исследований созданной на втором этапе проекта коллекции образцов РНК растений, подвергшихся стрессовым воздействиям, разработано 29 экспрессионных маркеров, позволяющих различить ответ на 8 типов воздействий: темнота (сутки), ранение (час), ранение (сутки), жара (+45 °С, час), жара (+45 °С, сутки), холод (+4 °С, час), холод (+4 °С, сутки), свет (увеличение интенсивности в три раза, сутки).
4 1 июля 2012 г.-10 ноября 2012 г. Обобщение и оценка результатов исследований
Результаты этапа: Гречневая крупа (плоды Fagopyrum esculentum Moench) занимает второе место по потреблению круп в России, уступая только рису, что делает её одной из самых важных культивируемых крупяных культур в стране. Однако урожайность этой культуры обычно не превышает 9 ц/Га, и при неблагоприятных условиях может снижаться в разы. Основой новых селекционных методов для получения устойчивых к неблагоприятным условиям сортов гречихи может стать 1) разработка трансгенных сортов, экспрессирующих гены устойчивости к стрессовым факторам полученные из диких видов гречихи, которые обладают повышенной устойчивостью к этим факторам, 2) молекулярные маркеры, ассоциированные с хозяйственно-ценными признаками, как традиционные маркирующие отдельные локусы ДНК, так и характеризующие функционирование отдельных регуляторных путей. До начала выполнения данной НИР в литературе и общедоступных базах данных было известно менее 10 полных и частичных копий генов гречихи участвующих в контроле ответа на стрессы. Таким образом, в ходе текущего проекта впервые была проведена широкомасштабная идентификация генов гречихи участвующих в ответе на стрессовые воздействия. Впервые получена информация о структуре и функциях генов контролирующих эти процессы у четырех видов гречихи. В том числе, были определены полноразмерные копии генов отвечающих за перекрестную устойчивость к нескольким видам стрессов. В том числе: транскрипционные факторы класса MYB – 45 шт, транскрипционные факторы содержащих AP2/EREBP-домен – 32 шт., гены факторов ответа на ауксин (ARF) – 27 шт., Ca2+ зависимые протеинкиназы – 20 шт., Белки теплового шока (HSF) – 14 шт.. Помимо этого было определено 45 полноразмерных последовательностей генов участвующих в ответе на биотический стресс. Были определено более 4 тыс генов, участвующих в ответах на восемь видов воздействий: высокая температура 1 час, высокая температура 24 часа, низкая температура 1 час, низкая температура 24 часа, избыточное освещение 24 часа, отсутствие освещения 24 часа, имитация ответа на биотический стресс: ранение 1 час и ранение 24 часа. На основании полученных последовательностей были разработаны экспрессионные маркеры, позволяющие проводить процесс мониторинга ответа на стрессы в процессе проведения селекционных мероприятий. В ходе выполнения 4 этапа был проведен дополнительный анализ полученных последовательностей генов. Он подтвердил отнесение выявленных генов к генам, контролирующим ответы на стрессовые воздействия. На основе этого анализа сформирована база данных, содержащая информацию об идентифицированных генах. Полученные результаты позволят облегчить проведение селекционного процесса при выведении новых сортов устойчивых к различным стрессовым воздействиям, что позволит увеличить урожайность гречихи, особенно в годы с неблагоприятными погодными условиями. Проведено патентное исследование направленное на определение потентной чистоты полученных результатов. В результате показано, что полученные в ходе выполнения результаты не подпадают под действие существующих патентов. Следует отметить, что отсутствие устойчивости гречихи к неблагоприятным факторам приводит к существенному снижению урожайности в России, и как следствие, к существенным экономическим потерям. При объеме мирового в 90 миллиардов рублей (3 миллиарда долларов), потери от неблагоприятных условий среды в 2010 году составили от 10 до 30 % урожая в зависимости от страны. Таким образом, при выведении с использованием полученных в ходе выполнения НИР результатов устойчивых к не благоприятным условиям сортов, при увеличении устойчивости на 1 % по сохранению урожая возможно экономия до 300 миллионов рублей в год.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".