Актуальность

Проблема изучения, сохранения и рационального использования биоразнообразия является весьма актуальной в связи с растущими изменениями климата и антропогенным воздействием на экосистемы. Ратификация Казахстаном в 1994 году Конвенции о биологическом разнообразии накладывает обязательства по сохранению генетического, видового и экосистемного разнообразия.

Большая территория и разнообразие почвенно-климатических условий Казахстана обуславливают богатство флоры Казахстана. Однако, исследования по изучению 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, особенно это важно в разрезе региональных флор на разных таксономических уровнях.

В настоящее время существует множество нерешенных вопросов, связанных с выполнением обязательств в реализации Конвенции о биоразнообразии. Так, до сих пор казахстанские растения не внесены в список исчезающих видов МСОП, не выполняются и задачи по созданию доступных баз данных генетических ресурсов и их взаимодействии с Глобальным информационным фондом биоразнообразия (GBIF). К проблемам относится отсутствие монографий региональных флор административных областей Казахстана, до сих пор не актуализирована Красная книга флоры Казахстана, отсутствует единая национальная информационная база имеющихся в Республике редких, эндемичных, чужеродных, сорно-рудеральных и заносных видов растений, 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.

В программе проблема изучения биологического разнообразия и инвентаризации флоры региональной флоры Казахстана выдвигается в качестве приоритета.

Исследования в рамках программы направлены на разработку и внедрение современных методов ДНК-штрихкодирования и NGS-секвенирования для оценки биоразнообразия и устойчивого использования генетических ресурсов Казахстана. Планируется проведение исследований региональных флор Казахстана с использованием ботанических методов, современных технологий ДНК-баркодинга, высокопроизводительного секвенирования и биоинформатики, цифровизация отечественных гербарных фондов, разработка единой информационной базы имеющихся редких, эндемичных, чужеродных, сорно-рудеральных и заносных видов растений.

Адекватная оценка современного состояния флоры в конкретном административном регионе послужит научной базой использования генетического потенциала флоры Казахстана для развития устойчивого сельского хозяйства и современных разработок по созданию отечественных фитопрепаратов.

Цель

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.

Ожидаемые результаты

В результате реализации программы будут выполнены следующие мероприятия:

• 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;
• проведено ДНК-баркодирование по 3 и более генам не менее 1000 видов флоры Казахстана, и полногеномное секвенирование полных хлоропластных геномов не менее 50 эндемичных видов;
• 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.

Руководитель программы

Манабаева Шуга Аскаровна, Индекс Хирша (h-индекс) – 3. Researcher ID Web of Science: A-2529-2015; ORCID ID: — 0000-0001-7884-1713; Scopus ID: 55615915000.

Публикации и охранные документы по теме проекта

1. Tussipkan D., Manabayeva S.A. Alfalfa (Medicago Sativa): genotypic diversity and transgenic Alfalfa for phytoremediation // Frontiers in Environmental Science. — 2022. — Vol. 10. — Article number: 828257. DOI: https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.828257. Web of Science Q2, Corresponding author.
2. Tussipkan D., Manabayeva S.A. Employing CRISPR/Cas technology for the improvement of potato and other tuber crops // Frontiers in Plant Science. — 2021. — Vol. 12. — Article number: 747476. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2021.747476. Web of Science Q1, Corresponding author.
3. Abeuova L.S., Kali B.R., Rakhimzhanova A.O., Bekkuzhina S.S., Manabayeva Sh.A. High frequency direct shoot regeneration from Kazakh commercial potato cultivars // PeerJ. — 2020. — Vol. 2020, Issue 7. — Article number e9447. DOI: https://doi.org/10.7717%2Fpeerj.9447. Web of Science Q2, Corresponding author.
4. Zhumabek A.T., Rakhimzhanova A.O., Bekkuzhina S.S., Ramankulov Ye.M., Manabayeva Sh.A. Somatic embryogenesis and plant regeneration from upland switchgrass cultivars // Research on Crops. — 2020. — Vol. 21(2), No. 34. — P. 217-222. DOI: org/10.31830/2348-7542.2020.059. Web of Science Q4, Corresponding author.
5. Manabayeva S.A., Zhumabek A.T., Abeuvova L.S., Ramanculov E.M. Tomato bushy stunt virus — based vector for transient expression of heterologous proteins in Nicotiana benthamiana plants // Proceedings of the International Conference «Plant genetics, genomics, bioinformatics and biotechnology» PlantGen 2017. — Almaty, 2017. — P. 140.
6. Zhumabek A.T., Magauiya A.N., Mukhametzhanov N.S., Ramanculov E.M., Manabayeva S.A. In planta expression of BLV envelope glycoprotein gp51 by TBSV-based viral vector // Journal of Biotechnology. Proceedings of the European Biotechnology Congress – Croatia, 2017. — DOI: doi.org/10.1016/j.jbiotec.2017.06.680.
7. Zhumabek A.T., Abeuova L.S., Mukhametzhanov N.S., Scholthof H.B., Ramanculov Е.M., Manabayeva S.A. Transient expression of the bovine leukemia virus envelope glycoprotein gp51 in plants by a recombinant TBSV vector // Journal of Virological Methods. — 2018. — Vol. 255. — P. 1-7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2018.01.016. Web of Science Q3, Corresponding author.
8. Аргумбаева А.К., Рахимжанова А.О., Каканай А.К., Манабаева Ш.А. Особенности индуцированного морфогенеза и регенерации растений из соматических тканей люцерны сортов отечественной селекции в культуре in vitro // Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н.Гумилева. Серия биологические науки. — 2022. — Т. 139, № 2. — С. 97-106. DOI: 10.32523/2616-7034-2022-139-2-97-106. Автор корреспондент.
9. Abeuova L.S., Manabayeva S.A. Establishment of CRISPR/Cas9 system with multiple guide RNAs for potato genome editing // Journal of Biotechnology. Proceedings of the European Biotechnology Congress – Valencia, Spain 2019. — Vol. 305S. — P. S20-21. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2019.05.082. Web of Science Q2, Corresponding author.
10. Zhumabek A.T., Rakhimzhanova A.O., Manabayeva S.A. In vitro plant regeneration studies of switchgrass cultivars by somatic embryogenesis // Journal of Biotechnology. Proceedings of the European Biotechnology Congress — Valencia, Spain 2019. — Vol. 305S. — P. S13. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2019.05.059. Web of Science Q2.
11. Tarlykov P., Abeuova L., Atavliyeva , Manabayeva S. A MALDI-TOF analysis of gliadins and glutenins in «Astana» wheat cultivar // Journal of Biotechnology. Proceedings of the European Biotechnology Congress — Valencia, Spain 2019. — Vol. 305S. — P. S21. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2019.05.083. Web of Science Q2.
12. Манабаева Ш.А.,Рахимжанова А.О., Раманкулов Е.М. Способ получения гербицидустойчивых трансгенных растений хлопчатника сорта «Туркистан» // Инновационный патент Республики Казахстан. № 31284 от 20.06.2016г.