Актуальность

В настоящее время антропогенное воздействие на биосферу приобрело глобальный характер. Наиболее часто угрозе исчезновения подвергаются эндемичные виды растений. Казахстан является ключевым центром распространения тюльпанов в мире, в Северном и Центральном Казахстане произрастает 9 видов тюльпанов, из которых 2 являются эндемиками: Tulipa auliekolica, Tulipa turgaica. Сохранение этих видов является серьезной проблемой, для решения которой предлагается использование методов биотехнологии, связанных с сохранением и размножением в культуре in vitro.

Цель проекта

Разработать современные биотехнологические подходы для сохранения биоразнообразия мало изученных эндемичных тюльпанов (T.auliekolica, T.turgaica) Северного и Центрального Казахстана.

Ожидаемые результаты

В результате проведенных исследований будут получены новые знания о местах естественного произрастания и морфологии слабо изученных эндемичных видов Tulipa sp Северного и Центрального Казахстана.

• Будут разработаны высокоэффективные системы сохранения и размножения слабо изученных эндемичных видов тюльпанов Казахстана в условиях in vitro.
• Будут изучены процессы морфогенеза и органогенеза у различных типов эксплантов T.auliekolica, T.turgaica в культуре in vitro, а также впервые будет создана коллекция in vitro эндемичных видов Tulipa sp. Северного и Центрального Казахстана.
• Будут исследованы генетическое разнообразие эндемичных видов тюльпанов, а также генетическая однородность клонированных растений с использованием современных маркерных систем.

Руководитель проекта

Нагметова Г.Ж. доктор философии (PhD) Индекс Хирша — 1 ResearcherID: N-9822-2017 Scopus AuthorID: 57218566741 ORCID: 0000-0002-1848-6489

Члены исследовательской группы

Тагиманова Дамеля Сеитовна, магистр, Индекс Хирша: 1; Researcher ID: AGH-1325-2022; ORCID: 0000-0002-9020-4247; Scopus Author ID: 57194835810

Райзер Олеся Борисовна, магистр, Индекс Хирша: 2; Researcher ID: Q-5108-2017; ORCID: 0000-0003-0754-3342; Scopus Author ID: 14827061500

Кубентаев Серик Аргынбекович, доктор философии (PhD), Индекс Хирша – 2; Scopus Author ID: 57207908964; ORCID: 0000-0002-0369-0591

Шевцов Владислав Александрович, магистр, Индекс Хирша – 3; ORCID: 0000-0001-6202-2123;  Scopus ID: 57216896596

Туменбаева Асем Рыскулбековна, магистр, Индекс Хирша – 2; Scopus Author ID: 57216894029; ORCID: 0000-0001-6360-1936

Магзумова Сауле Маратовна, магистр, Индекс Хирша – 0; Reseаrcher ID: АCC-8052-2022 ОRCID: 0000-0002-4346-4919

Публикации научного руководителя и исследовательской группы

1. Nagmetova, G.; Berthold-Pluta, A.; Garbowska, M.; Kurmanbayev, A.; Stasiak-Różańska, L. Antibacterial Activity of Biocellulose with Oregano Essential Oil against Cronobacter Strains. Polymers 2020, 12, 1647. https://doi.org/10.3390/polym12081647
2. Nagmetova, G., Berdimuratova, K., Amirgazin, A., Shevtsov, V., Ismailova, A., Ramankulov, Y., Kurmanbayev, A. (2020). Draft Genome Sequence of a Potential Commercial Biocellulose Producer, Strain Komagataeibacter europaeus GH1. Microbiology Resource Announcements, 9(42). doi:10.1128/mra.00963-20
3. Niyazbekova Zh.T., Nagmetova G.Zh., Kurmanbayev A.A. An overview of bacterial cellulose applications // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2018. – № 2. – P. 17-25. https://doi.org/10.11134/btp.2.2018.3
4. Nagmetova G.Zh., Kurmanbayev A.A. Isolation and identification of bacterial cellulose producers to obtain a biotechnological product promising for medicine and biotechnology // Eurasian journal of Applied Biotechnology. – 2019. – № 2. – Р. 116-122. https://doi.org/10.11134/btp.2.2019.11
5. Тurzhanova, A., Khapilina, O.N., Tumenbayeva, A., Shevtsov, V., Raiser, O., Kalendar, R. Genetic diversity of Alternaria species associated with black point in wheat grains (2020) PeerJ, 2020 (3), e9097. https://doi.org/10.7717/peerj.9097
6. Raiser O.B., Khapilina O.N. Culture in vitro of rare and endemic species of Allium (A. ledebourianum, A. altaicum), 2020. 2nd International Scientific Conference «Plants and Microbes: the Future of Biotechnology». DOI: 10.28983/PLAMIC2020.204
7. Khapilina O.N., Turzhanova A.S., Shevtsov V.A., Tumenbaeva A.R., Raiser O.B., Tagimanova D.S., Kalendar R.N. The study of genetic polymorphism of fungal pathogens using iPBS assays// Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2020. — №1. – Р. 61-69. DOI: 10.11134/btp.1.2020.6
8. Мaгзумoвa С.М. Регенерaция и рaзмнoжение лукa мелкoсетчaтoгo Allium microdictyon в услoвиях in vitro // Мaт.межд.нaучнoй кoнференции студентoв и мoлoдых ученых «Фaрaби Əлемі». – Aлмaты, 2020. – С.67.
9. Рaйзер O.Б., Мaгзумoвa С.М. Oптимизaция культивирoвaния in vitro редких и эндемичных видoв лукa (A. ledebourianum, A. altaicum) // Мaт.межд.нaучнoй кoнференции студентoв и мoлoдых ученых «Фaрaби Əлемі». – Aлмaты, 2020. – С.77.
10. Novakovskaya AP, Raizer OB, Danilova AN, Khapilina ON. In vitro cultivation of rare and endemic Allium sp. species // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2018. DOI: 10.11134/btp.2.2018.6
11. Kalendar RN, Aizharkyn KS, Khapilina ON, Amenov AA, Tagimanova DS 2017. Plant diversity and transcriptional variability assessed by retrotransposon-based molecular markers. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 21(1): 128-134. https://doi.org/10.18699/VJ17.231
12. Tagimanova DS, KhapilinaO., AmenovA., DanilovaA., Kalendar R. Genetic diversity of Rhodiola sp. in Altai as assessed by intron polymorphism markers// Eurasian Journal of Applied Biotechnology – 2017.-№2. — DOI: 10.11134/btp.2.2017.6
13. Tagimanova DS, Khapilina ON, Amenov AA, Kalendar RN 2016. Экстрaкция ДНК из гербaрных oбрaзцoв рoдиoлы рoзoвoй (Rhodiola rosea). Eurasian Journal of Applied Biotechnology, 3: 51-56. DOI:10.11134/btp.3.2016.6
14. Пaтент нa пoлезную мoдель №3755 «Спoсoб пoлучения рaстений лукa aлтaйскoгo в услoвиях in vitro» // Хaпилинa O.Н., Рaйзер O.Б., Кoтухoв Ю.A., Дaнилoвa A.Н., Нoвaкoвскaя A.П., Рaмaнкулoв Е.М. — Пaтентooблaдaтель: РГП «Нaциoнaльный центр биoтехнoлoгии» КН МOН РК. – oпубл.07.03.2019, Бюл. №10 https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/Details?docNumber=300873

Результаты за 2023 г.

Проведён сбор исходного материала эндемичных видов тюльпанов северного и Центрального Казахстана (T.auliekolica, T.turgaica) для введения в культуру in vitro. С этой целью были организованы экспедиционные выезды на территорию Северного и Центрального Казахстана (маршрут экспедиции: Астана-Астраханка-Атбасар-Костанай-Наурызым-Торгай-Амангельды-Аркалык-Астана). В результате были выявлены две природные популяции T. turgaica и одна популяция T. auliekolica. В период экспедиции проведен сбор семян и луковиц эндемичных видов тюльпанов для введения в культуру in vitro. Нуклеотидные последовательности ITS, matK, rbcl видов T. auliekolica, T.turgaica исследованы и депонированы в глобальную систему данных NCBI. Получены инвентарные номера для последовательностей ITS регионов исследуемых видов тюльпанов (OR634830, OR634831 OR634833).

Проведено введение в культуру in vitro эндемичных видов тюльпанов T. auliekolica, T.turgaica. Для введения в культуру in vitro в качестве исходного материала использовали зрелые семена, луковицы и семяпочки. Были оптимизированы этапы стратификации и стерилизации эксплантов. В присутствии регуляторов роста: БАП (5-10 мг/л), НУК (1 мг/л) и 2,4 Д (5-10 мг/л) были получены первичные культуры обоих видов тюльпанов in vitro. Получены стерильные проростки тюльпана из семян на среде МС, дополненной 6-БАП в концентрации 0,5 мг/л и НУК 0,2 мг/л. При использовании сегментов луковичных чешуй оптимальной является среда МС с добавлением ZEA и НУК в соотношении 3:1. На начальном этапе морфогенеза происходит увеличение размера кроющей чешуи проростков, которая приобретает характер полого мешка. В результате этого процесса на внутренней поверхности чешуи формируется несколько адвентивных почек, которые впоследствии развиваются в листовые структуры, достигая длины от 15 до 20 миллиметров. Среднее число побегов на один проросток составило 3-4 шт. Параллельно с процессами роста микропобегов, наблюдали образование плотного каллуса.