Статья: ПРИМЕНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕНОВ КАЧЕСТВА РИСОВОГО ЗЕРНА (ОБЗОР) (2024)

Перец сладкий (Capsicum annuum L.) овощная культура семейства Solanaceae, значимость которой подтверждается исследованиями в различных социально-экономических сферах. Россия не исключение в представлениях о ценности культуры, что подтверждается внесением перца сладкого в перечень культур, возделывание которых обеспечивает продовольственную безопасность страны. Кроме того, экономической целесообразностью обладает инициатива ведения семеноводства гибридов первого поколения перца сладкого, созданных на основе цитоплазматической мужской стерильности. Это продиктовано рядом преимуществ по сравнению с семеноводством сортов и гибридов, созданных на фертильной основе: снижение трудозатрат, связанных с маркировкой, кастрацией, сортовыми прочистками. Цель исследований изучение потенциальной возможности завязывания качественных семян на высоких порядках ветвления (третий и выше) линии ms Янт 85 в весенней пленочной теплице, что позволит в перспективе рассчитывать на повышение продуктивности и выхода семян с единицы площади. Это подтверждается полученными данными исследования: урожайность по порядкам ветвления, вклад каждого порядка в общую урожайность и качество семян в зависимости от порядка ветвления. Кроме первого (14,9 %) и второго порядков (44,1 %), существенную долю в общую урожайность внесли семена, собранные с третьего (35,0 %) и четвертого (5,3 %) порядков, за счет достаточного количества собранных плодов перца, если говорить о третьем порядке. При анализе крупности семян отмечается тенденция снижения массы 1000 семян с увеличением порядка ветвления в пределах от 7,6 г (на первом порядке) до 6,5 г (на пятом и шестом порядках). Лабораторная всхожесть семян с первого, второго и третьего порядков изменялась незначительно: в пределах 98-100 %.

Исследовательская работа направлена на оценку эффективности внедрения и применения геоинформационных систем в области изучения почвенного плодородия в зоне рисосеяния Краснодарского края. Работа выполнена на основе большого количества данных, полученных при обработке результатов почвенного и агрохимического обследования и показывает широкий спектр возможностей использования современных алгоритмов обработки информации. В ходе исследовательской работы разработаны и опробованы методические подходы к получению растровых картографических материалов. Определён набор программных инструментов, позволяющих осуществить привязку полученных растровых материалов и провести векторизацию данных. Полученный в результате проведённой исследовательской работы композитный слой данных содержит информацию о типах почв и результатах агрохимического состояния этих почв в рамках последнего тура обследования. Это позволило провести статистический анализ набора данных с учётом географического положения участков земель сельскохозяйственных угодий. Статистический анализ показал, что содержание органического вещества в пахотном слое почв имеет ярко выраженную пространственную корреляцию с почвенным типом. Применяемые подходы показали высокую эффективность пространственной и статистической обработки данных в области изучения почвенного плодородия рисовых систем.

По результатам проведенных исследований выявлена пространственная изменчивость агрохимических показателей лугово-черноземной почвы рисовых полей оросительной системы (РОС) отделения № 2 РПЗ «Красноармейский» филиала ФГБНУ «ФНЦ риса». Изучаемые показатели имели разный уровень вариабельности в границах исследуемого участка поля рисового севооборота. Определены коэффициенты вариации четырёх полей рисового севооборота (многолетние травы, рис 1-й год и 3-й год после многолетних трав, озимая пшеница) по наиболее информативным агрохимическим показателям (рНвод, гумус, подвижный фосфор). Согласно полученным данным установлено, что наименьшая вариабельность была по содержанию гумуса в пахотном слое почвы. Коэффициент вариации, в зависимости от поля севооборота, находился в диапазоне от 4,0, до 16,0 %, что говорит о его однородности по содержанию. Обеспеченность почвы исследуемых полей гумусом низкая, согласно градации. Содержание в почве подвижного фосфора изменялось от 2,00 до 9,53 мг/100 г почвы, что указывает на значительное его варьирование в пределах поля рисового севооборота. Наибольшие коэффициенты вариации (41,0 и 21,0 %) отмечены по полям севооборота, где возделывали рис. Высокая вариабельность в границах поля рисового севооборота, свидетельствует о необходимости дифференцированного подхода при разработке системы минерального питания с учетом обеспеченности почвы рисового поля. Поле рисового севооборота (карты № 44-49), где возделывали многолетние травы имело низкую вариабельность по содержанию подвижного фосфора, коэффициент вариации составил 19 %. Обеспеченность была высокой, согласно градации. Определение реакции почвенной среды показало, что она находилась в диапазоне от слабокислой до нейтральной (рНвод 6,36-7,13), коэффициент вариации по полям севооборота был в пределах 2,0-4,0 %, что характеризует его низкую пространственную изменчивость в пределах исследуемых полей. Применение геоинформационной программы QGIS позволило создать тематические картограммы, в основе которых база данных с атрибутивной информацией по наиболее информативным показателям плодородия почвы имеющих географическую привязку.

Рис (Oryza sativa) является одной из важнейших культур в мировом земледелии. Основным рисосеющим субъектом РФ является Краснодарский край с общей площадью под культурой около 125 тыс. га. Учитывая то, что дефицит воды в последние годы в орошаемом землепользовании (рисоводстве) ощущается во многих регионах мира и в частности юга европейской области России, вопрос эффективного использования водных ресурсов в рисоводстве является, несомненно, важным. Ежегодное снижение суммы выпадающих осадков, наблюдаемое с 2019 года, неизбежно ведет к падению уровня воды в реках Кубань, Волга и Дон, увеличивая риск сокращения площадей под рисом и частичную гибель в засушливых регионах. Поэтому необходима оптимизация водного режима с целью эффективного использования сокращающихся ресурсов пресной воды на максимально возможной площади возделывания риса. В обзоре кратко освещены физиологические реакции растения риса на сброс воды на разных этапах роста и развития, знание которых позволит сохранить экологическую стабильность, оптимизировать параметры сортов, обеспечивающие минимальное водопотребление, снизить общие затраты воды за счет сокращения оросительной нормы поливов, снижения слоя и сокращения периода затопления без существенного снижения продуктивности. Однако специфичность биохимического состава зерна, формирующегося в разных условиях водного дефицита, подталкивает к комплексной оценке морфофизиологических признаков, обусловливающих величину урожайности, также сортовые и посевные качества семян в условиях семеноводства, технологические показатели качества зерна.

Важным показателем, характеризующим развитие отечественного овощеводства, является уровень самообеспечения страны овощной продукцией. Овощная промышленность снабжает население такими важнейшими продовольственными продуктами как лук, чеснок, томат, морковь, перец сладкий и др. Роль овощей в продовольственном балансе определяется их значимостью для питания человека, его работоспособности и долголетия. Ценность и незаменимость овощей, в том числе и чеснока, в питании человека заключаются в том, что они являются основными поставщиками витаминов и углеводов, минеральных солей и эфирных масел, фитонцидов и пищевых волокон, необходимых для нормального функционирования организма. В России уровень самообеспеченности по овощам и бахчевым культурам составляет 86,3 %. Общая потребность в чесноке составляет около 300 тыс. т в год, фактическое же производство по всем категориям хозяйств по данным ФАО (2020 г.) составляло 190 тыс. т. В Российской Федерации под чесноком занято 18,5 тыс. га. Посевная площадь под чесноком в хозяйствах всех категорий на протяжении шести лет уменьшилась. Многие фермеры и сельскохозяйственные организации отказываются от выращивания чеснока из-за низкой доходности и трудоемкого процесса. Чеснок пользуется большой популярностью среди хозяйств, где его выращивают на небольших участках без необходимости использования сельскохозяйственной техники. Основное производство чеснока в 2023 году сосредоточено в Северо-Кавказском федеральном округе и объем валового сбора составил 1 712,9 тыс. ц.

Рис является одной из важнейших сельскохозяйственных культур в мировом масштабе. Его производство лежит в основе продовольственной безопасности всех азиатских и многих африканских стран. Глобальные экологические проблемы, такие как рост населения, химическое загрязнение биосферы, дефицит воды для орошения, опустынивание земель и деградация почв привели к необходимости разработки новой экологической стратегии в производстве сельскохозяйственных культур, в том числе в рисоводстве. С этой целью учеными Международного института риса (Филиппины) и Китая был предложен проект «Зеленый супер рис» для реализации в странах Азии и Африки. Он основан на энергосберегающей, ресурсосберегающей и низкозатратной технологии возделывания риса с целью снижения негативного воздействия на окружающую среду при сохранении уровня урожайности культуры. В основе создания новых сортов «Зеленого супер риса» использование достижений в области функциональной геномики риса и генетического разнообразия. Наличие в мировых коллекциях генетических ресурсов риса, обладающих такими хозяйственно ценными признаками как высокая урожайность, отличное качество зерна, устойчивость к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам среды позволило начать реализацию этой программы. Интеграция функциональной геномики и поэтапного фенотипического отбора в стратегию интрогрессивной селекции привела к созданию перспективных высокоурожайных сортов риса для экологически безопасного возделывания культуры, в том числе в стрессовых условиях среды. Проект поддержан международной системой финансирования и находится в стадии внедрения в азиатских и африканских странах. Его реализация будет способствовать решению продовольственной проблемы во многих странах мира, где рис является основным продуктом питания населения.

Целью исследования является идентификация доминантной аллели таргетных генов устойчивости риса к пирикуляриозу (Pi-b, Pi-z, Pi-ta) у 40 сортообразцов риса конкурсного испытания. Выведение сортов, несущих комбинацию генов устойчивости к пирикуляриозу рассматривается как одна из наиболее эффективных стратегий борьбы с заболеванием, поскольку применение фунгицидов является малоэффективным и дорогостоящим методом борьбы с заболеванием. Анализ проводился с помощью молекулярно-генетических методов с применением классического ПЦР и ПЦР в реанальном времени. ПЦР проводили по стандартным методикам с выполнением предварительной оптимизации экспериментальных параметров. Для иденификации гена Pi-b использовали кодоминантный маркер, для генов Pi-z и Pi-ta доминантные. Электрофорез продуктов амплификации проводили в 2 % агарозном геле. Визуализацию результатов электрофоретического разделения продуктов ПЦР проводили на трансиллюминаторе с использованием бромистогоэтидия (BrEtd). В результате проведенной работы выделено 6 сортовых образцов, несущих в себе как минимум один из целевых генов устойчивости к пирикуляриозу. Идентифицировано 2 сортообразца, несущих 2 гена устойчивости: Pi-b и Pi-z; 1 сортообразец несущий доминантную аллель генов Pi-z и Pi-ta. Данные сортовые образцы являются наиболее ценным селекционным материалом. Также было идентифицировано 3 образца с 1 геном устойчивости: 1 сортовой образец доминантная гомозигота по гену Pi-b и 2 сортовых образца с геном Pi-z. Эти сортообразцы в дальнейшем будут использованы в селекционной работе как селекционные ресурсы для создания устойчивых к пирикуляриозу сортов риса.