АР09058208 Скрининг культурных и диких форм генофонда зернобобовых культур по устойчивости к болезням для поиска исходного материала для селекции

О проекте

Актуальность
По мнению экспертов ФАО, Казахстан является страной, у которой обширные ареалы для выращивания зернобобовых культур. Зернобобовые культуры – нут, горох – в Казахстане возделываются на зерно, и зеленую массу. По литературным данным, современные сорта зернобобовых культур хорошо растут как на плодородных, так и на бедных почвах с рН от 5,0 до 7,5.
Зернобобовая культура - это отличный предшественник для многих культур в севообороте, что обусловлено их способностью активной фиксации азота. Они с помощью корневой системы образуют азот фиксацию, клубеньковые бактерий, что обогащает почву азотом. Кроме того, корневая система зернобобовых культур проникает подпахотный слой и предотвращает тем самым водную эрозию.
В Казахстане горох выращивается в пределах 100 тыс.га, нут 20 тыс га, по статистическим данным, в среднем урожайность гороха составляет 15-20 ц/га, нута 08-15 ц/га. Зернобобовые культуры поражаются в основном такими болезнями как фузариоз, септориоз, аскохитоз.
Эффективная стратегия борьбы с болезнями растений требует тщательного знания патогенов, включая их биологию, экологию и их изменчивость. Поскольку болезни гороха значительно снижают урожайность и, следовательно, доходы фермеров с ограниченными ресурсами, необходимо более глубокое понимание причинных факторов. Сообщалось, что возбудители грибковых растений вызывают значительные потери на посевах гороха во всем мире. Корневая гниль гороха может быть вызвана одним или несколькими распространенными почвенными грибками или их комбинацией. Наиболее распространенными грибковыми патогенами являются: обычная корневая гниль (Aphanomyces euteiches), корневая гниль (Pythium ultimum and Rhizoctonia solani), фузариозное увядание и корневой гнили гороха (Fusarium oxysporum f. sp. pisi и Phoma medicaginis var. pinodella). Другие грибковые болезни, которые могут быть связаны с корневой гнилью гороха, включают черная корневая гниль, белую гниль. Растения гороха также заражены возбудителями листовых грибковых заболеваний, такими как комплекс Ascochyta pisi, альтернария листовая и стеблевая пятнистость, мучнистая роса  и ложная мучнистая роса. Относительная важность этих болезней и их влияние на урожайность варьируются в зависимости от страны.
Нут (Cicer arietinum L.) – важная и ценная зернобобовая культура во всем мире, занимающая третье место после бобов и гороха. Это бобовое растение, ежегодно выращиваемое в 45 странах на 5 континентах на территории 10,4 миллиона гектаров при урожайности 8,57 миллиона тонн. В Индии нут известен под различными названиями, такими как бенгальский грамм, грамм и чана, являясь крупнейшим производителем нута, на который приходится 64% мирового производства. Нут имеет количественный источник углеводов, белков, минералов, витаминов, клетчатки и фитохимических веществ. Для сравнения, качество белка у нута лучше, чем других зернобобовых. Нут также фиксирует азот из атмосферы и снижает потребность в азотных удобрениях. Заболевания нута, такие как: серая гниль Botrytis, болезнь аскохита Ascochyta, ржавчина и болезнь Sclerotinia, вызываются грибками Botrytis cinerea, Ascochyta rabiei, Uromyces ciceris-arietini и Sclerotinia sclerotiorum соответственно. Среди них наиболее заметными являются грибок Ascochyta и серая гниль Botrytis. Болезнь листьев ограничила производство нута во многих странах, поэтому необходимо принять комплексные меры управления или эффективные стратегии контроля, чтобы предотвратить потерю урожая у зернобобовых.

Цель
Изучение культурных и диких форм зернобобовых культур а именно гороха и нута на устойчивость к различным видам болезней, а так же отбор сортообразцов и номеров с наиболее высокопродуктивными, высокоустойчивыми и полезными свойствами на получения исходного материала для селекции.

Ожидаемые и достигнутые результаты
Сформированы сортообразцы гороха и нута в количестве (нут - 117 сортообразцов – 16 стран мира, горох – 79 сортообразцов – 12 стран мира) Изучен рост и развитие растений у Казахстанских сортов гороха: Жасылай, Ақсары, Шал, Табыс, Усач, Кокше и 73 сортообразцов коллекционного материала. У Казахстанских сортов нута: Луч, Кaмила, Икарда 1, Мирас 07, Сатти, Деркуль и 108 сортообразец коллекционного материала. Проведен отбор культурных и диких форм зернобобовых культур для фитопатологического мониторинга. Для определения устойчивых генотипов был проведен фитопатологический мониторинг и иммунологическая оценка 117 сортов и линий нута и 79 гороха к грибным болезням. В результате структурного анализа были выделены образцы зернобобовых культур (нута, гороха, фасоли) по разным показателям, которые будут предложены для дальнейшей селекционных программ.   Структурный анализ элементов продуктивности у селекционного материала нута, выращенного на естественном фоне, показала, что ряд образцов сочетает комплекс признаков продуктивности по разным показателям. По всем образцам нута на естественном фоне, высота растения варьировалась от 68,8 до 75,8 см что характеризуется в первую очередь, увеличением линейных размеров вегетативных и генеративных частей стебля. Высота растений включает: количество узлов и междоузлий на стебле, суммарный размер всех междоузлий, включая и длину метелки.  По высоте растений самым высоким образцом себя показал образец (Flip93-93с) его высота составила 75,8 см что показывает наиболее высокий потенциал для высокой урожайности. А самым наименьшим по высоте растений показал себя образец (к2956 Obraztsov Chiflik 1) его высота составила 68,8см что можно сказать о данном образце что он менее урожайный. Выделившиеся образцы нута по высоте растений их высота составила 74,2 – 75,8 (Мирас, к118, Flip93-93с, Flip 05-90, Flip0767, к151, TR 53907 Resistant). А по всем образцам нута на искусственном фоне высота растений варьировала от 56,4 до 68,4 см. По высоте растений самым высоким образцом себя показал сорт (Сатти) его высота составила 68,4 см, а самым наименьшим по высоте растений показал себя образец (К-3179) его высота составила 56,4см. Следует отметить, что в 2022 году наблюдалось укороченная длина вегетационного периода у всех номеров нута чем в 2021 году. 2022 году длина вегетационного периода составила от 91 до 96 дней. А на инфекционном фоне на 2022 год вегетационный период составил от 79 по 94 дней, это говориться о том, что в 2022 году на инфекционном фоне образцы проявили скороспелыми.
Согласно данным структурного анализа образцов нута на инфекционном фоне видно что образцы были  наиболее выдержаны так по высоте прикрепленных нижних бобов  варьировала от 19,2 до 33,4 см, а по количеству боковых ветвей их количество варьировала от 1,3 до 10 шт. выделившиеся образцы были Flip10-206c, Flip97-24, Flip 07-39, Flip 06-111, Flip06-76, Flip97-126, TR6S731  Resistant, TR 44420  Resistant, к151, К-2436, К-2764 hyson, Мальхотра, Краснокутский 123, К-3190, К-1285,  К-3124, Линия С-29,  К-3500, TR498S2  Resistant, Flip14-46, Flip0767. По количеству продуктивных узлов выделились образцы Flip103с, Flip10-206c, Flip97-24, Flip88-85c, Flip 05-90, Flip00-25, Flip 07-39, Flip 06-111, Flip 02-70, Flip06-76, Flip 12-22, Flip97-126, Flip07-80, Flip 98-30, Flip99-95, Flip0767, Flip98-129, к151, Линия С-303, К-3217, К-2764 hyson, К-3227, К-1610, Юбилейный, К-3500, К-3179, TR6S731 от Resistant 12,2 до 28 шт. По количеству бобов с растений и массы семян с делянки выделились следующие образцы Луч, Камила, Мальхотра, Сатти, Мирас, Нурлы 80, Золотой юбилейный, к 107, Вектор, к118, к2814, к2801, Flip 88-18 C, к323, к546, к574, Flip10-206c, Flip97-147 по количеству бобов с растений их масса составила от 1,4 до 3,7 грамм, а по массе семян с делянки их масса составила 21 до 40 грамм. Масса 1000 семян варьировала от 200 до 310 грамм, где самым наименьшая масса была у образца (Akn 81 Resistant) его масса составила 200 грамм, а самая наибольшая масса была у сорта (Луч) его масса составила 310 грамм.
Согласно данным структурного анализа образцов гороха на естественном и инфекционном видно что образцы были  весьма различными так по высоте растения на естественном фоне 52,6 до 98,2 см, а на искусственном фоне высота варьировала от 56,2 до 74,4см. по высоте прикрепленных нижних бобов на естественном фоне варьировала от 18,2 до 27,4 см, а на искусственном фоне высота приклепленных нижних бобов варьировала от 19,2 до 31,4см где наименьшей высотой был образец (к-5283)  а самой высокой был образец (к-8407). На естественном фоне по количеству боковых ветвей они варьировали от 3 до 10,8см; на искусственном фоне по количеству боковых ветвей их варьировала от 5,4 до 12,0 шт.  выделившиеся образцы были к-5292, к-8736, к-8856 Беркут, К-9351 Дружный, Жемчуг, к-8234, к-8486, к-4422, к-4429, к-3037, к- 4262, к-4848, к-7611, Девиз, Klattauer Grune, Александрит, Friplex, Возрождение. По количеству продуктивных узлов на естественном фоне выделились образцы Шал, Aксайский 55, Аннушка, к-220, к-8407, к-92-1352, Жальвяй, Девиз, Чишминский 219, к-5721 их количество варьировала от 7,2 до 13,2 шт. а на искусственном фоне выделились образцы к-8714, к-9450, Shamrock, к-8407, к-9031 их количество достигла до 22,2 шт.  По количеству бобов с растений и массы семян  с делянки на естественном фоне выделились следующие образцы Шал, к-8289, к-4844, к-4847, к-220, Цукат, Чишминский 219, Линия Орёл- 308, Жальвяй, Девиз, 92-1352, Klattauer Grune, Л-22090, Возрождение по количеству бобов с растения составила от 7,2 до 13,2 грамм, а по массе семян с делянки их масса составила 21 до 43 грамм были выделены следующие образцы к-9485, Чишминский 219, Линия Орёл- 308, 27.01., Жальвяй, Девиз, 92-1352, Gulliver, А-567, Klattauer Grune, Возрождение. А по искусственному фону количество бобов с растения выделились следующие образцы к-8407, к-8518, к-8714, к-9450, Shamrock, Линия Орёл- 308, Девиз, Friplex, 28/01, Возрождение, Creamette.
Определен спектр болезней и их распространение и развитие на естественном фоне, отобраны устойчивые сортообразцы к грибным болезням: фузариозу и аскохитозу. Проведена оценка устойчивости к комплексу болезней сортообразцов зернобобовых культур на естественном фоне. Исследование на устойчивость к болезням проведено на естественном фоне, которые покажут какие расы и изоляты возбудителей болезней встречается на юго-востоке Казахстана. В результате исследований 41 генотипов нута были высокоустойчивыми (I), 51 – устойчивыми (R), 21 – умеренно-устойчивыми (MR) и 3 - умеренно-восприимчивыми (MS) и 1 образец показал высокую восприимчивость к аскохитозу на естественном фоне болезни. В то же время 67 генотипов были высокоустойчивыми (I), 35 – устойчивыми (R), 11 – умеренно-устойчивыми (MR), 3 - умеренно-восприимчивыми (MS) и 1 – восприимчивыми (S) к фузариозу на естественном фоне болезни. В результате анализа 39 генотипов гороха были высокоустойчивыми (I), 8 – устойчивыми (R) и 14 – умеренно-устойчивыми (MR), 12 образцов показало умеренно-восприимчивость и 4 высокую восприимчивость к аскохитозу на естественном фоне болезни. В то же время 46 генотипов были высокоустойчивыми (I), 9 – устойчивыми (R), 11– умеренно-устойчивыми (MR), 3- умеренно-восприимчивыми (MS) и 8 – восприимчивым (S) к фузариозу на естественном фоне болезни.  2 образца не взошли.
В результате иммунологического анализа 23 генотипов фасоли были высокоустойчивыми (I), 2 – устойчивыми (R) к аскохитозу и фузариозу на естесственном фоне.
Отобраны высокоустойчивые сортообразцы для последующих селекционных программ на инфекционном фоне болезней.  Проведена искусственная инокуляция спорами фузариоза и аскохитоза, а также оценка развития и распространение на зернобобовых культурах. Изучена устойчивость к возбудителям болезней на инфекционном фоне. Идентифицированы степень иммунности и устойчивости растений к определенным изолятам возбудителей. Изучена устойчивость культурных и диких форм зернобобовых культур и отобраны высоустойчивые образцы для селекции.  В результате иммунологического анализа 9 генотипов нута были высокоустойчивыми (I), 26 – устойчивыми (R), 22 – умеренно-устойчивыми (MR), 54 - умеренно-восприимчивыми (MS) и 6 – восприимчивым (S) к аскохитозу на искусственном инфекционном фоне. В то же время 14 генотипов были высокоустойчивыми (I), 41 – устойчивыми (R), 34 – умеренно-устойчивыми (MR), 25 - умеренно-восприимчивыми (MS) и 3 – восприимчивыми (S) к фузариозу на искусственном инфекционном фоне болезни. В результате иммунологического анализа 10 генотипов гороха были высокоустойчивыми (I), 20 – устойчивыми (R) и 13 – умеренно-устойчивыми, 34 сортообразцов показали умеренную восприимчивость и 2 высокую восприимчивость к аскохитозу на искусственном инфекционном фоне. В то же время 13 генотипов были высокоустойчивыми (I), 26 – устойчивыми (R), 20 – умеренно-устойчивыми (MR), 18 - умеренно-восприимчивыми (MS) и 2 – восприимчивыми (S) к фузариозу на искусственном инфекционном фоне болезни.  В результате иммунологического анализа 6 генотипов фасоли были высокоустойчивыми (I), 5 – устойчивыми (R) и 4 – умеренно-устойчивыми и 10 умеренно восприимчивыми к аскохитозу на искусственном инфекционном фоне. В то же время 16 генотипов были высокоустойчивыми (I), 5 – устойчивыми (R) и 3 – умеренно-устойчивыми (MR) и 1 умеренновосприимчивы к фузариозу.
Целью исследования была идентификация линий нута и гороха среди образцов казахстанской и зарубежной селекции к грибковым болезням. Для этого проведен скрининг образцов ДНК нута на присутствие маркеров, сцепленных с генами устойчивости к фузариозу. Для идентификации носителей генов устойчивости использован метод полимеразной цепной реакции (ПЦР).  Для молекулярной характеристики генетических связей подвергали скринингу праймеры SSR. Семь SSR-праймеров тестировали на генетическое сцепление. Выделение геномной ДНК осуществляем из 5-дневных проростков нута с помощью CTAB-метода. Носители фузариума идентифицированы на основе ПЦР с использованием разработанных протоколов. Для идентификации нута к Fusarium  использованы SSR маркеры. Проведена идентификация нута у 50 казахстанских и зарубежных образцов общей сложности. Для идентификации носителей гена Foc проводили ПЦР амплификацию с использованием праймеров SSR маркера CaSTMS2, TA200, TA194, TA72, TA46, TR29, и TR7 которые являются близко сцепленными маркерами с геном устойчивости.  В результате ПЦР-анализа показано, что фрагмент ДНК, характерный для праймера ТА194 размером 204/190 п.н. формировался у сортов Мальхотра и образца F06-111. В целом, при изучении 50 казахстанских и зарубежных образцов выявлено 3 образцов. Продукты характерного размера амплификации отсутствовали у 47 образцов. Для поиска гена Foc использованы праймеры SSR маркера TA72. При использовании маркера TA72, формируется фрагмент ДНК размером 198 п.н.. ПЦР-анализ показал, что результаты ПЦР с использованием маркера TA72 показал результаты, свидетельствующий о наличии гена Foc. Из данных рисунка 2 видно, что носителями гена являются образцы F06-111 и F97-147. В целом, при изучении 50 казахстанских и зарубежных образцов выявлено 5 образцов. Для идентификации проводили ПЦР амплификацию с использованием праймеров SSR маркеры CaSTMS2. ПЦР-анализ, представленный на рисунке 3, свидетельствует о формировании амплифицированных продуктов, характерных для носителей у 7 образцов. В целом, из изученных 50 казахстанских образцов ген Foc выявлен у 10 образцов. Для идентификации носителей гена Foc проводили ПЦР амплификацию с использованием праймеров SSR маркера ТR29. На рисунке 6 представлены результаты ПЦР 15 образцов нута. В результате ПЦР-анализа показано, что фрагмент ДНК, характерный для носителей гена Foc размером 220 п.н. формировался у образцов F06-111, F07-67, Мирас, F97-30, K2197, K1615, F88-850, F97-24, F07-97, Мальхотра, F97-147. В целом, при изучении 50 казахстанских и зарубежных образцов выявлено 11 образцов. Продукты характерного размера амплификации отсутствовали у 39 образцов. Из изученных 50 казахстанских и зарубежных образцов у 11 образцов обнаружен ген Foc. Отбор с помощью маркера (MAS) в сочетаниис другими биотехнологическими инструментами является сильным источником понять различные экономически важные явления в современном сельском хозяйстве. Современные технологии могут соединить традиционные методы для решения основных проблемы. В рамках этого исследовательского проекта мы выявили гены фузариозного увядания у нута с помощью различных маркеры. Всего выделено 50 генотипов нута все маркеры были обнаружены сцепленными с геном Foc2, устойчивым к увяданию. Информация, полученная в ходе этого исследования, может помочь в будущем селекции нута.
В результате изучения коллекции выделены высокоустойчивые сортообразцы нута Flip 98-38, 34-Б,  Камила,  к612,  к1615,  к2956,  к2105,  к1446, к1783, Мирас,  Нурлы 80, к2505, Тассай, Приво 1, Золотой Юбилейный, к107, Flip 97-30, Flip 93-93 C,  Flip 10-206 C,  Flip 97-147,  Flip 03-34/1, Flip 88-85 С, Flip 98-38, Flip 07-39, Flip 00-21, Flip 97-126, Flip 07-80, Flip 98-30, Flip 99-95, Flip 07-67, Flip 98-129, Flip 10-208 С, к2412, к130, к151, TR 65720, К-3217, К-3194, К-1285, К-3329, Линия С-29 и гороха  к-4375. к-8361. Табыс. к-5220, к-8736, к-8856. к-9289, Аксайская 55. Аннушка, Парус, Радомир, Яхонт, Руслан. к-220. к-4775, 92-1352, Gulliver, Возрождение, Creamette, Friplex, Л-22090, а-567 к комплексу болезней как исходный материал для селекции на естественном и искуственном фоне.
По итогам исследования выделены высокопродуктивные образцы нута с массой семян с растений от 15 до 16гр, - это (к151- 16,2 гр; к118 – 15,2гр; к2814 -15,4гр; Flip98-73 -16,4гр; к2956 Obraztsov Chiflik 1 – 15,2гр; Flip 02-70- 16,0гр, TR6S731 Resistant- 14,9гр). А также выделены крупносеменные образцы нута с массой 1000 семян от 350 до 381 грамм (к2483 ILC 3284 - 365,0гр; Flip0767 – 355,0гр; Flip10-159с – 350гр; к612- 356гр; Flip97-108 - 381гр, Flip10-64c – 366гр; Flip07-104 – 364гр: Flip 07-39 -355гр и гороха (TR6S731Resistant, Юбилейный, К-3329) их вес составил от 66-74 грамм.).

Список публикаций и патентов
1. Сулейманова Г.А., Сапахова З.Б., Калибаев Б.Б. «Обзор основных заболеваний зернобобовых культур с целью скрининга генофонда в условиях Алматинской области».
2. Suleimanova G., Sapakhova Z., Kalibayev B., Irkitbay A., Panurova A., «The importance of the legume crops in the creation of disease-resistant varieties»
3. Sapakhova Z., Suleimanova G., Kalibayev B., Irkitbay A., Madenova A., Mussayeva K., Panurova A., «Resistance of chickpea genotypes to fungal diseases»
4. Сулеймановой Г.А. по теме «Использование доноров устойчивости к болезням в создании сортов зернобобовых культур нового поколения»
5. G.Suleimanova•, Z. Sapakhova B. Kalibayev Resistance of Chickpea Genotypes Fungal Diseases in South-Eastern KAZAKHSTAN4th International Symposium on Advances in Molecular Biology of Plants & Health Sciences
6. G.Suleimanova, Z. Sapakhova B. Kalibayev. Resistance of chickpea genotypes to fungal diseases//Bulletin of Science of the Kazakh Agrotechnical University. S. Seifullin №1(112)
7. G.Suleimanova, B. Kalibayev, N. Tumenbayeva And Z. Sapakhova// Resistance of pea (Pisum sativum L.) varieties to fungal diseases and their productivity in the South-East of Kazakhstan// Res. Crop. 23 (4) :840-848 (2022)
8. Suleimanova G., Sapakhova Z., Kalibayev //General condition and perspective directions of crop production development leguminous crops in Kazakhstan/ 2nd International Conference on Research of Agriculture and Food Technologies
9. Сулейманова Г., Калибаев Б.Б. «Зернобобовые культуры как неотьемлемый компонент в системе севоборотов»//Проблемы селекции-2022», 12-15 октября 2022 года, г. Москва, Россия
10. G.Suleimanova., Z.Sapakhova., B.Kalibayev., A.Madenova., G.Nizamdinova Molecular screening for Fusarium oxysporum resistance genes in chickpea/ Res. Crop. 24 (2) :416-427 (2023)
11. Г.А Сулейманова., Б.Б.Калибаев., Г.Ж..Айткалиева, Д.Таджибаев. Изучение урожайности и устойчивости к болезни аскохитоз образцов нута в условиях Алматинской области//Ізденістер,нәтижелер №ә(98) 2023.
12.Suleimanova G., Aitkalieva G., Kalibayev B., Didorenko S., The study of the incidence of Fusariosis of chickpea collection varieties in the condition of irrigated and non-irrigated ploy in Almaty region, Republic of Kazakhstan// XXX International scientific and practical conference “Trends and Modern methods of improving scientific ideas” Melbourne, Australia, August 01-04,2023

Информация для потенциальных пользователей
Сотрудничество с мелкими и крупными с/х производителями фермерские хозяйства, селекционные НИИ, ОПХ, СХОС, ВУЗы Казахстана и стран СНГ.

Контакты