Возросшая доступность однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), разработанных с помощью технологий секвенирования нового поколения (NGS), позволяет проводить генетические исследования культурных растений, которые ранее были невозможны. Одновременно с этим ученые сталкиваются с необходимостью обработки больших массивов данных, полученных на основе полногеномного скрининга. Сложность обработки и интерпретации экспериментальных данных может быть уменьшена за счет сокращения числа статистических тестов и снижения вероятности ложных ассоциаций путем группировки тысяч SNP в несколько сотен блоков гаплотипов. Благодаря устойчивой структуре генома в селекционных линиях большинства культур, построение гаплотипов может стать мощным дополнением для повышения эффективности маркер- ориентированной и геномной селекции. В настоящем обзоре кратко перечислены подходы, традиционно применяемые для конструирования гаплотипных блоков, а также приведены успешные примеры исследований, проведенных на культурных растениях и животных, по диссекции хозяйственно важных признаков на основе гаплотипного анализа. Представлены выводы и важные заключения, сделанные по результатам изучения генома культурных растений с использованием подхода, основанного на анализе гаплотипов.

Современный уровень знаний в области эволюции растительных вирусов позволяет отнести проблему генетических основ противовирусного иммунитета высших растений (в том числе важнейших сельскохозяйственных культур) к разряду наиболее актуальных проблем генетики и селекции. В соответствии с эндосимбиотической теорией принято считать, что митохондрии произошли от альфа-протеобактерий, которые были поглощены, но не подвергнуты деструкции клеткой-хозяином. В связи с открытием у прокариот CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats – CRISPR-associated proteins) систем, выполняющих функцию адаптивного иммунитета, возникает вопрос, мог ли подобный механизм противовирусной защиты быть подхвачен эволюцией и использован представителями эукариот, например растениями. Задачей настоящей работы был анализ полных последовательностей ядерного, митохондриального и хлоропластного геномов Arabidopsis thaliana с целью поиска генетических элементов, сходных с таковыми в CRISPR-Cas системах у бактерий и архей. В результате методами in silico в митохондриальном геноме экотипов A. thaliana обнаружен локус регулярно перемежающихся коротких прямых повторов, соответствующий по своей организации CRISPR-локусу адаптивного CRISPR-Cas иммунитета прокариот. На вероятную связь обнаруженного в митохондриальном геноме высшего растения локуса с функцией адаптивного иммунитета указывает наличие у спейсерных последовательностей в составе найденной СRISPR-кассеты гомологии с геномом вируса мозаики цветной капусты, поражающего растения арабидопсиса. У линий арабидопсиса С24 и Ler последовательности повторов и спейсеров CRISPR-кассеты полностью идентичны. В то же время локализация самого СRISPR-локуса в митохондриальном геноме этих линий существенно различается. Установлено, что у линии Col-0 в результате четырех делеций и одной инсерции CRISPR-кассета полностью нарушена. Хотя гены cas в митохондриальном геноме исследуемых экотипов арабидопсиса не были найдены, установлено их наличие в ядерном геноме. В ядерном геноме экотипа Col-0 на всех пяти хромосомах обнаружены гены cas и многочисленные CRISPR-кассеты. Полученные результаты позволяют предположить существование у растений системы адаптивного иммунитета, аналогичного CRISPR-иммунитету бактерий и архей.

В России распространены 53 вида многолетних трав рода Elymus L. (Poaceae) предположительно трех гапломных комбинаций: StH, StY и StHY. Наименее изученными остаются бореальные StH-геномные виды – эндемики РФ. Ранее R. Mason-Gamer с соавторами в серии исследований было показано, что молекулярно- филогенетический анализ последовательностей низкокопийного гена waxy (GBSS1) существенно дополняет цитогенетические данные по геномной конституции и эволюционным взаимоотношениям как среди североамериканских, так и среди азиатских видов рода Elymus. Мы исследовали ген GBSS1 у 18 видов Elymus из Сибири и Дальнего Востока России (включая 14 эндемичных), чтобы определить их геномную конституцию и оценить уровни филогенетической дифференциации: E. charkeviczii, E. jacutensis, E. kamczadalorum, E. komarovii, E. kronokensis, E. lenensis, E. macrourus, E. margaritae, E. subfibrosus, E. sajanensis, E. transbaicalensis, E. peschkovae, E. uralensis, E. viridiglumis. Продукты ПЦР-амплификации фрагментов гена GBSS1 (область эк- зонов 9–14) были клонированы и секвенированы (по 6–8 клонов на образец). Все изученные виды включали субгеномные вариации St и H. Наиболее существенные различия между субгеномными фрагментами St и H обнаружены в интроне 13. Этот интрон в субгеноме H содержит делецию в 21 п. н. во всех генотипах Elymus, вероятно, унаследованную от общего предка геномов H и P. Вместо этой делеции все субгеномы St имеют относительно консервативную последовательность, близкую по нуклеотидному составу к таковой у рода Pseudoroegneria, предок которого является донором современного субгенома St всех видов Elymus. Кластерный филогенетический анализ выявил дифференциацию последовательностей каждого из субгеномов St и Н на два эволюционных варианта – условно St1 и St2, H1 и H2. Установлено, что варианты субгеномов St и Н гомогенны с различными современными видами предковых родов Pseudoroegneria и Hordeum: St1 – P. strigosa, St2 – P. spicata, H1 – Н. jubatum, H2 – H. californicum. Выявлены особенности взаимоотношений между российскими и североамериканскими видами рода, а также ряд микроэволюционных связей в группе эндемичных бореальных видов Сибири и Дальнего Востока. Полученные новые данные необходимы для построения филогенетически ориентированной таксономической системы рода Elymus.

Синтетическая форма RS7 (BBAAUS), у которой первые два генома, А и В, происходят от мягкой пшеницы, а третий состоит из хромосом Aegilops speltoides (S) и A. umbellulata (U), получена от скрещивания синтетических форм Авродес (BBAASS) и Авролата (BBAAUU). От беккроссов с восприимчивыми к листовой ржавчине, желтой ржавчине и мучнистой росе сортами мягкой пшеницы Краснодарская 99, Фишт и Ростислав были созданы устойчивые к этим болезням интрогрессивные линии. ПЦР-анализ показал наличие амплификации фрагментов с маркером SCS421, специфичным для гена Lr28, у линии 4991п17. Цитологическое изучение (С-banding и FISH) 14 линий выявило хромосомные перестройки у 12 из них. В большинстве случаев линии несут транслокации от Ae. speltoides, установленные в хромосомах 1D, 2D, 3D, 2B, 4B, 5B и 7B. Были идентифицированы также линии с замещенными хромосомами 1B (1S), 4D (4S), 5D (5S) и 7D (7S). Отобраны линии, несущие одновременно генетический материал от Ae. speltoides и Ae. umbellulata. У линии 3379п14 идентифицированы транслокации: T7US-7DS.7DL − в коротком плече хромосомы 7D от Ae. umbellulata и в хромосомах 5BL, 1DL, 2DL от Ae. speltoides. В линии 4626п16 определены транслокации: 2DS.2DL-2UL от Ae. umbellulata и T7SS.7SL-7DL от Ae. speltoides. Транс- локации T1DS.1DL-1SL, T3DS.3DL-3SL от Ae. speltoides и T2DS.2DL-2UL, T7DL.7DS-7US от Ae. umbellulata выявлены впервые. Сделано предположение, что линии могут нести неидентифицированные ранее гены устойчивости к грибным болезням, в частности к листовой ржавчине, от видов Ae. speltoides и Ae. umbellulata.

Отсутствие четких морфологических маркеров хромосом хлопчатника способствовало разработке нетрадиционного метода маркировки хромосом с помощью транслокаций. Тестерные транслокационные линии хлопчатника на сегодняшний день представляют собой наиболее полный набор цитологических маркеров. Приведены результаты цитогенетического анализа гибридов F1, полученных от скрещиваний моносомных линий хлопчатника с транслокационными линиями с идентифицированными хромосомами. Цитогенетическая идентификация и нумерация унивалентных хромосом у 25 моносомных линий цитогенетической коллекции Национального университета Узбекистана позволила установить, что четыре моносомные линии имеют унивалентные хромосомы по хромосоме 2, 15 линий – по хромосоме 4, четыре линии – по хромосоме 6, одна линия – по хромосоме 7 Аt-субгенома и одна линия – по хромосоме 18 Dt-субгенома хлопчатника. Остальная 21 линия была дубликатом трех негомологичных хромосом. Все идентифицированные моносомные линии характеризовались различиями в размерах унивалентов, величине мейотического индекса, числа тетрад с микроядрами, фертильности пыльцы, частоты воспроизводства моносомного состояния в потомстве и комплекса морфологических признаков, ассоциированных с моносомией по идентифицированной хромосоме. Несмотря на различия в генотипической среде и методах получения моносомиков в двух коллекциях хлопчатника, наблюдается удивительное совпадение дан ных по большей частоте появления моносомиков по хромосомам 2, 4 и 6, тогда как моносомики по другим хромосомам набора появляются с куда меньшей частотой, а по восьми негомологичным хромосомам (5, 8, 13 Аt-субгенома и 14, 15, 19, 22 и 24 Dt-субгенома) вообще никогда не выявляются.

Создание интрогрессивных форм мягкой пшеницы с чужеродным генетическим материалом от культурных и диких видов трибы Triticeae является эффективным методом для расширения генофонда пшеницы, необходимого для селекционных работ. К настоящему времени получены многочисленные коллекции линий с интрогрессиями в виде замещений и модификаций хромосом, однако создание и изучение форм пшеницы с новыми ценными признаками остаются актуальным направлением современных научных разработок. Рожь Secale cereale L., чьи хромосомы несут гены, контролирующие ценные экономические и биологические характеристики и свойства, широко используется для получения новых форм. В данной работе охарактеризована линия пшеницы с транслоцированной хромосомой, которая была получена при беккроссировании дисомно-замещенной пшенично-ржаной линии 2R(2D)1 сортом Новосибирская 67. С использованием флуоресцентной in situ гибридизации (FISH) и метода С-окрашивания изучен хромосомный состав кариотипов линий. Идентифицированы две центрические пшенично-ржаные транслоцированные хромосомы, образованные из двух длинных плеч хромосом 2D и 2R, Т2DL.2RL. Остальные 40 хромосом пшеницы не подверглись структурным изменениям. Мейоз линий характеризовался стабильностью. Хромосомы Т2DL.2RL формировали биваленты во всех мейоцитах, что подтверждает их гомологичность. По морфологическим признакам колоса линия Т2DL.2RL не отличалась от сорта Новосибирская 67. Проведен сравнительный анализ показателей элементов продуктивности у линии с транслокацией Т2DL.2RL и родительских форм, сорта Новосибирская 67 и дисомно-замещенной пшенично-ржаной линии 2R(2D)1. По результатам сравнения, линия Т2DL.2RL достоверно уступает сорту Новосибирская 67 по всем показателям с различной степенью достоверности. Показатели продуктивности линии 2R(2D)1 превосходили либо не отличались от показателей линии с транслокацией Т2DL.2RL, однако масса 1000 зерен была достоверно меньше. Обнаружено также влияние транс- локации Т2DL.2RL на признак «высота растения». Этот показатель был достоверно ниже, чем у Новосибирской 67, в условиях двух вегетаций. Следовательно, транслокация Т2DL.2RL влияет на уменьшение высоты растений, а также вызывает отрицательный эффект на элементы продуктивности.

Важнейший фактор вирулентности возбудителя септориоза пшеницы Stagonospora nodorum Berk. – многочисленные некротрофные эффекторы (НЭ) гриба (SnTox), взаимодействующие с продуктами генов восприимчивости хозяина (Snn). Взаимодействия SnTox-Snn осуществляются по типу ген-на-ген и ведут к развитию болезни. В настоящей работе изучено взаимодействие SnTox3-Snn3, результатом которого является развитие инфекции на листьях с образованием обширных зон поражения. Предположительно, механизм действия SnTox3 связан с регуляцией редокс-метаболизма и влиянием на синтез этилена у растений пшеницы, однако молекулярные механизмы до конца не раскрыты. Для характеристики взаимодействия SnTox3-Snn3 в работе были ис- пользованы изоляты S. nodorum, различающиеся по экспрессии гена SnTox: SnБ (Tox3+) и Sn4ВД (Tox3–), и два сорта мягкой яровой пшеницы (Triticum aestivum L.), контрастные по устойчивости к возбудителю септориоза и различающиеся по аллельному составу локуса восприимчивости Snn3-B1: Казахстанская 10 (восприимчивая) и Омская 35 (устойчивая). Проведена сравнительная оценка характера транскрипционной активности генов биосинтеза (TaACS1, TaACО) и сигнального пути этилена (TaEIL1, TaERF1) методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени и оценен редокс-статус растений пшеницы, инфицированных различными изолятами S. nodorum с помощью спектрофотометрических методов. Показано, что индукция биосинтеза и сигнального пути этилена происходила в результате взаимодействия по типу ген-на-ген Snn3-B1-SnTox3. Результаты оценки редокс-статуса растений показали, что этилен подавлял накопление пероксида водорода в чувствительных к SnTox3 генотипах за счет регуляции работы различных ферментов про-/антиоксидантной системы на транскрипционном и посттрансляционном уровнях. Таким образом, полученные результаты предполагают, что НЭ SnTox3 влиял на биосинтез и сигнальный путь этилена с целью регуляции редокс-метаболизма инфицированных растений пшеницы для успешной колонизации хозяина на начальных этапах инфицирования, что впоследствии приводило к обширным зонам поражения за счет быстрого размножения патогена.

Обыкновенная злаковая тля Schizaphis graminum Rond. наносит значительный ущерб посевам зерновых культур, поэтому повышение устойчивости растений к тлям – одна из первостепенных задач. Проблема создания устойчивых сортов к насекомым, питающимся флоэмным соком, стоит достаточно остро, так как механизмы, характеризующие устойчивость растений к насекомым, до конца не изучены. Тем не менее в современной литературе описывают механизмы, связанные с изменением редокс-статуса растений, заселенных тлей. Кроме того, в последнее время все большее внимание уделяется изучению механизмов индуцируемой устойчивости пшеницы к тлям, регулируемой гормональными сигнальными системами. Для обнаружения связи между редокс-статусом, показателями устойчивости растений пшеницы (антибиозом и выносливостью) к вредителю и индукцией жасмонат (ЖАК)- и салицилат (СК)-сигнальных путей у представителей трех видов растений пшеницы, Triticum aestivum L., T. monococcum L. и T. timopheevii Zhuk., заселенных обыкновенной злаковой тлей S. graminum, были проведены исследования с помощью физиологических, биохимических и молекулярно-генетических методов. Тесты на антибиоз и выносливость показали, что устойчивыми по отношению к S. graminum были образцы T. timopheevii – к-58666 и T. monococcum – к-39471, последний из которых оказался наиболее выносливым. Устойчивые образцы отличались высоким содержанием перекиси водоро- да и повышенной активностью пероксидазы. В нашей работе исследована экспрессия генов, кодирующих PR-белки, маркеры и регуляторы СК- (TaRboh, TaPAL, TaPr1, TaPrx) и ЖАК-сигнальных путей (TaPI, TaLOX, TaPrx). При ранних ответных реакциях после заселения тлей у восприимчивого сорта Салават Юлаев (T. aestivum) активировалась экспрессия только ЖАК-зависимых генов, что отражало реакцию растений на повреждение. У устойчивого образца T. timopheevii к-58666 повышалась транскрипционная активность СК-зависимых генов, при этом тля практически не размножалась. У устойчивого образца T. monococcum к-39471, проявившего наибольшую выносливость, увеличивалась экспрессия как СК-, так и ЖАК-зависимых генов. Мы предполагаем, что окислительный взрыв у устойчивых форм пшеницы индуцировался благодаря запуску СК-сигнального пути, что имело решающее значение в дальнейшем каскаде химических реакций, ведущих к развитию устойчивости.

Вирусные заболевания ежегодно вызывают существенные потери урожая и заметно снижают качество продукции, в том числе важнейшей сельскохозяйственной культуры – картофеля. Антивирусных препаратов для растениеводства, которые были бы безопасны для человека и животных, не существует, и в этих условиях перспективным методом защиты растений является использование биопрепаратов на основе эндофитных микроорганизмов, продуцирующих РНКазы. В работе проанализирована способность ряда эндофитных штаммов Bacillus spp. продуцировать РНКазы и влиять на пораженность растений вирусом М, широко распространенным в средней полосе России, и урожайность раннеспелого сорта картофеля Удача в полевых условиях. Обнаружено, что обработка штаммами бактерий B. subtilis 26Д и B. thuringiensis снижала степень инфицированности растений вирусом М с 60 % в контроле до 18–30 % на участках, обработанных микроорганизмами. Аналогичным образом снизился индекс развития вирусной инфекции: с 14 % в контроле до 1–7 % у инокулированных растений. Кроме того, бактерии с высокой РНКазной активностью вызывали прибавку урожая картофеля до 40 %. Предполагается, что изученные бактерии способны не только повышать рост и урожайность картофеля, но и, благодаря своей РНКазной активности, подавлять распространение вируса М. Дальнейшее изучение молекулярных механизмов, связанных с индукцией эндофитными бактериями защитных реакций растений в ответ на вирусные инфекции, приведет к лучшему пониманию фитоиммунитета растений. Более того, эндофитные штаммы Bacillus spp. с высокой РНКазной активностью могут стать основой для биопрепаратов комплексной защиты растений.

Пиренофороз, возбудитель Pyrenophora tritici-repentis, является важным заболеванием листовых пятнистостей в регионах выращивания пшеницы по всему миру. Цель исследования – идентифицировать и отобрать гермоплазму пшеницы, устойчивую к пиренофорозу P. tritici-repentis, с использованием молекулярных маркеров. Коллекция из 64 образцов мягкой пшеницы, включающая зарегистрированные сорта и элитные селекционные линии пшеницы из Казахстана и CIMMYT, была подвергнута оценке устойчивости к P. tritici-repentis в теплице и охарактеризована с помощью молекулярного маркера Xfcp623, диагностического для гена Tsn1. Все сорта/линии пшеницы различались по реакции на изолят расы 1 Ptr, проявляя широкий спектр реакции – от восприимчивой до устойчивой. Большинство исследованных образцов (53 %) оказались восприимчивы к изоляту расы 1 Ptr. Сорта яровой пшеницы были более восприимчивы к расе 1, чем сорта озимой пшеницы. В результате генотипирования нечувствительная реакция к токсину Ptr ToxA была предсказана у 41 сорта пшеницы (64 %). Идентифицированные носители гена tsn1 включали 27 казахстанских и 14 сортов/ линий CIMMYT, демонстрировавших нечувствительность к Ptr ToxA. Большинство образцов с генотипом Tsn1 были чувствительны к расе 1 и показали восприимчивость к патогену в полевых условиях. Оценки заболеваемости на стадии проростков положительно коррелировали с оценками в полевых условиях. Особый интерес представляют 27 образцов пшеницы, которые проявили устойчивость к инокуляции спор расы 1 P. tritici-repentis, характеризовались нечувствительностью к токсину ToxA и демонстрировали устойчивость к патогену в полевых условиях. Полученные результаты внесут вклад в программы селекции пшеницы на устойчивость к пиренофорозу на основе Marker Assisted Selection с использованием тесно фланкирующих маркеров.

Листовая и стеблевая ржавчины являются вредоносными грибными болезнями мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Целью данного исследования была идентификация локусов количественных признаков (ЛКП), связанных с устойчивостью к болезням, в двух регионах возделывания пшеницы в Казахстане. Для этого картирующая популяция Памяти Азиева × Парагон, состоящая из 98 рекомбинантно-инбредных линий и выращиваемая на севере и юго-востоке Казахстана, была фенотипирована по степени поражения листовой и стеблевой ржавчиной и проанализирована по ключевым компонентам урожайности. Выявлена отрицательная корреляция между степенью поражения болезнью и продуктивностью растений в обоих регионах. Картирующая популяция была генотипирована с использованием ДНК микрочипа Illumina на 20 000 маркеров ОНП (однонуклеотидный полиморфизм). Для дальнейшего анализа отобрано 4 595 полиморфных маркеров ОНП. Для идентификации ЛКП, связанных с устойчивостью картирующей популяции к листовой и стеблевой ржавчинам, использовалась программа Windows QTL Cartographer v2.5. В северном регионе были обнаружены два ЛКП устойчивости к листовой ржавчине и восемь ЛКП – к стеблевой. Локализации восьми из них совпали с позициями известных генов Lr и Sr. Два ЛКП для стеблевой ржавчины были обозначены как новые. Для юго-восточного региона обнаружено восемь ЛКП, ассоциированных с устойчивостью к листовой ржавчине, и один – к стеблевой. Настоящее исследование является первым шагом в генетическом картировании локусов устойчивости к листовой и стеблевой ржавчинам мягкой пшеницы в Казахстане. Полевые исследования в двух регионах страны и генотипирование выбранной картирующей популяции позволили выявить ключевые ЛКП, которые будут эффективны в региональных селекционных проектах, направленных на улучшение продуктивности мягкой пшеницы.

Лен (Linum usitatissimum L.) используется для производства текстиля, масел, фармацевтических препаратов и композитных материалов. Крайне вредоносным заболеванием, снижающим урожайность льна, является фузариозное увядание, вызываемое грибом Fusarium oxysporum f. sp. lini. Созданы устойчивые к фузариозному увяданию сорта льна и определены гены, вовлеченные в ответ на F. oxysporum, однако механизмы устойчивости L. usitatissimum к этому патогену до сих пор неясны. В настоящем исследовании мы использовали данные секвенирования транскриптомов восприимчивых и устойчивых генотипов льна, выращенных в контрольных условиях или зараженных F. oxysporum. Проанализировано около 250 миллионов прочтений, полученных на секвенаторе NextSeq Illumina. После фильтрации прочтений для исключения транскриптома F. oxysporum оставшиеся прочтения картировали на геном L. usitatissimum и провели их количественный анализ. Оценили экспрессию генов семейства CAD, которые, как известно, участвуют в ответе на заражение F. oxysporum, у устойчивых и восприимчивых к фузариозному увяданию генотипов. Изменение экспрессии в ответ на возбудителя выявили для всех 13 исследованных генов CAD. Наиболее значительные различия в экспрессии между контрольными и инфицированными растениями наблюдались для генов CAD1B, CAD4A, CAD5A и CAD5B: сильное повышение экспрессии выявлено для CAD1B, CAD5A и CAD5B, а сильное снижение – для CAD4A. Для большинства генов CAD уровни экспрессии были близкими при одинаковых условиях вы- ращивания для всех изученных генотипов льна. Статистически значимое различие в изменении экспрессии между группами устойчивых и восприимчивых генотипов выявлено только для гена CAD1A. Наше исследование указывает на активное участие генов CAD в ответе растений льна на F. oxysporum, но не приводит свидетельств их роли в качестве кандидатов в гены устойчивости. Полученные результаты вносят вклад в понимание механизмов ответа льна на заражение F. oxysporum и роли генов CAD в устойчивости к стрессовым воздействиям.

К роду Allium L. (сем. Amaryllidaceae), самому многочисленному среди однодольных растений, относятся такие экономически значимые овощные культуры, как лук репчатый (A. cepa), чеснок (A. sativum) и лук-порей (A. porrum). Лук-порей обладает высокими вкусовыми качествами и доказанными ценными диетическими свойствами и является одной из самых популярных овощных культур в Западной Европе. Несмотря на высокую значимость лука-порея как овощной культуры, этот вид редко бывает объектом молекулярно-генетических исследований. Генетическое разнообразие лука-порея практически не изучали ранее. Поэтому в настоящей работе на широкой выборке образцов изучена вариабельность ядерного (метод AFLP) и хлоропластного (анализ нуклеотидных последовательностей) геномов. Для проведения работы было отобрано 65 образцов лука-порея из коллекции Федерального научного центра овощеводства, которая включала сорта отечественной и зарубежной селекции. В результате проведения AFLP-анализа и обработки полученных ДНК-спектров идентифицировано 760 фрагментов, из которых 716 были полиморфны для анализируемых образцов лука-порея. Рассчитанные генетические расстояния между образцами лука-порея варьировали от 0.4 до 0.76, что сопоставимо с внутривидовым полиморфизмом родственных видов Allium (лук репчатый, чеснок). Анализ геномной структуры в программе STRUCTURE 2.3.4 разделил исследуемые образцы лука-по- рея на семь групп, что в целом совпадает с кластеризацией этих образцов по результатам кластерного анализа. Для оценки вариабельности хлоропластного генома у анализируемых образцов лука-порея были секвенированы девять участков хлоропластного генома, как некодирующие: межгенные спейсеры rpl32-trnL, ndhJ-trnL и интрон гена rps16, так и белок-кодирующие: гены psaA, psaB, psbA, psbB, psbE, petB. Проведенный анализ участков хлоропластного генома лука-порея выявил крайне низкий уровень их полиморфизма, было обнаружено всего шесть SNP в изученных последовательностях суммарной длиной около 10500 п. н. Таким образом, в результате работы был установлен высокий уровень полиморфизма ядерного генома лука-порея, при этом полиморфизм хлоропластного генома оказался крайне низким.

В статье представлены результаты изучения с помощью молекулярных маркеров линий мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) по аллельным вариантам генов Wx. Исследование проводили в рамках работ по передаче нуль-аллелей генов Wx-А1, Wx-В1, Wx-D1 в сорта мягкой пшеницы и созданию селекционного материала с измененной активностью основных ферментов, участвующих в биосинтезе амилозы. Линии получены в отделе селекции и семеноводства пшеницы и тритикале Национального центра зерна им. П.П. Лукьяненко в результате скрещивания мутантных форм – носителей неактивных (нуль-аллелей) генов Wx-А1, Wx-В1, Wx- D1 с коммерческими сортами мягкой пшеницы. Отобранные для работы молекулярные маркеры поволили выявить ценный селекционный материал, имеющий в своем геноме как единичные нуль-аллели генов Wx, так и их комбинации. Сочетание двух нуль-аллелей (Wx-A1b + Wx-D1b) обнаружено у 30 линий. Наличие трех нуль-аллелей (Wx-A1b + Wx-B1b + Wx-D1b), что соответствует полностью Wx-пшеницам, обнаружено у одной линии. Отобрано 37 линий, сочетающих присутствие аллеля Wx-B1e с нуль-аллелями Wx-A1b и Wx-D1b. У 26 линий идентифицирована комбинация (Wx-A1b + Wx-B1e), 24 линии имели сочетание алле- лей (Wx-B1e + Wx- D1b). Идентифицировано, что мутантные формы PI619381, PI619384, PI619386 – носители функционального аллеля Wx-B1e. Аллели Wx-А1b и Wx-B1e могли быть переданы в изучаемые линии как от используемых доноров, так и от сортов Старшина и Коротышка соответственно. Донорами привнесения в линии аллелей Wx-B1b и Wx-D1b служат использованные в скрещиваниях мутантные формы. Применение отобранных нами молекулярных маркеров для идентификации аллельного состояния генов Wx-А1, Wx-В1, Wx-D1 может стать эффективной основой для селекции с помощью молекулярных маркеров (MAS) по дан- ному признаку. Отобранные линии с идентифицированными в них нуль-аллелями генов Wx представляют интерес для селекционных программ, направленных на улучшение технологических качеств зерна и полу- чение сортов мягкой пшеницы с новыми свойствами крахмала.

Аллели генов, определяющие низкостебельность, играют большую роль в селекции твердой пшеницы, так как не только снижают высоту растений, обеспечивая их устойчивость к полеганию, но и обладают рядом плейотропных эффектов. Твердая пшеница несет два субгенома, A и B, что ограничивает использование аллелей генов субгенома D и требует расширения арсенала аллелей низкостебельности и изучения их влияния на высоту и агрономически важные признаки. В настоящей работе изучали фенотипическое проявление аллеля Rht- B1p (Rht- 17) в семьях B2F2:3, полученных в результате скрещивания Chris Mutant/#517//LD222 в полевом опыте в Москве и Краснодаре. Показано, что растения, гомозиготные по аллелю Rht-B1p, по сравнению с растениями, несущими аллель дикого типа Rht-B1a, были ниже на 36.3 см (40 %) в Москве и на 49.5 см (48 %) в Краснодаре. В полевом опыте в Краснодаре у растений с Rht-B1p было на одно междоузлие меньше, чем у растений дикого типа, что также внесло вклад в снижение высоты растений. Масса зерна в главном колосе у растений с аллелем Rht-B1p была ниже, чем у растений с Rht-B1a, на 12 % в Москве и на 23 % в Краснодаре из-за снижения массы 1000 зерен в обоих регионах проведения полевого опыта. Число зерен в главном колосе у растений с Rht-B1p было выше по сравнению с растениями с Rht-B1a на 6.5 % в Москве благодаря увеличению числа колосков в главном колосе и на 11 % в Краснодаре вследствие большей озерненности колоска. Колошение у растений с аллелем низкостельности Rht-B1p по сравнению с растениями с аллелем дикого типа Rht-B1a в Краснодаре наступило позже в среднем на семь дней. Обсуждаются возможность и перспективы использования Rht-B1p в селекции твердой пшеницы.

В настоящее время особый интерес представляют растения, характеризующиеся высокой скоростью нарастания надземной вегетативной массы и имеющие практическое применение в качестве источника биоэтанола и целлюлозы, например, виды рода Miscanthus Anderss. (веерник). Цель данного исследования – молекулярно-генетическая идентификация и гистохимический анализ видов рода Miscanthus: M. sacchariflorus (Maxim.) Benth., M. sinensis Anderss. и M. purpurascens Anderss. коллекционного генофонда Центрального сибирского ботанического сада СО РАН для вы- явления перспективных технических сырьевых растений. Для формирования, изучения и идентификации коллекционного генофонда рода Miscanthus применялся мультидисциплинарный подход, заключавшийся в следующем: при сборе образцов в природе использовались традиционные методы классической систематики и геоботаники (сравнительно-морфологический и фитоценологический); при выделении форм под конкретные ресурсные (биоэнергетические), технологические задачи применялись биоморфологические подходы и проводилось описание микроэкологических условий с акцентом на наименее благоприятные для произрастания факторы. Молекулярно- генетические исследования были направлены на уточнение таксономической принадлежности и анализ генетических дистанций между представителями трех видов Miscanthus. По результатам ISSR-анализа изученные образцы трех видов мискантуса разделились на две клады: Sinensis и Sacchariflorus, что хорошо согласуется с видовой при надлежностью большинства образцов. Исключение составили растения M. purpurascens_I и II, которые по данным молекулярно-генетического анализа отнесены к кладе Sacchariflorus, что может служить подтверждением гибридного происхождения данного вида. Клада Sinensis разделилась на две субклады. В субкладу I вошли образцы, произраставшие в наименее благоприятных микроэкологических условиях – на более засоленных почвах, а в субкладе II сосредоточены наиболее габитуально мощные образцы. Эти данные позволяют предположить, что среди образцов субклады I могут оказаться доноры устойчивости, а среди образцов субклады II – доноры продуктивности. Известно, что из-за повышенного содержания лигнина снижается технологическая ценность сырья. Согласно проведенному нами гистохимическому анализу, мощность механической лигнин-содержащей ткани различается у разных растений мискантуса, поэтому наиболее целесообразен селективный отбор особей, накапливающих меньше лигнина (с наименее развитой склеренхимой). Выявленные молекулярные признаки разных видов мискантуса могут быть использованы для идентификации и паспортизации перспективных форм и линий в качестве альтернативного источника биотоплива и целлюлозы.

В настоящей работе представлено научно-теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение выбора легковозобновляемого целлюлозосодержащего сырья – Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hack. – с целью получения из него доброкачественных питательных сред для биосинтеза бактериальной целлюлозы. Отбор форм, перспективных для селекции, проводили в условиях интродукции Центрального сибирского ботанического сада Сибирского отделения Российской академии наук. Цель наших исследований – изучение онтогенеза, массовой доли целлюлозы и нецеллюлозных компонентов, включая лигнин, а также процессов одревеснения вегетативных (сырьевых) органов в течение сезонного развития. Сравнительный анализ особенностей онтогенеза полного типа у растений, выращенных из семян, собранных в естественных местообитаниях, показал, что образцы M. sacchariflorus и M. sinensis Anderss. отличаются продолжительным пребыванием в наиболее уязвимых онтогенетических состояниях – проростках и ювенильных растениях. Поэтому более успешное выращивание сеянцев лучше проводить в условиях защищенного грунта, а производственные площади целесообразно закладывать за счет более устойчивого вегетативного клонированного материала. При анализе химического состава растения в целом, а также листа и стебля отдельно семи урожаев M. sacchariflorus обнаружено, что по мере взросления плантации увеличивается массовая доля целлюлозы и уменьшается содержание нецеллюлозных компонентов. Выявлено, что вне зависимости от возраста растения в стебле мискантуса присутствует более высокая массовая доля целлюлозы, чем в листе. Массовая доля целлюлозы в целом составляет 48–53 %, что свидетельствует об актуальности изучения биосинтеза бактериальной целлюлозы на питательной среде из растений M. sacchariflorus. Поскольку для технологических процессов, касающихся биосинтеза бактериальной целлюлозы, высокое содержание лигнина нежелательно, нами были проведены гистохимические исследования поперечных срезов соломин для определения сезонной динамики лигнификации. На основании полученных результатов предложено при установлении конкретных сроков заготовки надземной массы в качестве технологического сырья подтверждать их данными гистохимического анализа сезонной динамики лигнификации побегов M. sacchariflorus. Таким образом, изучение химического со- става M. sacchariflorus, выращенного в климатических условиях Сибири, представило перспективность его использования с целью получения глюкозного субстрата – основного компонента доброкачественных питательных сред для биосинтеза бактериальной целлюлозы.

Галактоманнан (камедь) – растворимый в воде полисахарид, используется в качестве гелеобразующего агента в жидкостях, в том числе в нефте- и газодобывающей промышленности для гидравлического разрыва пласта. Самым эффективным источником этого ценного растительного сырья (гуаровой камеди) являются семена гуара (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.), новой для Российской Федерации сельскохозяйственной культуры. Хотя за последние годы были достигнуты определенные успехи в селекции сортов гуара, адаптированных к условиям РФ, вопрос о наиболее подходящем регионе возделывания этой культуры остается открытым. Цель проведенных исследований заключалась в том, чтобы установить, в какой степени регион и технология выращивания гуара могут влиять на основные показатели конечного целевого продукта – содержание и вязкость камеди в семенах различных генотипов гуара. Для решения этого вопроса в 2017–2018 гг. были проведены эколого-географические испытания образцов гуара коллекции ВИР на опытных станциях института, климатические условия которых отвечают критериям теплообеспеченности этой культуры. Для сравнительного изучения свойств камеди в семенах различных генотипов гуара впервые предложен ускоренный лабораторный метод получения вытяжек камеди для вискозиметрической оценки. Разработанный метод позволяет проводить ускоренный скрининг исходного материала для селекции сортов гуара, перспективных с точки зрения использования камеди из их семян в нефтедобывающей промышленности. В результате лабораторной оценки содержания и вязкости камеди, содержащейся в семенах 13 образцов гуара, обнаружено, что выход и свойства камеди одного и того же сорта сильно варьируют в зависимости от условий произрастания. Эксперимент 2018 г. по выращиванию одного и того же набора 13 образцов на Волгоградской, Астраханской, Дагестанской и Кубанской опытных станциях ВИР показал, что максимальные показатели удельной вязкости получены для семян репродукции Астраханской ОС ВИР, где гуар выращивался на поливе. С другой стороны, максимальное процентное содержание камеди в семенах у всех образцов гуара было зафиксировано при их выращивании в условиях Волгоградской ОС ВИР на капельном орошении. Результаты дополнительного тестирования образцов порошковой формы гуаровой камеди, полученной из семян сортов отечественной селекции, позволяют сделать вывод о пригодности продукта для использования в качестве гелеобразователя в процессах интенсификации добычи нефти методом гидравлического разрыва пласта. Данный опыт является уникальным для России.