Поддержание жизнеспособности и изучение образцов коллекции гороха ВИР осуществляется на опытных станциях института в разных агроклиматических зонах страны. Каждый образец коллекции включен в трехлетний цикл полевого изучения по комплексу селекционно значимых признаков. Фенотипический скрининг коллекции позволяет осуществить оценку признаков, выявить характер их изменчивости и ранжировать образцы по значениям признаков в качестве исходного материала для селекции. Один из основных принципов дифференциации генофонда гороха – разделение образцов по направлениям использования: зерновому, кормовому и овощному. Каждое из этих направлений требует специализированного исходного материала. Между тем четко очерченного перечня различий между фенотипами растений каждого из этих направлений не существует. Более того, имеется множество сходных признаков, порой затрудняющих отнесение сорта к той или иной категории использования. В настоящей статье приведены анализ и обобщение данных трехлетнего фенотипирования образцов коллекции в условиях Краснодарского края на Адлерской опытной станции. Объектом исследования служили 494 коллекционных образца, происходящих из 43 стран и 18 областей и краев Российской Федерации. Образцы оценивали по четырем качественным, десяти количественным и четырем фенологическим признакам. Статистическая обработка данных полевой оценки позволила выявить, что образцы означенных направлений достоверно различались по комплексу признаков: длина стебля; число бобов на растении; число узлов до первого цветка; число цветков в кисти; максимальное число семян в бобе; длина и ширина боба. Определены средние значения этих признаков для всех направлений использования. Овощные сорта максимально отличаются от кормовых. Зерновые занимают промежуточное положение. Выявленный комплекс фенотипических признаков, определяющий различия трех групп направлений использования гороха, упростит работу с коллекцией, в частности подбор исходного материала для селекции соответствующих сортов.

Изучение, расширение и сохранение генетического разнообразия исходного материала и его целенаправленное использование в гибридизации являются основой для создания адаптивных сортов твердой яровой пшеницы, устойчивых к биотическим и абиотическим факторам среды Западной Сибири. Объектами исследований служили образцы твердой яровой пшеницы. За годы исследований (2000–2020) проведен скрининг более 3000 образцов из мирового генофонда разных стран и регионов: из коллекции ВИР, банка генетических ресурсов CIMMYT (Мексика) в рамках договора и программы сотрудничества (2000–2007 гг.), с 2000 г. по настоящее время по программе Казахстанско-Сибирской сети по улучшению яровой пшеницы (КАСИБ), из других научных учреждений России в порядке обмена селекционным материалом. Полученный материал был изучен с использованием общепринятых методик по комплексу признаков: урожайности, адаптивности, качеству зерна, устойчивости к болезням. При исследовании в 2000–2007 гг. генофонда из CIMMYT по урожайности на уровне стандарта Омская янтарная было выделено 50 генотипов, по натуре зерна – 276, по цвету макарон – 131, по устойчивости к твердой головне – 131, мучнистой росе – 112. Почти все образцы не поражались бурой ржавчиной. Изученный набор показал высокую чувствительность к экстремальным условиям; большинство форм, представляющих интерес по качеству и устойчивости к болезням, были низкопродуктивными в наших условиях. В питомниках КАСИБ по урожайности и адаптивности выделено 29 образцов, по качеству зерна – 29, устойчивости к болезням – 21, в том числе к стеблевой ржавчине – 8. В наборе сортов, поступивших из ВИР, выявлено 15 адаптивных генотипов, 16 – с высоким качеством зерна, 11 – устойчивых к стеблевой ржавчине. При оценке селекционного материала выделено 17 образцов, устойчивых к стеблевой ржавчине местной популяции (6 из них комплексно устойчивы к бурой, стеблевой ржавчине, мучнистой росе), и 25 резистентных к расе Ug99. Выделенные в результате исследований генотипы представляют интерес как источники ценных признаков.

В последние годы акцент в селекции малины сместился с агрономических показателей на характеристики, связанные с сенсорными качествами плодов и потенциальной пользой их для здоровья. Терапевтические и профилактические свойства малины обусловлены ее биохимическим составом. В связи с этим целью работы было определение содержания макро- и микроэлементов в плодах различных сортов ремонтантной малины с помощью современных высокотехнологичных аналитических методов и выделение генетических источников анализируемых элементов для дальнейшей селекции. Объектом исследований служили 17 сортов малины ремонтантного типа различного эколого-географического происхождения из генетической биоресурсной коллекции растений ФНЦ Садоводства. Установлено, что в зольном остатке ягод содержатся 12 основных элементов, которые образуют убывающий ряд: K>P>Mg≥Mo>Cа>S≥Ni>Zn>Mn>Se>Fe≥Co. Наибольшую долю зольного остатка в плодах малины составляет K. В зависимости от сорта его количество в среднем изменяется от 12.81 мас.% (Самородок и Карамелька) до 22.37 мас.% (Атлант). Минимальное содержание K отмечено в золе сорта Carolina (5.62 мас.%), при этом в ягодах этого сорта выше средних значений накапливаются Mg (2.91), Са (2.62) и Zn (0.14 мас.%). Среди группы сортов раннего срока созревания высоким содержанием Mo (4.63), Cа (2.19), Fe (0.25) и Co (0.21 мас.%) выделяется сорт Юбилейная Куликова. Сорт Пингвин характеризуется высоким содержанием K (22.65) и Se (0.31 мас.%). Сорт Самородок среднего срока созревания отличается повышенным содержанием Р (4.08), S (0.47), Ni (0.51) и Zn (0.26 мас.%). Среди сортов позднего срока созревания по преимущественному накоплению девяти элементов выделяется сорт Poranna Rosa: Mg (2.98), P (4.42), S (0.36), K (20.34), Cа (1.71), Mn (0.14), Co (0.13), Se (0.21) и Mo (3.08 мас.%). Установлены корреляционные связи между элементами. Образцы с наибольшим накоплением макро- и микроэлементов в ягодах являются генетическими источниками для дальнейшей селекции малины на улучшение минерального состава плодов.

В последнее время актуализируются тенденция использования плодово-ягодных культур как ингредиентов для функционального и диетического питания, разработка и внедрение ароматизаторов, пигментов, новых лекарственных препаратов и биологически активных добавок. Направление применения зависит от биохимических характеристик плодов, которые обусловлены не только видовыми и сортовыми особенностями, но и условиями репродукции, поэтому исследование биохимического состава плодовых, выращенных в различных регионах мира, продолжает быть актуальным. В этой связи коллекция ВИР им. Н.И. Вавилова, обладающая широким разнообразием плодово-ягодных культур, представляет значительный интерес для изучения. Плоды Ribes nigrum отличаются сбалансированным набором сахаров, органических кислот, эфирных масел, микроэлементов, высоким содержанием витаминов, антоцианов, пектинов. Для плодов Lonicera caerulea характерны высокие значения фенолсодержащих веществ: биофлавоноидов, оксикоричных кислот, флавонолов, полифенолов, антоцианов, а также витаминов, каротиноидов, иридоидных гликозидов и других природных антиоксидантов. Исследование L. caerulea и R. nigrum из коллекции ВИР с применением газожидкостной хроматографии, сопряженной с массспектрометрией, позволяет получить новые сведения о биохимических характеристиках плодов, выделить сорта L. caerulea и R. nigrum с оптимальными хозяйственно ценными признаками, выявить специфику метаболомных спектров L. caerulea и R. nigrum в условиях Северо-Запада Российской Федерации. В результате анализа идентифицированы соединения, характерные для метаболомного профиля каждой из культур. У L. caerulea превалировали органические кислоты, фенолсодержащие соединения, полиолы, у R. nigrum – моно- и олигосахара. Качественный состав сортов черной смородины «Маленький Принц», «Добрый Джинн», «Tisel», «Орловский Вальс» и жимолости синей «С 322-4», «Мальвина», «Ленинградский Великан» оказался оптимальным для пищевого употребления. Сорта жимолости синей «Бажовская» и черной смородины «Алеандр» с хорошей представленностью биологически активных соединений привлекательны в качестве сырья для производства биологически активных добавок, в том числе с использованием культур микроорганизмов.

Perilla frutescens получила применение в основном как масличная культура. Семена периллы содержат 40–53 % масла, 28 % белка. Вегетационный период составляет 100–150 дней. В России периллу выращивают на Дальнем Востоке, где урожайность достигает 0.8–1.2 т/га. Это растение короткого дня, поэтому большинство форм не цветет в условиях средней полосы России. Перилла различного географического происхождения имеет свои особенные, резко отличные признаки, характеризующие две географические группы: японскую и корейско-китайскую. Эти группы различаются длиной вегетационного периода, а также по высоте растений, окраске стебля, поверхности и величине листьев, форме куста, форме и размеру соцветий, величине чашечек и цвету семян. Perilla frutescens содержит большое количество полифенольных соединений, которые являются биологически активными компонентами. Цель данной работы состояла в метаболомном исследовании экстрактов из листьев P. frutescens, полученных из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова и выращенных на полях его Дальневосточной опытной станции (Приморский край, Россия). Для идентификации целевых аналитов в экстрактах использовали метод высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с ионной ловушкой. Предварительные результаты показали наличие 23 биологически активных соединений, соответствующих виду P. frutescens. В дополнение к упомянутым метаболитам, в экстрактах P. frutescens был впервые обнаружен ряд соединений. Это кумарин умбеллиферон; тритерпен сквален; стеаридоновая кислота; высокомолекулярные карбоновые кислоты: тетракозановая кислота и сальвиановая кислота C; лигнан сирингарезинол; циклобутановый лигнан сагериновая кислота и др. Широкий спектр биологически активных соединений открывает богатые возможности для создания новых лекарственных средств и биологически активных добавок на основе экстрактов периллы семейства Lamiaceae, подсемейства Lamioideae, трибы Satureji и подтрибы Perillinae.

Создание сортов яблони, обладающих высоким уровнем плотности мякоти и лежкоспособности плодов, является одной из важных задач в селекции. Среди генов, контролирующих данные признаки, установлена роль гена контроля биосинтеза эндогенного этилена Md-ACS1 и генов экспансина Md-Exp7 и полигалактуроназы Md-PG1. Применение ДНК-маркерного анализа для решения задач в селекции на признаки качества плодов позволяет не только отслеживать одновременно несколько целевых генов, но и проводить выбраковку растений с нежелательными аллелями, не дожидаясь вступления гибридов в плодоношение, благодаря чему можно ускорить процесс отбора селекционно ценных форм. В целях отбора доноров по комплексу селекционно приоритетных аллелей с использованием мультиплексной ПЦР была выполнена молекулярно-генетическая идентификация генов Md-Exp7 и Md-PG1 у 256 селекционных форм, которые содержат ген устойчивости к парше Rvi6 и аллельные варианты гена Md-ACS-1: 90 образцов – Md-ACS1 (2/2) и 166 образцов – Md-ACS1 (1/2). Анализ родительских сортов яблони (Ренет Симиренко, Моди, Смеральда, Ренуар, Фулжион и Грени Смит), использованных при получении гибридных форм, выявил три аллеля длиной 198, 202, 214 п.н. по ДНК-маркеру, разработанному для гена Md-Exp7. SSR-маркер для гена Md-PG1 амплифицировал три аллеля (289, 292, 298 п.н.) в геноме родительских сортов. Генотипирование гибридных форм яблони позволило обнаружить образцы, содержащие сочетание приоритетных аллелей генов Md-Exp7, Md-PG1 и Md-ACS-1. В качестве доноров ценных аллелей отобрано 46 образцов, несущих комбинацию Md-Exp7 (202:202) + Md-ACS1 (2/2). Среди изученных гибридов обнаружен 21 образец, содержащий аллели генов Md-PG1 (292:292) и Md-ACS1 (2/2). Образцы с различным сочетанием селекционно ценных аллелей генов Md-Exp7, Md-PG1, Md-ACS-1 и Rvi6 рекомендуются для создания сортов с высоким уровнем лежкоспособности плодов и устойчивостью к парше.

Томат Solanum lycopersicum L. является одной из основных овощных культур, образцы и сорта которой характеризуются низким уровнем геномного полиморфизма. В интрогрессивной селекции томата используют родственные дикорастущие виды Solanum для улучшения сортов по признакам устойчивости к стрессовым факторам и качества плодов. Целью работы была оценка вариабельности генома 59 сортов и перспективных селекционных линий S. lycopersicum и 11 дикорастущих видов томата с помощью метода AFLP. По данным AFLPанализа было выбрано четыре комбинации праймеров E32/M59, E32/M57, E38/M57 и Е41/М59, которые отличались наиболее высокими показателями PIC (polymorphism information content). В процессе маркирования коллекции из 59 сортов/линий S. lycopersicum и 11 дикорастущих образцов томата отобранными праймерами выявлен 391 фрагмент размером от 80 до 450 п.н., из которых 114 фрагментов оказались полиморфными и 25 – уникальными. Анализ спектров амплификации выделил дикорастущие образцы томата в отдельные клады. Сестринские клады включали сорта селекции Федерального научного центра овощеводства, устойчивые к засухе и/или холоду и, частично, к фитофторозу, альтернариозу, септориозу, вирусу табачной мозаики и вершинной гнили плода, а также не охарактеризованные по данным признакам образцы томата, что позволяет предположить наличие у них устойчивости к стрессовым факторам. У сортовых образцов отдаленных клад присутствует кластеризация по признакам устойчивости к вертициллезу, кладоспориозу, фузариозу, вирусу табачной мозаики, серой гнили и вершинной гнили плода. Показано объединение образцов согласно их происхождению от организации-оригинатора. Продемонстрирована перспективность праймерных комбинаций E32/M59, E32/M57, E38/M57 и Е41/М59 для генотипирования сортов томата с целью отбора доноров устойчивости к различным стрессовым факторам. Выявленные в настоящей работе кладоспецифичные фрагменты могут стать основой для разработки AFLP-маркеров для признаков устойчивости к стрессовым факторам.

Глобальное и локальное изменение климата обусловливает создание высокоадаптивных сортов яровой мягкой пшеницы нового типа с оптимальной скороспелостью, отражающей региональные особенности климатических условий территорий ее возделывания. Методом главных компонент с использованием собственных данных и результатов, опубликованных другими исследователями, проведено сравнение 98 селекционных коммерческих сортов яровой мягкой пшеницы Западной и Восточной Сибири по морфотипу, времени районирования, длине вегетационного периода, массе 1000 зерен и характеру наследования ярового типа развития. Полиморфизм по доминантным генам Vrn, контролирующим яровость у селекционных сортов Сибири, минимален. У 75 % из них он контролируется дигенно доминантными Vrn-A1 и Vrn-B1; у 25 % – моногенно доминантными генами (у 24 сортов, из них у 19 и 5 соответственно только одним доминантным геном – Vrn-A1 или Vrn-B1). У одного сорта, Тулун 15, описан тригенный контроль. Подтвержден вывод об оптимальности для климатических условий как Западной, так и Восточной Сибири контроля яровости двумя доминантными генами Vrn. Ни у одного из сортов не обнаружено характерного для приграничных с Сибирью областей Китая и Центральной Азии доминантного гена Vrn-D1. Данное наблюдение может служить дополнительным аргументом в пользу гипотезы европейского происхождения сортимента Сибири. Выявлена повышенная частота встречаемости аллеля Vrn-B1с у сортов Западной Сибири и аллеля Vrn-B1а у сортов Восточной Сибири, что позволяет говорить об их селективности. Подтверждено преобладание красноколосых (ferrugineum, milturum) и остистых (ferrugineum, erythrospermum) разновидностей в Восточной Сибири, безостых и белоколосых (lutescens и albidum) – в Западной Сибири. Для Восточной Сибири характерны более мелкозерные сорта. Выполненная ретроспектива по годам районирования (включения в «Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию» РФ) позволяет отметить, что скороспелость/позднеспелость современных сортов Сибири не имеет ярко выраженной региональной компоненты, а является зональной (тайга, подтайга, лесостепь, степь).

 Урожайность и качество зерна яровой и озимой пшеницы в значительной степени зависят от устойчивости сортов к полеганию. Генетический контроль устойчивости к полеганию носит количественный характер и контролируется большим числом генных локусов, поэтому изучение генетической архитектуры данного признака необходимо для создания и усовершенствования современных сортов. В работе представлены результаты по выявлению геномных районов, ассоциированных с устойчивостью к полеганию и сопряженными с ним признаками «высота растения» и «диаметр верхнего междоузлия» у российских сортов яровой мягкой пшеницы. Фенотипический скрининг 97 яровых сортов и селекционных линий мягкой пшеницы был проведен в полевых условиях Западно-Сибирского региона в 2017–2019 гг. Установлено, что 54 % сортообразцов можно охарактеризовать как средне- и высокоустойчивые к полеганию, при этом отмечено варьирование признака по годам. Двенадцать сортов проявляли низкий уровень устойчивости во все годы проведения испытаний. Группировка растений по высоте показала, что 19 образцов относятся к полукарликам (60–84 см), остальные вошли в группу низкорослых растений (85–100 см). Картирование локусов было проведено с помощью полногеномного ассоциативного (GWA) анализа с использованием 9285 маркеров SNP. Для признаков «устойчивость к полеганию», «высота растения» и «диаметр верхнего междоузлия» найдено 26 значимых ассоциаций (–logp>3) в хромосомах 1B, 2A, 3A, 3D, 4A, 5A, 5B, 5D, 6A и 7B. Полученные результаты позволяют предположить, что районы 700–711 и 597–618 Mb хромосом 3А и 6А соответственно могут содержать кластеры генов, влияющих на устойчивость к полеганию и высоту растения. Не обнаружено районов хромосом с колокализацией локусов, ассоциированных с устойчивостью к полеганию и диаметром верхнего междоузлия. Данные GWA анализа могут иметь значение для разработки методов создания устойчивых к полеганию сортов с помощью маркер-ориентированной и геномной селекции.

Лавинообразный рост научных данных, полученных с помощью современных методов геномного редактирования (ГР), обуславливает актуальность их критического осмысления и сопоставления с предыдущими методами модификации генома. В обзоре дана характеристика основных этапов развития методов модификации генома применительно к растительным объектам. Технология индуцированного мутагенеза лидировала в течение многих десятилетий прошлого века, с ее помощью получено огромное разнообразие сортов культурных растений. Однако этот процесс был довольно длительным и включал целый ряд стадий: от индукции множественных мутаций с помощью мутагенных факторов до этапов скрещивания и отбора наиболее ценных форм на протяжении ряда поколений. Пришедшая на смену технология генной инженерии (трансгенеза) позволила радикально сократить время получения новых генетически модифицированных форм до одного поколения, сделать процесс модификации более эффективным и целенаправленным. Но наряду с этим она имела главным недостатком возможность неконтролируемого влияния вводимого трансгена на другие гены растения-реципиента, что привело к существенным ограничениям применения трансгенеза во многих странах. Эти ограничения в настоящее время успешно преодолеваются с развитием методов ГР, позволяющих очень точно, в пределах одного гена, осуществлять модификацию, которая по своим свойствам практически не отличается от природного аллеля гена (особенно в случае использования рибонуклеопротеиновых комплексов), что дает возможность избежать ограничений на применение этой технологии в практической селекции. Приведена краткая характеристика различных методов ГР, включая использование белковых редакторов, ZF- и TALEN-нуклеаз, а также наиболее перспективный метод – CRISPR/Cas9. Перечислен ряд научных результатов по созданию с помощью этих методов новых форм растений: устойчивых к неблагоприятным факторам, с повышенной урожайностью и ценными питательными свойствами. В рамках обзора рассматривается новый подход «доместикация de novo» с целью ускоренного получения культурных растений из природных форм. Обсуждаются дальнейшие пути развития методологии ГР.

Агробактериальная трансформация – наиболее популярный метод получения трансгенных растений. Для многих видов растений разработаны протоколы, включающие описание условий трансформации, состав питательных сред, методику подготовки растительных эксплантов и выбор штаммов агробактерий, а также соотношение растительных гормонов, необходимых для последующей регенерации эксплантов. Одним из первых успешно трансформированных видов стал культурный табак, Nicotiana tabacum, который сегодня служит модельным объектом генетики растений. Nicotiana tabacum эффективно трансформируется и легко регенерирует, что делает его удобным для генно-инженерных манипуляций. При этом N. tabacum относится к природно-трансгенным видам, поскольку содержит в своем геноме последовательности агробактериального происхождения, клеточную Т-ДНК, значение которой для растений пока не установлено. Одним из предковых видов для N. tabacum является N. sylvestris, геном которого не содержит клТ-ДНК. Предполагают, что клТ-ДНК может повышать регенерационные способности растения за счет генов, входящих в ее состав, таких как, например, rolC. Для rolC действительно показано влияние на баланс растительных гормонов, однако стоящие за этим молекулярные механизмы остаются неизвестными. Помимо участия в морфогенезе, rolC влияет на биосинтез вторичных метаболитов в растении. Вид N. glauca, как и N. tabacum, считается природно-трансгенным, несет в клТ-ДНК интактный rolC и содержит широкий спектр вторичных метаболитов. При этом, в отличие от N. tabacum, N. glauca –диплоидный вид, что делает его гораздо более удобным объектом для проведения генноинженерных работ. Целью данной работы была разработка протокола трансформации и регенерации для видов N. glauca и N. sylvestris. На основании уже известных протоколов для других представителей рода Nicotiana нами было подобрано такое соотношение ауксинов и цитокининов, при котором листовые экспланты N. glauca и N. sylvestris переходят к активному каллусообразованию, а затем к органогенезу. С использованием разработанной методики получены трансгенные растения этих видов. Разработанная методика трансформации и регенерации полезна как для фундаментальных исследований, затрагивающих виды N. glauca и N. sylvestris, так и для практического применения в области фарминдустрии и биосинтеза.

Использование гаплоиндукторов в гибридной селекции растений является одним из перспективных и востребованных направлений в области репродуктивной биологии. Продолжается совершенствование уже существующих линий-гаплоиндукторов и поиск новых генов, способствующих повышению частоты гаплоидии. Наравне с этими исследованиями расширяется область применения гаплоиндукторов в генетике и селекции растений. Гаплоиндукторы, несущие гены R1-nj, которые маркируют антоциановую окраску верхушки зерновки и зародыш, используются не только для выявления гибридных зародышей (окрашенный зародыш) и гаплоидных генотипов (неокрашенный зародыш), но и для обнаружения генов, репрессирующих антоциановую окраску зерна, таких как как C1-I, C2-Idf, In1-D. В зависимости от количества генов изменяется их фенотипическое проявление в зерновке. Гаплоидия широко применяется для ускорения гибридной селекции и получения новых линий кукурузы с улучшенными признаками и их стерильных аналогов. Вводя те или иные гены в геном улучшаемой линии, селекционеры могут ускорить создание чистых линий, несущих нужный ген, методом дигаплоидной (DH) селекции. Гаплоиндукторные линии кукурузы и их тетраплоидные аналоги используются в селекции редиплоидных линий кукурузы методом ресинтеза из тетраплоидных генотипов. Фирма Syngenta в 2019 г. синтезировала гаплоиндукторную линию кукурузы, несущую в спермиях пыльцевого зерна конструкцию CRISPR/cas, которая способна к одновременному стимулированию гаплоидии и редактированию генома на заданном участке ДНК. Благодаря этой технологии стало возможным совершенствование линий гаплоиндукторов кукурузы с помощью введения различных конструкций CRISPR/cas в ее геном для редактирования на любом участке ДНК. Гаплоиндукторы кукурузы широко применяются в селекции дигаплоидной пшеницы. Первые опыты показали, что наиболее эффективным гаплоиндуктором для стимулирования гаплоидии на пшенице является пыльца кукурузы. Исследователи ведут интенсивный поиск других возможностей использования гаплоиндукторов кукурузы в селекции растений. В данном обзоре рассмотрено современное состояние в технологии гаплоиндукции у растений.