Проблема сохранения и рационального использования биоразнообразия является актуальной в связи с растущими изменениями климата и антропогенным воздействием на экосистемы. Ратификация Казахстаном в 1994 г. Конвенции о биологическом разнообразии накладывает обязательства по сохранению генетического, видового и экосистемного разнообразия.
Исследования современного состояния флоры Казахстана проводятся только с использованием классических ботанических подходов. Современные технологии геномики, популяционной генетики, ДНК-штрихкодирования недостаточно широко применяются при исследовании биоразнообразия флоры. Значительная часть видов растений остается недостаточно изученной.
Cуществует множество нерешенных вопросов, связанных с выполнением обязательств в реализации Конвенции о биоразнообразии. Казахстанские растения не внесены в список исчезающих видов МСОП, не выполняются задачи по созданию доступных баз данных растений и их взаимодействии с Глобальным информационным фондом биоразнообразия (GBIF). Отсутствуют монографии региональных флор Казахстана, не актуализирована Красная книга флоры Казахстана, отсутствует единая национальная информационная база, не разработан цифровой гербарий зарегистрированных таксономических единиц.
Имеющиеся пробелы в реализации задач Конвенции о биоразнообразии указывают на необходимость внедрения стандартизированного мониторинга генетического разнообразия и инвентаризации флоры Казахстана с использованием не только методов современной ботаники, но и молекулярной систематики, ДНК-штрихкодирования и информационных технологий для выполнения обязательств, предусмотренных международной Конвенцией о биоразнообразии.
Изучение современного состояния видового разнообразия сосудистых растений, и монографическое издание региональных флор Мангистауской, Атырауской, Акмолинской, Костанайской, Карагандинской и Восточно-Казахстанской административных областей с учетом современной ботанической номенклатуры растений, электронных карт, баз данных и иллюстраций сосудистых растений.
– проведен литературный обзор и составлены предварительные списки цветковых и высших споровых растений, в том числе редких, эндемичных, чужеродных, сорно-рудеральных и заносных таксонов с указанием их распространения по административным областям Казахстана (Западный, Центральный, Северный и Восточный Казахстан);
– разработаны научно-методологические подходы номенклатуры, классификации и таксономии растений с использованием современных флористических, молекулярно-генетических и биоинформационных исследований;
– разработаны маршруты и организованы экспедиционные выезды по изучению региональных флор Мангистауской, Атырауской, Акмолинской, Костанайской, Карагандинской и Восточно-Казахстанской областей в разные сезоны года;
– проведена инвентаризация и верификация видового состава высших сосудистых и споровых растений с использованием современных методов ботаники и молекулярной генетики, определены распространение и популяционная изменчивость видов с использованием молекулярно-генетических методов;
– проведена цифровизация отечественных гербарных фондов высших сосудистых и споровых растений Казахстана для систематизации и повышения эффективности взаимодействия с Глобальной информационной системой по биоразнообразию (GBIF);
– разработано программное обеспечение и создана электронная база данных по результатам флористических исследований и анализа гербарных фондов с использованием технологий ДНК-баркодинга и высокопроизводительного секвенирования для систематизации флоры исследуемых регионов;
– проведен анализ флористического состава и составлен конспект высших сосудистых и споровых растений административных областей Казахстана (Мангистауская, Акмолинская, Атырауская, Костанайская, Карагандинская и Восточно-Казахстанская области) с указанием таксономических, ареалогических, экологических и популяционно-генетических характеристик, жизненных форм, фитоохранного статуса, а также хозяйственной и ресурсной ценности;
– проведена международная научно-практическая конференция, семинары, тренинги по популяризации современных методов флористических и молекулярно-генетических исследований биоразнообразия, устойчивого использования и сохранения флоры Казахстана.
– разработаны предложения и рекомендации по созданию новых особо охраняемых природных территорий (ООПТ) на основании видового обилия редких растений локальных участков территорий с учетом рекомендаций МСОП с передачей в представительские органы, департаменты сельского хозяйства, экологии, охраны лесов и животного мира и др.;
– изданы монографии современных региональных флор административных областей Казахстана с подробным описанием таксономических, ареалогических, экологических характеристик, жизненных форм, фитоохранного статуса растений, хозяйственных свойств, выделением сорно-рудеральных и инвазионных таксонов растений (в книжном и электронном формате);
– получены свидетельства на объект авторского права на электронные варианты баз данных региональных флор сосудистых растений Казахстана и другую научно-техническую продукцию;
– осуществлена коллаборация с ведущими институтами ботанического профиля соседних государств, подготовка квалифицированных кадров;
– опубликованы не менее 3 (трех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению программы, входящих в 1 (первый), 2 (второй) и (или) 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе данных Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе данных Scopus не менее 50 (пятидесяти), не менее 3 (трех) статей или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКСОН.
Манабаева Шуга Аскаровна. Индекса Хирша 5. ResearcherID Web of Science: A-2529-2015 ; https://publons.com/researcher/2449535/shuga-a-manabayeva/ ;
Какимжанова Алмагуль Апсаламовна
Хапилина Оксана Николаевна
Шевцов Александр Борисович
Шевцов Владислав Александрович
Ишмуратова Маргарита Юлаевна
Тлеукенова Салтанат Ушкемпировна
Иманбаева Акжунис Алтаевна
Белозёров Иван Филаретович
Сумбембаев Айдар Айтказыевич
Данилова Алевтина Николаевна
Кобланова Сауле Абдулловна
2023 г.
Проведен литературный обзор результатов флористических исследований Западного, Центрального, Северного и Восточного Казахстана. Составлены предварительные списки цветковых и высших споровых растений. Составлены предварительные списки видов флоры Атырауской области (592 вида), Мангистауской области (618 видов), Костанайской области (1002 вида), Акмолинской области (1116 видов) и Карагандинской (1279 видов). Наибольшим разнообразием видов растений отличается Восточно-Казахстанская область, флора которой представлена 2255 видами. Выявлены крупнейшие семейства, характерные для флоры исследуемых регионов: Asteraceae, Poaceae, Fabaceae, Rosaceae, Apiaceae, Ranunculaceae, Lamiaceae. Ведущие роды представлены Carex, Artemisia, Astragalus, Ranunculus, Allium. Разработаны научно-методологические подходы номенклатуры, классификации и таксономии растений с использованием современных флористических и молекулярно-генетических исследований в соответствии с Plants of the World Online (www.plantsoftheworldonline.org/). Для систематизации флоры исследуемых регионов разработаны протокола ДНК-баркодинга и высокопроизводительного NGS секвенирование на платформе Miseq (Illumina). Разработаны маршруты с учетом максимального охвата исследуемых территорий и проведены экспедиционные выезды для изучения видового разнообразия региональных флор и сбора образцов в разные сезоны вегетационного периода. В результате инвентаризации международных и отечественных гербарных фондов проанализированы более 9400 гербарных и 60216 цифровых листов, из которых 28 836 имеют географическую привязку к Казахстану. В результате данного анализа верифицированы 2489 видов.
Для верификации гербарных образцов сформирована ДНК коллекция 1000 видов растений используя различные методы ДНК экстракции. Для идентификации видовой принадлежности высших сосудистых и споровых растений методом ДНК-баркодирования применены общепринятые области генов matK, rbcL, rpoB, rpoC1 и спейсеров atpF–atpH, psbK–psbI, trnH–psbA, ITS (ycf1 гена) в качестве маркеров. В результате были отсеквенированы нуклеотидные последовательности 635 видов, депонированы в NCBI 1558 последовательности по трем и более маркерам.
Проведено полногеномное секвенирование хлоропластных геномов следующих видов растений: Leuzea carthamoides (Chl2); Convallaria majalis L. (Chl 3); Rhodíola semenovii (Chl161); Malus niedzwetzkyana (Chl162); Artemisia glauca (Chl159); Juniperus pseudosabina (Chl1); Vítis vinifera (Chl172); Juniperus seravschanica (Chl160); Cousinia alata (Chl163) и депонированы в NCBI.
В результате изучения популяционной изменчивости с использованием iPBS-, SSR-маркеров и универсальных маркеров баркодирования выявлен дефицит уникальных аллелей по локусам ретротранспозонов и внутрипопуляционная изменчивость изученных видов, выявлены различные категории SNP и проведен анализ филогенетических связей.
В целях цифровизации гербарных фондов осуществлена регистрация на международной платформе GBIF Национального центра биотехнологии, Карагандинского университета имени академика Е.А. Букетова, Мангышлакского экспериментального и Алтайского ботанических садов. Опубликованы региональные списки флоры сосудистых растений, отдельных семейств и хозяйственно-ценных групп растений в формате Data Set на портале GBIF.
Выполнена комплексная настройка серверной инфраструктуры для цифровизации отечественных гербарных фондов. Проводится разработка веб-ресурса с использованием языка программирования C#, языка запросов GraphQL и системы управления базами данных PostgreSQL. Для оформления внешней оболочки веб-приложения использовался фреймворк (библиотека) Vue js v.3. База данных состоит из более 15 таблиц и доступна на локальном сервере.
Новизна полученных результатов заключается в том, что впервые с использованием современных и классических методов ботаники, молекулярной генетики и биоинформатики проведен анализ видового разнообразия сосудистых растений Казахстана, Впервые разрабатываются программное обеспечение и электронная база данных по результатам флорогенетических исследований, ДНК-штрихкодирования и NGS-секвенирования для систематизации флоры и повышения эффективности взаимодействия с Глобальной информационной системой по биоразнообразию (GBIF).