Предлагаемый проект, является логическим продолжением предыдущих исследований лаборатории, которые были направлены на оптимизацию условий микроклонального размножения редких и исчезающих видов растений яблони Сиверса, яблони Недзвецкого в рамках проекта «Создание in vitro коллекции клеток и тканей редких и исчезающих видов растений для сохранения биоразнообразия», научно-технической программы О.0809 «Создание биобанка микроорганизмов, клеточных культур, геномных и генно-инженерных материалов для сохранения биоразнообразия и обеспечения ресурсной базы биотехнологий» на 2018-2020 гг.

С 2018 по 2020 годы в рамках реализации проекта разработаны протокола микроклонального размножения, на основе него создана коллекция in vitro редких и исчезающих видов M.sieversii и M.niedzwetzkyana на базе РГП «Национальный центр биотехнологии».

Будут использованы результаты по разработке технологии микроклонального размножения M.sieversii и M.niedzwetzkyana (Kakimzhanova, 2017; Kakimzhanova, 2018; Nurtaza, 2019). Использование созданной коллекции in vitro видов растений яблони Сиверса и яблони Недзвецкого позволит эффективно разработать технологии сохранения и воспроизводства на основе криоконсервации.

Таким образом, предлагаемая разработка среднесрочного и долгосрочного хранения исчезающих видов растений M.sieversii и M.niedzwetzkyana на основе in vitro и криоконсервации для сохранения и воспроизводства популяционных видов является принципиально новым подходом в природоохранной деятельности.

Актуальность

Сохранение и поддержание биологического разнообразия является одной из важных задач, стоящих перед мировым сообществом. Многие виды растений сталкиваются с повышенным риском вымирания из-за разрушения среды обитания, чрезмерного сбора, непригодной практики ведения сельского и лесного хозяйства, урбанизации, загрязнения воздуха, почвы и воды, распространения инвазивных чужеродных видов и изменения климата. Одними из таких видов, подвергшихся негативному влиянию, является яблоня  Сиверса и яблоня Недзвецкого, которые раньше произрастали на большей части Илийской долины, где там были огромные яблоневые насаждения (Wang et al., 2015; Ji et al., 2015; Yan et al. 2007).

В настоящее время M.sieversii и M.niedzwetzkyana находятся на грани исчезновения и занесены в Красную книгу Казахстана и Красный список Международного союза охраны природы (МСОП) (http://www.iucnredlist.org/search, Vie J-C, 2009). Численность M.sieversii сокращается с 9,330 гектар в 1959 году до 1,800 гектар в 2005 (Hou et al., 2005). M.sieversii является установленным генетическим предком большинства одомашненных яблонь (Zhang et al., 2015).

Традиционные методы размножения растений позволяют сохранять биоразнообразие и улучшать их качество, однако при таком типе размножения есть ряд недостатков: вероятность сохранения инфекций в полученном материале, длительность процесса, генетическое изменение при половом размножении, высока вероятность получить растение неидентичное исходному дереву. 

Новизна проекта заключается в разработке криобиотехнологии исчезающих видов растений M.sieversii и M.niedzwetzkyana для сохранения и воспроизводства популяционных видов. Будут разработаны 4 технологии среднесрочного и долгосрочного хранения на основе культуры in vitro и криоконсервации M.sieversii и M.niedzwetzkyana. На основе них будет создана коллекция 500 образцов в культуре in vitro и криоколлекция 500 образцов M.sieversii и M.niedzwetzkyana.

Предлагаемая технология среднесрочного и долгосрочного хранения исчезающих видов растений M.sieversii и M.niedzwetzkyana является принципиально новым подходом для восстановления экологически нарушенных экосистем.

Цель

Разработка среднесрочного и долгосрочного хранения исчезающих видов растений яблони Сиверса (M. sieversii) и яблони Недзвецкого (M. niedzwetzkyana) на основе in vitro и криоконсервации для сохранения и воспроизводства популяционных видов.

Ожидаемые результаты

Будут отобраны популяционные виды яблони Сиверса и яблони Недзвецкого. Будет получена асептическая коллекция in vitro из 5 популяционных видов яблони Сиверса и яблони Недзвецкого для сохранения и воспроизводство. Будут микроклонально размножены на специализированных питательных средах 500 клонов яблони Сиверса и яблони Недзвецкого для сохранения и воспроизводство.

Будут разработаны технологии медленного роста в культуре in vitro побегов яблони Сиверса и яблони Недзвецкого. Для этого будут изучены питательные среды, температура, освещение, замедлители роста  для медленного роста побегов в культуре in vitro яблони Сиверса и яблони Недзвецкого. Будут разработаны 2 технологии среднесрочного хранения в культуре in vitro побегов яблони Сиверса и яблони Недзвецкого для сохранения и воспроизводство. Будет создана коллекция 500 образцов (побегов) в культуре in vitro M. sieversii и M. niedzwetzkyana.

Будут разработаны технологии криоконсервации эксплантов. Для этого будут подобраны типы и концентрации криозащитных агентов, скорость охлаждения, виды эксплантов для замораживания и размораживания. Будут изучены питательные среды для жизнеспособности эксплантов после криоконсервации. Будут разработаны 2 технологии долгосрочного хранения эксплантов яблони Сиверса и яблони Недзвецкого на основе криоконсервации для сохранения и воспроизводство. Будет создана криоколлекция 500 образцов (эксплантов) M. sieversii и M. niedzwetzkyana.

Руководитель проекта 

Кабиева Салтанат Жумабаевна. Старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии и селекции растений, кандидат биологических наук. Индекса Хирша 1.  (https://www.scopus.com/results/authorNames List.uri?origin). Направления работы в проекте: Общее руководство проектом. Отбор и введение в культуру in vitro эксплантов яблони Сиверса и яблони Недзвецкого.

Члены исследовательской группы

Какимжанова Алмагуль Апсаламовна, доктор биологических наук. Индекс Хирша: 2 (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56031411400). Направления работы в проекте: Консультация проектом. Разработка технологии долгосрочного хранения эксплантов яблони Сиверса и яблони Недзвецкого на основе криоконсервации. Статистика.

Нұртаза Айдана Серікболқызы, 1992 г.р., младший научный сотрудник (МНС), докторант 3-го года (ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2018-2021), магистр биологии, стажировалась в Италии и Польше: имеет 17 научных трудов в области биотехнологии растений, в том числе 5 статей (2 статьи в зарубежных рецензируемых журналах с высоким импакт-фактором, 3 статей в журналах, рекомендованных ККСОН МОН РК). Направления работы в проекте: Разработка технологии среднесрочного хранения в культуре in vitro побегов яблони Сиверса и яблони Недзвецкого. Микроклональное размножение клонов.

Публикации и охранные документы по теме проекта

1. Ospanova A., Anuarova L., Spanbayev A., Sharipova A., Gabdulkhayeva B., Zhumabekova, Darzhuman G., Tulegenova Zh., Kabieva S., Bairmurat K. Fungal pathogens of shrubs in industrial cities // Journal of Plant Diseases and Protection (2018), (67%по CiteScore в базе Scopus, IF 1,5 по Web of Science), doi: 10.1007/ s41348 – 017 – 0094 – 8 (IF –1.5, Q3, Web of Science,) 
2. Ospanova A., Anuarova L., Shapalov S., Gabdulkhayeva B., Kabieva S., Baidalinova B.,  Maui A. Fungal Pathogens Found in Tissues of Herbaceous Plants Growing in the Yereymentau District, Akmola Region // Saudi Journal of Biological Sciences. (90% по CiteScore в базе Scopus, IF 2,8 по Web of Science). https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.08.031. AcceptedDate: 18 August 2020.
3. Ospanova A., Anuarova L., Spanbayev A., Tulegenova Zh., Yechshzhanov T., Shapalov Sh., Gabdulkhayeva B., Zhumabekova B., Kabieva S., Baidalinova B.Cytospora Cankers on Tree Plants in Urban Areas (Karaganda, Astana, Pavlodar) of Central and Northern Kazakhstan // Ekoloji  journal 27(106):63-69. 2018. (8% по CiteScore в базе Scopus, IF 0,2 по Web of Science). https://www. researchgate.net/ publication/ 329800618
4. Kakimzhanova A., Karimova V., Nurtaza A. Commercialization of the technology of microclonal propagation of tree plants for industrial use for greening in cities Journal of Biotechnology. Volume 256, Supplement30, 2017, Page S 107. http://www.sciencom/science/article/pii/S0168165617314621 (IF 2.53, Q1, Web of Science).
5. Kakimzhanova A., Nurtaza A., Magzumova G., Zhanybekova Zh., Yessimseitova A., Karimova V., Zhagipar F. Development of the technology for conservation of decorative and rare species of Malus Niedzwetzkyana // Journal of Biotechnology. Volume 280, Supplement30, 2018, Page S 88. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2018.06.288 (IF 2.53, Q1, Web of Science).
6. Nurtaza A.S., Magzumova G.K., Yessimseitova A., Dyussembekova D.A., Baktybay B., Turganbayeva A.K., Kakimzhanova A.A. Propagation and conservation of rare and endangered Malus Niedzwetzkyana by using micropropagation // Eurasian journal of applied biotechnology, Nur-Sultan. – 2019. – №2. – P.123-134. ISSN: 2617-1139.
7. Kakimzhanova A.A., Zhagipar F.S., Naziran F., Karimova V.K., Nurtaza A.S. Optimization of microclonal propagation conditions for increasing the multiplication factor of poplar microshoots // Научныйжурнал«ВестникЕвразийскогонациональногоуниверситетаимениЛ.Н.Гумилева». №1 (126). 2019. – С. 57-65. doi: 10.32523/2616-7034-2019-126-1-57-65.
8. Yessimseitova A., Zhanybekova Zh., Muranets A., Tassova A., Kakimzhanova A. DNA-genotyping of plant populations using universal markers ITS and rbcL // Journal of Biotechnology. Volume 256, Supplement 30, 2017, Page S 108. http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0168165617314657 (IF 2.53, Q 1, Web of Science).
9. Nurtaza A.S., Karimova V.K., Kakimzhanova A.A. Optimization of cultivation for micropropagation poplar (Populus) // Biotechnologies in comprehensive regional development: International research workshop conference. – Moscow, 2016. – P.168-169.
10. Нұртаза А.С., Магзумова Г.К., Мергалимова А.И., Какимжанова А.А. Введение в культуру in vitro исчезающего вида яблони Недзвецкого (Malus Niedzwetzkyana) // Вестник ПГУ. Химико-биологическая серия. №1. 2018. – С. 122-131. ISSN 1811-184X.
11. Магзумова Г.К., Ералинов А.Б., Какимжанова А.А. Подбор условий криоконсервации для генотипов картофеля // Вестник КазНУ имени аль-Фараби. Серия Биологическая. – – №1 (60). — С. 282-285. ISSN 1563-0218.
12. Kakimzhanova A.A., Karimova V.K., Nurtaza A.S. Creation of production for obtaining of landing material of poplar by using microclonal propagation Proceedings of the 4-th International conference «Plant genetics, genomics, bioinformatics and biotechnology» (PlantGen2017). Almaty, 2017. – P.18 
13. Каримова В.К., Магзумова Г.К., Какимжанова А.А. Подбор условий культивирования для введения in vitro тополя серебристого (Populus alba L.) и тополя болле (Populus bolleana L.) // Биотехнология: Теория и практика. – 2015. – №1. – С.54-63. ISSN 2617-1147.
14. Zhanybekova Zh.T., Imanbekova M., Aitkulova A.M., Zholdybayeva E.V., Rakhimbayeva D.D., Kakimzhanova A.A. Molecular-genetic identification of causal agents of fungal diseases on potato and tomato collected under production storage // Eurasian journal of applied biotechnology, Nur-Sultan. – 2019. – №2. – P.135-144. ISSN: 2617-1139.
15. Есимсеитова А.К., Жаныбекова Ж.Т., Муранец А.П., Тасова А.С., Щевцов А.Б., Жалмаканова Ж.Ж., Какимжанова А.А. Видоидентификация и филогенетический анализ флоры растений национальных парков «Баянаульский» и «Бурабай» с использованием ITS // Вестник КазНУ имени Аль-Фараби. Серия биологическая. №1 (74). 2018. – С.20-30. ISSN:1563-0218.
16. Патент №2022 от 31.01.2017 «Способ клонального микроразмножения посадочного материала тополя серебристого и тополя Болле». Авторы: Какимжанова А.А., Каримова В.К., Нуртаза А.С., Магзумова Г.К., Раманкулов Е.М.
17. Патент №31336 от 20.06.2016 «Способ создания устойчивых к фитофторозу форм картофеля». Авторы: Какимжанова А.А., Хусанбаева А.Н., Нечай Н.Л., Есимсеитова А.К., Каримова В.К., Магзумова Г.К., Раманкулов Е.М.
18. Инновационный патент №26197 от 04.10.2012 «Способ оценки клубней картофеля на устойчивость к фузариозу». Авторы: Какимжанова А.А., Каримова В.К., Рахимжанова А.О., Магзумова Г.К., Раманкулов Е.М.