РЕФЕРАТ

Қазақстандағы бидайдың орташа өнімділігі (~1 т/га) дүние жүзіндегі ең төмен көрсеткіш болып табылады және бұл көрсеткіш 1950-60 жылдардағы тың игеру кезінен бері айтарлықтай өзгенген жоқ. Сонымен қатар, өсімдік селекциясында ең озық геномдық әдістерді қолданудың нақты пайдасын көріп отырған Ұлыбританияның бидай селекциясы жүйесімен салыстырғанда, Қазақстандағы бидай селекциясы негізінен дәстүрлі селекциялық әдістерге негізделген. Маңыздысы, Ұлыбританияда геномдық тәсілді басқа да қарқынды ауылшаруашылық тәжірибелерімен үйлестіру нәтижелері бидайдың орташа өнімділігін екі есеге, яғни 4-тен 9 т/га, арттыруға айтарлықтай оң әсер етті.

Сондықтан, ұсынылып отарған гранттық жобаның негізгі мақсаты — осындай генетикалық стратегияларды пайдаланып, Қазақстанның және Ұлыбританияның коммерциялық бидай сорттарын будандастыру нәтижесінде алынған бидайдың төрт бипарентальді (екі аталық) популяцияларын шығаруға және олардың әрқайсысының жоғары-тығыздықтағы генетикалық карталарын құруға бағытталған. Осы мақсатта, Қазақстанның төрт коммерциялық бидай сорттарын Ұлыбритания бидайымен будандастырылды. Нәтижесінде жалпы саны 384 дарақтардан құралған бидайдың төрт бипарентальді популяциялары шығарылды. Әрбір популяция тек бес рет ЖДД (Жалғыз Дәннен Дамыту – Single Seed Descent (SSD)) тазартудан өткізілгендіктен, әрбір популяцияның F5 ұрпағындағы гомозиготалық деңгей >94%, ал гетерозиготалық деңгей >6% құрайды. Бұның барлығы ұсынылып отырған жобаның тақырыбы бойынша ғылыми негіздің бар екендігінің дәлелі.

Сондықтан ұсынылап отырған жоба міндеттері:

1. Әрбір популяциядағы гетерозиготалық деңгейді >3% төмендету
2. Төрт популяцияны әрқайсысының генетикалық фингерпритиңгтеуін жасау
3. Әрбір популяцияның генетикалық картасын құрастыру

Жобаның аталған міндеттері төмендегідей жүзеге асады:

1. Әрбір популяциядағы гетерозиготалық деңгей ЖДД әдісін қолдану арқылы >3% төмендетіледі. Бұл дегеніміз, әрбір популяция тағы бір қосымша ЖДД тазалаудан өткізіледі.
2. Төрт популяция 35K AXIOM генотиптеу микрочипін пайдаланумен генетикалық фингерпринттеу. Генотиптемес бұрын, аталған төрт бипарентальді популяцияларының Ғ6 өсімдіктерінен жоғары сапалы ДНҚ бөлінеді.
3. R, Phyton, PLINK және TASSEL сияқты қолданбалы бағдарламаларын қолданумен әрбір популяцияның 35000 SNP ДНҚ-маркерлеріне негізделген жоғары-тығыздықтағы генетикалық карталарын құрастырылады.

Бұл жобадан алынған нәтижелер келесі жобада QTL карталау үшін негіз ретінде пайланылады.

МАҚСАТЫ

Қазақстан бидай селекционерлерінің элиталық селекциялық пулдарындағы нақтыланған генетикалық вариация түрін анықтау және картаға түсіру мақсатында, Қазақ бидайының төрт бипарентальді популяциясын әзірлеу және олардың жоғары-тығыздықтағы генетикалық карталарын құрастыру.

Тапсырмалар

Бұл бөлімде өзара қисынды байланысқан, сабақтас міндеттер арқылы жобаның мақсатына қол жеткізу тәсілі сипатталады.

Сандық генетикада дақылдардың өнімділігін арттыруға мүмкіндігі бар гендерді/геномдық аймақтарды анықтап оларды генетикалық картаға түсірмес бұрын, рекомбинантты линияларды шығару және олардың генетикалық карталарын құрастыру қажет. Бұлар ұсынылып отырған ғылыми жобада негізгі үш міндет арқылы қол жүзеге асырылады:

1. Қазақ бидайының қатысуымен бидайдың төрт бипарентальді рекомбинантты линияларын шығару және олардың тұқымын көбейту.

Бипарентельді популяцияларды шығару үшін Қазақстанда кеңінен қолданылатын төрт коммерциялық бидай сорттарын Ұлыбритания бидайы сортымен будандастырылды. Дегенмен, бұл төрт бипарентальді популяция әлі де гетерозиготалықтың жоғары деңгейіне ие, өйткені олардың әрқайсысы ЖДД тазартудың бес айналымынан ғана өтті. Гетерозиготалық деңгейін төмендету және >97% локустарды тұрақты гомозиготалы ету үшін ұсынылып отырған жоба барысында әрбір популяция Джон Иннес Орталығының (ДИО), Ұлыбритания, автоматтандырылған жылыжайларында ЖДД тазалаудың тағы бір қосымша айналымынан өткізіледі. Сол жылы ДИО-ғының қол жетімді бақыланатын қоршаған-орта қондырғыларын қолданумен осы популяциялар қайтадан өсіріліп, олардың тұқымдары көбейтіледі. Содан кейін тұқымдар Қазақстанға жіберіледі.

2. 35K AXIOM жоғары өткізгіштік генотиптеу платформасын пайдаланып, барлық төрт бипарентальді популяцияларын генотиптеу.

Өсімдіктер тұқымдарды көбейту үшін өсіріліп жатқанда, жоғары сапалы ДНҚ-ны бөліп алу үшін әрбір үлгіден (384 дарақ) жас жапырақтардың тіндері ерте сабақтану кезеңінде жиналады. Әрбір үлгінің ДНҚ-ның сапасы мен саны стандартталғаннан кейін, олар 35000 ДНҚ маркерлерімен генотиптеу үшін Бристоль университетіне жіберіледі. Көбейтілген тұқымдар қазақстандық бидай өсірудің әртүрлі орталарында бейімделу мен өнімділікке байланысты локустарды табуға бағытталған генотиптік және фенотиптік мәліметтерді біріктіру үшін одан әрі генетикалық және далалық бағалау үшін Қазақстанға жіберіледі.

3. Тығыздығы жоғары генетикалық карталарды құрастыру.

Генотиптік деректерді фенотиптік мәліметтермен біріктірмес бұрын генетикалық картаны құру қажет. Сондықтан генетикалық карталар гендерді картаға түсірудің маңызды құралы болып табылады. Дегенмен, генетикалық карталарды генетикалық талдауда бірден пайдалану мүмкін емес. Генетикалық талдауға кіріктірер алдында ДНҚ маркерлердің орналасу тәртібін реттеу, қайталанатын генотиптер мен маркерлерді алып тастау сияқты талдауларды жасау арқылы генетикалық карталардың дәлдігін мұқият тексеру өте маңызды.

Ғылыми кеңесші мен өтінім берушінің бидай генетикасы саласындағы ұзақ тәжірибесін ескерсек, ұсынылып отырған ғылыми жобаның сәтті жүзеге асырылуы толықтай қолжетімді. Толықтай алғанда, аталған жоба жергілікті және халықаралық бидай генетиктері мен селекционерлері пайдалану үшін қоғамдық ресурсқа айналатын Қазақ бидайының маңызды генетикалық және өсімдік ресурстарын әзірлеуге мүмкіндік береді.

Күтілетін нәтижелер

Бөлімде зерттеулердің негізгі нәтижесі, яғни жобаның мақсатына қол жеткізуге сәйкес келетін нәтиже, оның сандық және сапалық сипаттамалары мен іске асыру нысандары көрсетіле отырып сипатталады.

Жобаны жүзеге асыру барысында әзірленетін жалпы саны 384 генотиптен құралатын қазақ бидайының төрт бипарентальді популяциялары және олардың 35000 SNP ДНҚ маркерлерінен тұратын жекелеген генетикалық карталары жобаның басты нәтижелерін құрайды.

1) шетелдік рецензияланатын ғылыми журналдарда мақалалар жариялау

Екі мақала Web of Science жүйесінде Q1, Q2 және Q3 импакт-факторы бар немесе Scopus жүйесінде CiteScore бойынша процентилі кемінде 50 болатын журналдарда жарияланады.

Бірінші мақала популяциялар ішіндегі және популяциялар арасындағы рекомбинация мен дупликация жиілігі сияқты маңызды генетикалық аспектілерді саралау және салыстыру арқылы Қазақ бидайының генетикалық картасын құруға бағытталады.

Екінші мақала популяциялар ішіндегі және популяциялар арасындағы генетикалық және фенотиптік алуантүрлілікті талқылайды және оларды өтінім берушінің Қазақ бидайының бейімделуі мен өнімділігінің генетикалық салдарын зерттуге бағытталған PhD зерттеу жұмысы барысында шығарылған бидайдың ИЛ салыстырылады.

2) шетелдік және (немесе) қазақстандық баспалар кітаптарында монографияларды, кітаптарды және (немесе) кітаптардағы тарауларды жариялау;

Жоспарланбаған

3) шетелдік (еуропалық, американдық, жапондық) патенттік бюродан, қазақстандық немесе еуразиялық патенттік бюродан патенттер алу;

Жоспарланбаған

4) ғылыми-техникалық, конструкторлық құжаттаманы әзірлеу;

Жоспарланбаған

5) әлеуетті пайдаланушылар, ғалымдар қоғамдастықтары және қалың жұртшылық арасында жұмыс нәтижелерін тарату;

Ұсынылған жоба бойынша әзірленген өсімдік ресурстары мен генетикалық деректер жиынтығы жергілікті және халықаралық бидай өсірушілер мен ғалымдары үшін қолжетімді болады. Бұл генетикалық ресурстар Қазақстанда жаңа жетілдірілген бидай сорттарын шығаруға бағытталған көптеген болашақ зерттеулердің негізін қалайды.

6) конкурстық құжаттаманың талаптарына және жобаның ерекшеліктеріне сәйкес басқа да өлшенетін нәтижелер. Бөлімде:

6.1) күтілетін нәтижелердің әрқайсысының қолданылу саласы және нысаналы тұтынушылары;

Төрт бипарентальды популяция түрлі өсу ортасына бейімделген бидай сорттарын будандастыру арқылы шығарылғандықтан, қазақ бидайының генофондындағы нақтыланған гендердің аллельдерінің анықталуын арттыратынына сенеміз. Сондықтан, бұл өсімдік ресурстарының әсіресе қазақстандық бидай селекционерлері үшін пайладасы зор. Өйткені популяциялардың әрқайсысын қолдана отырып, селекционерлер туыстығы жоғары жергілікті сорттарды будандастыру арқылы, бұрын ажырата алмаған генетикалық факторларды анықтауға мүмкіндік алады.

Ал генетикалық карталар өз кезегінде, қазақстандық бидай генетиктеріне осы генетикалық факторларды анықтауға және оларды бидай геномына карталауға тамаша мүмкіндік береді. Сондықтан, қазақ бидайының өнімділігін арттыруға бағытталған келешектегі зерттеулер сандық генетика тәсілдерін қолдана отырып, осы жоба нәтижесінде алынатын гермаплазмалық ресустар мен олардың генетикалық мәліметтеріне сүйену арқылы маркер-белгі ассоциация зерттеулерін жүзеге асыра алады.

6.2) күтілетін нәтижелердің ғылым мен технологиялардың негізгі ғылыми бағыты мен сабақтас салаларын дамытуға әсері;

Жергілікті және халықаралық бидай генетиктері және селекционерлерімен қоса, жоба нәтижелерінің келесі әлеуетті тұтынушылары – бакалавр студенттері, магистранттар мен PhD докторанттар болып табылады. Олар қолдануға дайын өсімдік материалдары мен олардың генетикалық карталарын өздерінің ғылыми жұмыстарында пайдаланады. Сонымен қатар, жобаның нәтижелері осы магистрлер мен докторанттардың ғылыми зерттеулері арқылы бидайдың ИЛ және КҚК (Кірістірілген Қауымдастық Карталушы (Nested Association Mapping)) популяцияларын әзірлеуге ықпал ететіндей үлкен әлеует бар, бұл өз кезегінде елдегі болашақ бидай генетиктерін дайындау үшін маңызды қадам. Егер жоба қаржыландырылатын болса, ол Қазақстанның коммерциялық бидай сорттарының қатысуымен бірінше рет жасалатын КҚК популяцияларын әзірлеуге мүмкіндік тудырады.

3) алынған ғылыми нәтижелерді коммерцияландырудың қолданылымдығы және (немесе) мүмкіндігі;

Жобаның нәтижелері бидайдың жаңа жақсартылған сорттары шығарылғаннан кейін коммерцализациялану мүмкіндігі бар.

4) негіздемесі бар жоба нәтижелерінің әлеуметтік, экономикалық, экологиялық, ғылыми-техникалық, мультипликативтік және (немесе) өзге де әсері;

Қысқа мерзімді перспективада, жобаның нәтижелері қазақстандық бидай селекционерлерін анағұрлым күрделі әрі тиімді будандастыру және селекциялық стратегияларды өз жұмыстарында ұтымды пайдалануға ынталандырады. Ұзақ мерзімді перспективада, Қазақстандағы өсімдіктер селекциясында кеңінен қолданылатын дәстүрлі әдістерді геномдық сұрыптаумен біріктіруге тікелей әсер етуі мүмкін.

Жалпа алғанда, осы жобаның нәтижелерінен және осы жобаның нәтижелеріне сүйенетін болашақ жобалардан алынған генетикалық білімдер, Қазақстанда өсімдіктер селекциясын оңтайландыру және болашақ бидай генетиктерін дайындау арқылы оң экономикалық және әлеуметтік әсерін көрсетеді.

5) сапалық және сандық сипаттамаларын көрсете отырып, жобаның басқа да тікелей және жанама нәтижелері қосымша көрсетіледі.

Компьютерлік биологиясының немесе заманауи өсімдік селекциясының әдістерінің өсімдіктерді жақсартудығы маңыздылығы, Қазақстандағы бидай селекционерлері мен жас ғалымдары, университет студенттері және мектеп оқушылары арасында практикалық іс-шаралармен толықтырылған курстар және семинарлар ұйымдастыру арқылы танымалдығы арттырылады. Бұл туралы қосымша ақпаратты алу үшін «Жобаның ғылыми жаңалығы мен маңыздылығы» 3-бөлімінен қараңыз