Молодые исследователи из Лаборатории геномных исследований в растениеводстве ТюмНЦ СО РАН работают над устойчивостью овса к корончатой ржавчине — возбудителю Puccinia coronata Corda. Патоген способен развиваться исключительно на живом растительном материале. За четыре года специалистам удалось подобрать условия, при которых гриб стабильно размножается в лаборатории, что открыло путь к дальнейшим опытам.
Сейчас коллектив устанавливает расовый состав возбудителя. Это даёт возможность проверять селекционный материал на устойчивость и выявлять гены Pc, отвечающие за иммунитет. Идентификацию выполняют методом ПЦР в реальном времени — KASP и PACE.
Почему выбрали KASP и PACE
Обе технологии относятся к аллель-специфичной ПЦР в реальном времени и считаются одними из наиболее совершенных инструментов молекулярно-генетического анализа в селекции растений. Для работы с корончатой ржавчиной овса они подходят оптимально.
- Точность. Методы рассчитаны на выявление однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) и коротких инсерций/делеций (InDels). Гены устойчивости, в том числе семейство Pc-генов овса, могут отличаться от генов восприимчивости всего одной «буквой» в ДНК — KASP и PACE позволяют точно установить, есть ли нужный аллель у конкретного образца.
- Производительность. Анализ идёт в 96- или 384-луночных плашках, поэтому за один запуск тестируется множество селекционных линий, а отбор ускоряется.
- Экономичность. По сравнению с классическим секвенированием флуоресцентные методы ПЦР в реальном времени дешевле в расчёте на образец. PACE нередко предпочитают KASP как более гибкий и выгодный вариант — из-за особенностей мастер-миксов и условий лицензирования.
- Маркер-ориентированная селекция (MAS). Ждать, пока растение вырастет, и заражать его ржавчиной для проверки иммунитета больше не требуется. Хватает фрагмента листа проростка: из него выделяют ДНК и по KASP/PACE-маркерам сразу определяют, окажется ли взрослое растение устойчивым.
Стеблевая ржавчина пшеницы
Параллельно с основными направлениями сотрудники лаборатории начали изучать устойчивость пшеницы к стеблевой ржавчине. Работа идёт совместно с Ольгой Барановой — кандидатом биологических наук, ведущим научным сотрудником лаборатории иммунитета растений к болезням Всероссийского научно-исследовательского института защиты растений (ВИЗР Санкт-Петербург).
Минувшим летом прошло совместное обследование посевов пшеницы НИИСХ Северного Зауралья, Нижнетавдинского государственного сортоиспытательного участка, Аграрного института ТюмГУ и предприятий юга Тюменской области. Во время мониторинга полей отобрали материал с поражённых стеблевой ржавчиной растений — его предстоит изучить в лабораторных условиях.
На сортах местной селекции уже выполнены первые молекулярно-генетические исследования по идентификации генов устойчивости к стеблевой ржавчине. Использовали метод ПЦР — классическую ПЦР с визуализацией результатов через электрофорез, а также KASP — с применением ДНК-маркеров. Кроме того, учёные анализируют расовый состав патогена в лабораторных условиях.
Справка: Стеблевая ржавчина пшеницы Puccinia graminis f. sp. tritici — опасное грибное заболевание, поражающее стебли, листовые влагалища, а иногда и колос. Потери урожая могут достигать 60–70%. Изучение болезни входит в приоритеты мировой агронауки: исследуют и сам патоген, и его взаимодействие с пшеницей, чтобы прогнозировать эпидемии и создавать устойчивые сорта.