Өзектілігі

Құрғақшылық – табиғи климаттық құбылыс, бірақ климаттың өзгеруі мен жаһандық температураның көтерілуіне байланысты құрғақшылықтың жиілігі мен қарқындылығы артады деп күтілуде. Құрғақшылыққа төзімділік өсімдіктер үшін, әсіресе ауыл шаруашылығында, өте маңызды қасиет болып табылады, өйткені судың жетіспеушілігі егін өнімділігіне айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Өзгеріп жатқан климат жағдайында азық-түлік өндірісін қамтамасыз ету үшін құрғақшылыққа төзімділігі жоғары дақылдарды дамыту қажет. Құрғақшылыққа төзімділік селекциясын жеделдету үшін өсімдіктердің құрғақшылыққа жауап беруінің физиологиялық және генетикалық негіздерін түсіну өте маңызды. Алайда, құрғақшылыққа төзімділік – бірнеше генетикалық локустармен реттелетін және қоршаған орта факторларына тәуелді күрделі сандық қасиет.

Өсімдіктерді сұрыптау тұрғысынан алғанда, зерттеушілер мен селекционерлер жаңа сорттардағы қажетті қасиеттерді жақсарту үшін генетикалық қордағы белгілі бір аллельдерді анықтап, пайдалануға тырысады. Мақтаның генетикалық ресурстары қоршаған орта мен климаттың өзгеруіне бейімделген жоғары сапалы генетикалық материалды сұрыптау үшін пайдалы аллельдерді қамтиды. Алайда, қолжетімді үлгілер мен линиялар дәстүрлі түрде фенотиптік сипаттамалар негізінде бағаланып келген, бірақ фенотиптік талдау визуалды бақылау мен өлшеулерді жүргізу үшін қажет уақыт, шығын және кеңістік шектеулеріне байланысты шектеулі болып табылады.

Геномдық байланыс зерттеуі (GWAS) – генетикада генетикалық варианттар мен нақты қасиеттер немесе фенотиптер арасындағы байланысты анықтауда тиімді әдіс болып табылады. Егер бұл әдіс ауылшаруашылық дақылдарының жергілікті сорттарын зерттеуде қолданылса, онда GWAS маңызды қасиеттердің генетикалық негіздерін түсінуге құнды мәліметтер береді.

Бұл жобаның ғылыми жаңалығы оның қазіргі заманға сай тәсілінде, үш негізгі аспектіні қамтитындығында жатыр. Біріншіден, жоба Қазақстандағы мақта коллекциясындағы 288 түрді далалық және зертханалық жағдайларда құрғақшылыққа төзімділігіне қарай сүзгілеуді және жіктеуді мақсат етеді. Екіншіден, жоба Қазақстан коллекциясындағы мақта түрлерінің генетикалық әртүрлілігін, популяциялық құрылымын және филогенетикалық талдауын зерттеуді, сондай-ақ жоғары өнімді генотиптеу массивтерін қолдануды қамтиды. Соңында, жоба құрғақшылыққа төзімділікпен байланысты қасиеттерге айтарлықтай әсер ететін SNP маркерлерін анықтауды мақсат етеді.

Мақсаты

• Зерттеу үшін биологиялық материалды және SNP маркерлерін таңдау.
• Фенотиптік деректерді алу және биоинформатикалық талдау.
• Мақта үлгілерін генотиптеу.
• Фенотиптеу деректерін биоинформатикалық талдау.
• Жоба ғылыми жарияланымдардың дизайнымен және құрғақшылық аймақтарында құрғақшылыққа төзімді мақта үлгілерін геномдық сұрыптаудың тиімділігін арттыру жөніндегі ұсыныс хатпен аяқталады.

Күтілетін нәтижелер

Жобаның мақсаттарына негізделген негізгі күтілетін нәтижелер:

• Құрғақшылыққа төзімділік қасиеттері бойынша фенотиптік деректер нәтижелеріне сүйене отырып, Қазақстан коллекциясындағы үлгілер құрғақшылыққа төзімділік бойынша кластерлерге бөлінеді, олар: жоғары төзімді, орташа төзімді, сезімтал және жоғары сезімтал генотиптер. Құрғақшылыққа ең төзімді генотиптер соңында құрғақшылық аймақтарында сұрыптау үшін ұсынылатын болады.
• SNP маркерлері арқылы түрлерді генотиптеу деректеріне негізделген генетикалық әртүрлілік, популяциялық құрылым және филогенетикалық қатынас анықталып, түсіндірілетін болады.
• Мақта түрлерінен алынған фенотиптік және генотиптік деректер GWAS әдісі арқылы маркер-қасиет байланыстарын анықтау үшін бағаланады.
• Жоба талаптарына сәйкес ғылыми мақалалар жарияланатын болады.

Жоба жетекшісі

Түсіпқан Д., PhD, H-индекс 4. Автордың Scopus идентификаторы: 57218999913; https://orcid.org/0000-0003-1337-2834.

Зерттеу тобының мүшелері

Түсіпқан Ділнұр — Ауылшаруашылық генетикасы мен селекциясы мамандығы бойынша PhD, жетекші ғылыми қызметкер, Биотехнология ұлттық орталығы, Астана, Қазақстан. Researcher ID: AAQ-6368-2021, ORCID ID: 0000-0003-1337-2834, Scopus ID: 5721899991

Манабаева Шұға Асқарқызы — Биология ғылымдары бойынша PhD, Өсімдіктердің генетикалық инженериясы зертханасының меңгерушісі, Биотехнология ұлттық орталығы, Астана, Қазақстан. h-index 5; Researcher ID: A-2529-2015, ORCID: 0000-0001-7884-1713, Scopus Author ID: 55615915000

Махмаджанов Сабир Партович — Ауылшаруашылық ғылымдары бойынша PhD, «Мақта және бақша шаруашылығының ауылшаруашылық тәжірибе станциясы» өсімдік сорттарын ауыстыру және бейімдеу бөлімінің меңгерушісі, Атакент ауылы, Мақтаарал ауданы, Түркістан облысы, Қазақстан. ORCID: 0000-0001-5623-0591, Scopus author ID: 57809032800

Тохетова Лаура Ануарқызы — Ауылшаруашылық ғылымдары докторы, «Мақта және бақша шаруашылығының ауылшаруашылық тәжірибе станциясы» – жетекші ғылыми қызметкері, Атакент ауылы, Мақтаарал ауданы, Түркістан облысы, Қазақстан. ResearcherID: ААС-6892-2021, ORCID: 0000-0003-2053-6956, Scopus author ID: 55601836700

Рахимжанова Айжан Осербаевна — Техника және технология магистрі, ғылыми қызметкер, Биотехнология ұлттық орталығы, Астана, Қазақстан. Researcher ID: ABI-1883-2020, ORCID: 0000-0002-4799-436X Scopus author ID: 57217680399

Рамазанова Малика Баглановна — Жаратылыстану ғылымдарының магистрі, кіші ғылыми қызметкер, Биотехнология ұлттық орталығы, Астана, Қазақстан. ORCID: 0000-0003-4994-2202, Scopus Author ID: 57226155889

Жұмабай Нұрбек Болатұлы — Жаратылыстану ғылымдарының магистранты, зертханашы, Биотехнология ұлттық орталығы, Астана, Қазақстан.

Өркен Айсулу — Биология ғылымдарының магистранты, зертханашы, Биотехнология ұлттық орталығы, Астана, Қазақстан.

Жоба басшысының және зерттеу тобы мүшелерінің жарияланымдары мен қорғау құжаттары

1. Dilnur Tussipkan, Vladislav Shevtsov, Malika Ramazanova, Aizhan Rakhimzhanova, Alexandr Shevtsov, and Shuga Manabayeva. Kazakhstan Tulips: Comparative Analysis of Complete Chloroplast Genomes of Four Local and Endangered Species of the Genus Tulipa L. Frontiers in Plant Science. DOI: 10.3389/fpls.2024.1433253, Volume 15 – 2024. Percentile in Scopus: 88%, 61/516-Plant Science; H-index: 216, Quartiles in Quartiles in Web of Science: Q1, Impact Factor in 2024: 4.1
2. GUBAIDULLIN, N., KALI, B., TUSSIPKAN, D., & MANABAYEVA, S. A. (2024). A promising strategy for conservation of endemic plant Euonymus koopmannii. Biodiversitas Journal of Biological Diversity, 25(7). Percentile in Scopus: 64; H-index: 27, Quartiles in Quartiles in Web of Science: Q3, Impact Factor in 2024: 1; Page 3114-3120.
3. Kali, B.; Bekkuzhina, S.; Tussipkan, D., Manabayeva, S. A First Approach for the In Vitro Cultivation, Storage, and DNA Barcoding of the Endangered Endemic Species Euonymus koopmannii. Plants 2024, 13, 2174. https://doi.org/10.3390/plants13162174, Percentile in Scopus: 86%, 96/721; H-index: 92, Quartiles in Quartiles in Web of Science: Q1, Impact Factor in 2024: 4, Page 1-15.
4. Sutula, Maxim, Ayan Kakanay, Dilnur Tussipkan, Samatulla Dzhumanov, and Shuga Manabayeva. 2024. “Phylogenetic Analysis of Rare and Endangered Tulipa Species (Liliaceae) of Kazakhstan Based on Universal Barcoding Markers” Biology 13, no. 6: 365. https://doi.org/10.3390/biology13060365; Percentile in Scopus: 85%, 33/221; H-index: 75, Quartiles in Quartiles in Web of Science: Q2, Impact Factor in 2024: 3.6, Page 1-17.
5. Abeuova L., Kali B., Tussipkan D., Akhmetollayeva A., Ramankulov Y., Manabayeva S. A. CRISPR/Cas9-mediated multiple guide RNA-targeted mutagenesis in the potato. Transgenic Research, 2023-06-18, journal-article, DOI: 10.1007/s11248-023-00356-8, Part of ISSN: 0962-8819, Percentile in Scopus: 94%, 27/456 , H-index: 89, Quartiles in Web of Science: Q3, Impact Factor in 2023: 3.145. Page 1-15.
6. Amirgazin A., Shevtsov V., Tussipkan D., Lutsay V., Ramankulov Y., Shevtsov A., and Manabayeva S. A, 2023, Characterization of the complete mitochondrial genome of the Indian crested porcupine (Hystrix indica). Animal Gene, 2023-03, journal-article, DOI:10.1016/j.angen. 2022.200144, Part of ISSN: 2352-4065, Percentile in Scopus: not applicable, H-index: 2, Quartiles in the DJR: Q4, Impact Factor in 2023: 1.21.
7. Tussipkan D. and Manabayeva S. A., 2022, Alfalfa (Medicago Sativa L.): Genotypic Diversity and Transgenic Alfalfa for Phytoremediation. Frontiers in Environmental Science, journal- article, Vol. 10, article number 828257, DOI: 10.3389/fenvs.2022.828257, Part of ISSN: 2296-665X, Percentile in Scopus: 78 (2022), Quartiles in Web of Science: Q2, H-index: 67, Impact Factor: 5.411. Scimago Journal & Country Rank: Q1.
8. Tussipkan D. and Manabayeva S. A. 2021, Employing CRISPR/Cas Technology for the Improvement of Potato and Other Tuber Crops. Frontiers in Plant Science, 2021-10-26, journal-article, Vol.12, article number 747476, DOI: 10.3389/fpls.2021.747476, Part of ISSN: 1664-462X, Percentile in Scopus: 88%, 54/487, H-index: 187, Quartiles in Quartiles in Web of Science: Q1, Impact Factor in 2023: 6.627, Page 1-16.
9. Qiu C. S., Stybayev G., Wang Y.., Begalina A., Hua L., Aliya Baitelenova, Guo Yuan, Arystangulov S., Hua K., Kipshakpayeva G., Zhao X. and Tussipkan D. Flax Varieties Experimental Report in Kazakhstan in 2019. Journal of Natural Fibers, 2020, Vol. 19, issue 6, page: 2356-2365 DOI: 10.1080/15440478.2020.1813674, Part of ISSN: 1544046X 15440478, Percentile in Scopus: 68%, 48/150, H-index: 47, Quartiles in the Web of Science: Q1, Impact Factor in 2023: 3.507.
10. Tussipkan D. Peng Zh., Pan Zh., Palanga K. K., Jia Y., Gong W. and Du X. Association Analysis of Salt Tolerance in Asiatic cotton (Gossypium arboretum) with SNP Marker //International Journal of Molecular Sciences, 2019-05-01, journal-article, Vol. 20, issue 9, article number 2168, DOI: 10.3390/ijms20092168, Part of ISSN: 1422-0067, Percentile in Scopus: 87%, 10/78, H-index: 230, Quartiles in Web of Science Q1, Impact Factor in 2023: 6.208.
11. Palanga. K.K., Muhammad J., Harun O. R., Gong J.W., Li J.W., Muhammad S., Iqbal, Liu A., Shang H., Shi Y., Chen T., Ge Q., Zhang Zh., Tussipkan D., Li W., Li P., GongW., and Yuan Y. Quantitative Trait Locus Mapping for Verticillium wilt Resistance in an Upland Cotton Recombinant Inbred Line Using SNP-Based High Density Genetic Map.  Frontiers in Plant Science, 2017-04-05, journal-article, Vol.8, article number 382, DOI: 10.3389/fpls.2017.00382, Part of ISSN: 1664-462X, Percentile in Scopus: 88%, 54/487, H-index: 187, Quartiles in Web of Science: Q1, Impact Factor in 2023: 6.627.
12. Makhmadzhanov S. P., Daurenbek N.M., Tagayev А.М., Asabaev B.S., Kostak О. А. Technological properties of indoselected samples of cotton varieties M-4011, M-4017 // Scientific and practical journal “Science and education” periodical publication of the Zhangir Khan West Kazakhstan Agricultural-Technical University of the MA RK. – Uralsk. – 2022. – № 2-1 (67). – С.140-149.DOI 10.56339/2305-9397-2022-1-2-140-149 (In Russian)
13. Makhmadzhanov S. P., Daurenbek N.M., Asabaev B.S. Achievements of cotton selection in Kazakhstan //Science bulletin of S.Seifullin Kazakh Agrotechnical University.. – Nur-Sultan. – 2022. – № 2(113) 1часть. – С.136-144.DOI: 10.1007/s13593-015-0313-2 (In Russian)
14. Makhmadjanov, S.P., Tokhetova, L.A., Daurenbek, N.M., Tagaev, A.M., Kostakov, A.K. Cotton Advanced Lines Assessment in The Southern Region Of Kazakhstan (2023) Sabrao Journal of Breeding and Genetics, 55 (2), Page. 279-290.
15. A. Amalova, S. Abugalieva, V. Chudinov, G. Sereda, L. Tokhetova, A. Abdikhalyk and Y. Turuspekov. QTL mapping of agronomic traits in wheat using the UK Avalon × Cadenza reference mapping population grown in Kazakhstan. PeerJ, Vol.9. Page 1-25. doi: 10.7717/peerj.10733.
16. L. A. Tokhetova, S. I. Umirzakov, R. D. Nurymova, B. K. Baizhanova and G. B. Akhmedov. Analysis of Economic-Biological Traits of Hull-Less Barley and Creation of Source Material for Resistance to Environmental Stress Factors. International Journal of Agronomy, 2020, Vol.2020, DOI 10.1155/2020/8847753.
17. Karpova, O., Alexandrova A., Nargilova R., Ramazanova M., Kryldakov R., Iskakov B. ATDREB2A gene expression under control of the inducible promoter and virus 5’-untranslated regions improves tolerance to salinity in Nicotiana tabacum. International Journal of Biology and Biomedical Engineering, 2021-07-19, journal-article, DOI: 10.46300/91011.2021.15.32, Part of ISSN: 19984510, H-index:8, Quartiles in Scopus: Q4, Impact Factor in 2023: 0.14. Page 260–274.

Негізгі нәтижелер

2024 жылы

Эксперимент үшін Қазақстан коллекциясындағы G.hirsutum 288 үлгілер тұқымы «Мақта және бақша шаруашылығының ауылшаруашылық тәжірибе станциясы» ЖШС-нен іріктеліп алынып, далалық және зертхналық зерттеулерде қолданылды. Үлгілер Axiom Cotton Genotyping Array массиві көмегімен генотиптеледі, жалпы саны 35 550 SNP маркерлер таңдап алынды. Оның ішінде: 30264 – ішкі спецификалық маркерлер; 7392 маркер – шектеу учаскесін сақтауға негізделген маркерлер; 5286 маркер – G. hirsutum және G. barbadense спецификалық жиынынан алынған маркерлер қамтылған. Сонымен қоса, Probe Set ID, Affy SNP ID, маркерлердің сиквенсі, 3’®5′ немесе 5’®3′ бағыттары, Allele A, Allele B, және cust_id қатарлы негізгі ақпаратар толығымен алынды.

2024 жылғы жұмыс жоспары бойынша фенотиптік деректер зертханалық және далалық жағдайда алынды. Зертханалық жағдайда, мақта үлгілері 0 % (бақылыу), 5 %, 10 %, 20 %, 30 %, және 40 %-тік құрғақшылық стрессі ретінде полиэтиленгликоль 6000-да (PEG 6000) өсіріліді. Зерттеу нәтижесінде 20% және 30% PEG 6000 қолайлы деп танылды. Тұқымның өну пайызы (GP), гипокотиль ұзындығы мен ені (HL және HW), салмағы (FW), өсімдік биіктігі (PH), өркеннің құрғақ заты (SDM), тамырдың құрғақ заты (RDM), хлорофилл мөлшері (ChlC), метилендиоксиамфетамин (MDA) және су мөлшері (WC) жайында фенотиптік деректер алынды. Алғашқы деректерді биоинформатикалық талдау нәтижесі бойынша үлгілердегі тұқымның өну пайызы бақылау жағдайында 95±2,24% көрсетті. Стресс жағдайында алынған мәліметтер бақылау жағдайымен салыстырылды. 5% PEG 6000 стресс жағдайында 86,7±2,11% өнімділік көрсетіп, өнім мөлшері 8,3% төмендеді. 10% PEG 6000 стресс жағдайында 78,3±7% өнімділік көрсетіп, өнім мөлшері 16,7% төмендеді. 20% PEG 6000 стресс жағдайында 86,7±2,11% өнімділік көрсетіп, өнім мөлшері 8,3% төмендеді. 30% PEG 6000 стресс жағдайында 76,7±3,3 % өнімділік көрсетіп, өнім мөлшері 16,7 % төмендеді. 40% PEG 6000 стресс жағдайында 61,7 % өнімділік көрсетіп, 33,3 % азайғанын көруге болады.

Далалық жағдайда фенотиптік деректер алынып, алғашқы деректерді биоинформатикалық талдау нәтижесі бойынша 288 үлгі төрт кластерге жіктелді. 40 үлгі 8,2-49,7% өнімділік көрсетіп, жоғары сезімтал топқа; 60 үлгі 50,2-69,9% өнімділік көрсетіп, сезімтал топқа; 59 үлгі 71,0-89,6 % өнімділік көрсетіп, орташа төзімді топқа; 129 үлгі 90,8-100,0 % өнімділік көрсетіп, жағары төзімді топқа жіктелді.