Учебно-научная лаборатория селекции и семеноводства полевых культур им. С.И.Леонтьева

Коллектив учебно-научной лаборатории селекции и семеноводства полевых культур им. С.И. Леонтьева, в содружестве со многими селекционно-генетическими учреждениями страны и международным центром улучшения пшеницы работает над решением вопросов адаптивного и экологического направления в селекции пшеницы, которое основано на концепции усиления генетического контроля способности растений эффективно использовать благоприятные факторы внешней среды и противостоять действию абиотических и биотических стрессов

Состав лаборатории:

Заведующий лабораторией – Чурсин Александр Сергеевич
Агроном по семеноводству – Кузьмин Олег Георгиевич
Агроном – Шепелев Сергей Сергеевич
Агроном – Гладких Марина Сергеевна
Агроном – Кербер Ирина Ивановна
Ведущий научный сотрудник - Моргунов Алексей Иванович
Ведущий научный сотрудник – Шаманин Владимир Петрович
Старший научный сотрудник – Потоцкая Инна Владимировна
Старший научный сотрудник – Трущенко Александр Юрьевич
Младший научный сотрудник – Пожерукова Виолетта Евгеньевна
Младший научный сотрудник– Краснова Юлия Сергеевна

Результаты деятельности

Целью работы является увеличение производства высококачественного продовольственного зерна за счёт внедрения в производство сортов нового поколения с комплексом генов устойчивости к засухе и болезням, способных максимально использовать почвенно-климатический потенциал степной зоны Омского региона.

1. Проверка эффектов от использования молекулярных маркеров в селекции озимой пшеницы и проведение селекционных работ по данной культуре

По результатам 2020 года была проведена селекционная работа и отборы лучших сортов и селекционных линий по комплексу признаков, которые были посеяны в сентябре 2019 года для изучения, оценки и отбора в 2020 году. С самого начала проект использовал возможность начать полномасштабную исследовательскую и селекционную работу по озимой пшенице для условий Западной Сибири. В этой связи проект не ограничился простым изучением озимых форм синтетической пшеницы и потомств от их скрещиваний с районированными озимыми сортами, но привлек обширный селекционный материал из Международной программы улучшения озимой пшеницы в Турецком отделении СИММИТа, а также из селекционных программ Краснодара и Ростова. Масштабы работы и объемы скрещиваний намного превысили планируемый объемы и далеко вышли за узкую, но важную задачу использования озимых синтетиков в селекции и определения соответствующих молекулярных маркеров. В 2020 году 200 образцов озимой пшеницы от скрещивания озимых линий синтетической пшеницы и сортов были фенотипированы по 25 важных хозяйственно-ценным признакам и генотипированы по набору КАСП маркеров.
Платформа 1 включала 48 маркеров, которые проект использовал в 2017 и 2018 годах как на озимой так и на яровой пшеницы. Это функциональные КАСП маркеры с известными эффектами на хозяйственно-ценные признаки, опубликованные в литературе и доступные для использования. Десять маркеров из Платформы 1, которые были уже протестированы на материале проекта и показали достоверные эффекты как на яровой, так и на озимой пшенице были включены в Платформу 2. Поскольку данные генотипирования материала 2019 года были получены после представления отчета, то в 2020 году были проведены расчеты эффективности молекулярных маркеров на 200 растениях популяций 2-го поколения озимой пшеницы с участием синтетиков.

По результатам анализа получены очень перспективные ассоциации, представленные ниже в разделе научные результаты. Условия перезимовки озимой пшеницы оказались тяжелыми и произошла гибель значительной части селекционного материала ввиду низких температур в осенний период, при отсутствии снежного покрова. В этой связи запланированное сравнение 50 линий, отобранных с использованием маркеров и 50 линий, отобранных визуально, удалось провести не в полной мере. Тем не менее, такой жесткий селекционный фон позволил провести хороший отбор перспективного зимостойкого материла, а также провести целенаправленные скрещивания лучших перезимовавших образцов с лучшими. Эти скрещивания заложили базу для создания зимостойкого материала для условий Западной Сибири. Состояние посевов перед уходом в зиму было хорошее.

2. Проверка эффектов использования молекулярных маркеров в селекции яровой пшеницы

В 2020 году было проведено повторное фенотипирование 150 линий, выделенных из популяций от скрещиваний синтетической пшеницы и районированных сортов яровой пшеницы, а также несколько селекционных линий полученных ранее с участием синтетиков. Все образцы были высеяны на делянках 0.5 м2 в 4 повторениях. Фенотипирование было проведено по всем хозяйственно-ценным признакам согласно общепринятым методикам, которые были представлены в предыдущих отчетах данного проекта. Для простоты интерпретации все признаки были поделены на 5 групп:

1) Полевые признаки;
2) Болезни;
3) Зерно;
4) Урожайность и компоненты;
5) Корневая система.

Поскольку данные генотипирования материала 2019 года поступили в 2020 году, то все расчеты по данным 2019 и 2020 годов по двум платформам проведены в 2020 году и представлены в данном отчете. По результатам валидации 27 маркеров SNP ID из Платформы 1 достоверно подтвердили эффекты генов по признакам урожайности, устойчивости к болезням, качеству зерна, корневой системе и др., в т.ч. 4 из них и на озимой пшенице. Некоторые маркеры данной платформы имели эффекты от 1 до 9 признаков: TaMOT1_D1 –подтвержденные достоверные эффекты по 9 признакам, PinbD1_INS и Rht-D1_SNP, соответственно по 6 признакам, TaDreb_SNP, TGW7A_985 и sunKASP_16 – по 5 признакам.

Из Платформы 2 также 27 маркеров подтвердили эффекты, от 1 до 16 признаков, в том числе 8 из них подтвердили эффекты и на озимой пшенице. КАСП маркеры, с подтвержденными эффектами генов, рекомендованы для использования в маркер - ориентированной селекции яровой и озимой пшеницы. По комплексу ценных маркеров выделено 29 линий яровой пшеницы, созданных с использованием синтетиков, которые в засушливом 2020 г. превзошли стандарты по урожайности, засухоустойчивости, отличаются устойчивостью к болезням и хорошим качеством зерна. Выделенные линии включены в селекционный процесс как перспективные для выведения сортов в условиях Западной Сибири и источники ценных признаков для гибридизации.

3. Изучение роли корневой системы в адаптации яровой пшеницы к недостатку влаги

В 2020 году опыт по изучению влияния корневой системы в адаптации к недостатку влаги продолжался в том же объеме, как и в 2019 году. Опыт был посеян на двух фонах – после пара и после пшеницы для моделирования двух уровней влагообеспеченности. Площадь делянки – 3м2, 3-кратная повторность. Материал включал 50 образцов, которые были разделены на 8 групп: 1) Стандарты - 2 сорта; 2) Синтетики СИММИТа - 16 образцов; 3) Синтетики из Японии - 3 образца; 4) Сорта США - 5; 5) Сорта и линии ОмГАУ - 9 образцов; 6) Сибирские сорта – 4; 7) Линии сети КАСИБ – 7; 8) Сорта и линии Казахстана – 4

4. Изучение и использование в селекции новых синтетиков.

Весной 2019 года был получен новый набор синтетических линий пшеницы (СИММИТ) – 100 образцов. Из-за ограниченного количества семян в этом году проводилось размножение и предварительная оценка этих линий. Линии были посеяны вручную на площади 0,5 м2 в питомнике 18SPRING-SYNT, с качестве стандартов использовали сорта Памяти Азиева, Дуэт, Серебристая. Часть линий имела озимый тип развития, небольшое количество линий выпало по причине поражения корневыми гнилями. Проведены фенологические наблюдения и оценена устойчивость к патогенам, общая селекционная оценка.

Отобранные 52 линии были включены в питомник 2020 г. по изучению синтетиков.

В 2020 году проведены скрещивания. В качестве материнских и отцовских форм использовали лучшие сорта селекции Омского ГАУ и лучшие линии синтетические линии пшеницы полученные из СИММИТ, по результатам их изучения и оценки в полевых условиях и молекулярному анализу их ДНК в 2019 г.

По данным молекулярных маркеров в линиях, отобранных для гибридизации, имелся набор генов устойчивости к бурой и стеблевой ржавчине –Lr и Sr, а так же гены, отвечающие за хозяйственно ценные признаки, такие как – урожайность, качество зерна, масса 1000 зерен. Источником гена Lr37 является Aegilops ventricosum (Friebe et al., 1996), ген Lr37 сцеплен с генами устойчивости к желтой и стеблевой ржавчине Yr17 и Sr38, что говорит о большой вероятности присутствия гена Yr17 в линиях № 3, 8, 12, 51, 71, 72, 81. Представляет интерес для гибридизации Lr37, как ген возрастной устойчивости растений (adult plant resistance gene), долгое время он был высокоэффективен (McIntosh et al., 1995).

В настоящее время его эффективность варьируется по регионам (Гультяева, 2018). В линии № 3 был идентифицирован ген Sr2, источником которого является вид Triticum turgidum ssp. dicoccum, единственный ген устойчивости к стеблевой ржавчине, не являющийся расоспецифическим. Так же эта линия отличалась наличием гена Sr22, интрогрессированного от T. monococcum L. ssp. Aegilopoides, и гена Sr26 интрогрессированные от A. Elongatum. В линии №81 обнаружен ген Tsn1 отвечающий за устойчивость к желтой пятнистости. Найденный ген Ppd в линии № 51, отвечающие за чувствительность растения к фотопериоду, играет важную роль при адаптации сортов пшеницы к разным агроклиматическим условиям. В современных высокоадаптивных сортах фотопериодическая нечувствительность важное свойство, позволяющее воздействовать на переход к колошению в условиях нестабильных погодных условий и изменяющегося климата. Так же гены Rht (RhtB1, RhtD1) в линиях № 12, 51, 72, 77 - гены карликовости, незаменимы для любой селекционной программы, т.к. важнейшим фенотипическим признаком, связанным с продуктивностью, являются высота растения. Использование таких генов в гибридизации позволит создать сорта устойчивых к полеганию с высоким уборочным индексом. Линия № 77 выделилась наличием генов TaTGW6 и TaSuS2B, детерминирующих размер зерновки и массу 1000 зерен у пшеницы, отвечающих за увеличение продуктивности растений пшеницы.

Всего было получено 106 гибридных популяций. При этом кастрации подверглись 8870 цветков, было получено 4490 гибридных зерен (в среднем 42,3 зерна на комбинацию) при средней завязываемости 49.1%. Значительная часть скрещиваний проводилась по схеме топ-кросса (Таблица 4.5. Приложения), что позволит определить генетические параметры и оценить комбинационную способность и другие показатели. В этом отношении особенно интересны скрещивания с линиями CIRNO C 2008/AE.SQUARROSA (174), CIRNO C 2008/AE.SQUARROSA (224), CIRNO C2008/AE.SQUARROSA (255) и CIRNO C 2008/AE.SQUARROSA (510). У всех 4 линий в качестве материнского родителя использовался один и тот же сорт твердой пшеницы.

Соответственно, разница в потомстве скрещиваний данных линий будет определяться генотипом Эгилопса, что важно в выделении перспективных форм.