В Сириусе участники направления «Агропромышленные и биотехнологии» провели исследование карликовых линий подсолнечника из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР). Команде предстояло выявить наличие генов устойчивости к таким заболеваниям, как ржавчина и заразиха.
Сегодня специалисты часто используют декоративную карликовость в селекции сельскохозяйственных культур. Карликовый подсолнечник обладает рядом преимуществ: его стебли устойчивы к полеганию, а большое количество листьев создаёт естественное затенение почвы, благодаря чему рядом растёт меньше сорняков. Тем не менее серьёзным препятствием для получения высоких урожаев подсолнечника являются болезни, которые вызывают грибы, бактерии или сорные растения, среди которых особенно опасны заразиха и ржавчина.
«Подсолнечник — одна из главных масличных культур для продовольственной безопасности России. Однако, как и другие сельскохозяйственные культуры, он подвержен различным заболеваниям и атакам паразитов. Особую опасность представляет заразиха — растение-паразит, неспособное к самостоятельному фотосинтезу, которое питается за счёт растения-хозяина. Ещё одно серьёзное заболевание — ржавчина, которая активно развивается при высокой влажности. Ржавчина подсолнечника поражает листья: они желтеют, скручиваются, засыхают и опадают, что существенно ослабляет растение и снижает его способность к фотосинтезу. Именно поэтому так важно выявлять и использовать гены устойчивости к заболеваниям при селекции новых сортов подсолнечника», — рассказала участница команды Виктория Яковлева из Самары.
В рамках проекта команда проверяла устойчивость карликовых форм подсолнечника к этим заболеваниям и сравнивала полученные показатели с характеристиками стандартного сорта.
«Для участия в программе мы в нашем институте вырастили и собрали шесть образцов подсолнечника — как карликовых, так и высокорослых линий. Изначально участники проекта не знали, какие из образцов относятся к карликовым линиям, а какие — к высокорослым. Задача школьников заключалась в том, чтобы по генетическим маркерам идентифицировать принадлежность каждого образца к соответствующему типу, а затем по определённым генам, которые показывают предрасположенность к болезням, определить устойчивость к ним», — рассказывает руководитель проекта, младший научный сотрудник лаборатории генетики, селекции и биотехнологии декоративных и ягодных культур ВИР имени Н.И. Вавилова Мария Рязанова.
Школьники провели комплексное молекулярно-генетическое исследование нескольких линий растений. Ребята познакомились с основными методами молекулярной генетики: научились выделять ДНК из образцов растений, провели полимеразную цепную реакцию (ПЦР) и электрофорез. Кроме того, они освоили in silico анализ, включающий разработку праймеров для ПЦР.
Другим направлением работы стало цитологическое исследование пыльцевых зёрен с помощью микроскопии. Учащиеся проводили их окрашивание с помощью модифицированного ацетокарминового метода, после чего с помощью специального программного обеспечения анализировали полученные фотографии. Измеряя диаметр зёрен, они определяли показатели фертильности пыльцы по специальным формулам. Эти данные позволяют оценить жизнеспособность растений и их потенциал для дальнейшей селекции.
По результатам проведённого исследования установлено, что две из шести изученных линий подсолнечника содержат по одному гену устойчивости к ржавчине. Примечательно, что три другие линии обладают комбинацией обоих генов устойчивости. При этом все исследованные линии оказались восприимчивыми к заразихе.
Цитологическое исследование пыльцы выявило высокий уровень фертильности (98–100%) у всех шести линий. На основании полученных данных сформулированы рекомендации по отбору линий подсолнечника для дальнейшей селекционной работы.
«Я живу и учусь в Краснодарском крае — одном из ведущих сельскохозяйственных регионов России. Именно поэтому меня давно привлекают агробиотехнологии, и я решил связать с этой сферой свои исследовательские проекты и научные работы. Я пока не знаю, в какой именно профессии найду себя, но полученные на “Больших вызовах” навыки, безусловно, помогут мне в выборе. Если раньше я по большей части занимался химией, то теперь я познакомился с новыми методами исследования: выделением ДНК, проведением ПЦР, электрофорезом и микроскопированием», — рассказывает Тимофей Цымбал из Краснодара.
«Я впервые в Сириусе и выбрала это направление, поскольку именно с сельским хозяйством планирую связать свою жизнь. Считаю эту сферу одной из самых актуальных в современной науке. На этом пути мне очень помогла моя семья: мой папа — фермер, а мама — учитель биологии. Родители всегда поддерживают меня во всех начинаниях. Ещё одним наставником стал мой учитель биологии из лицея, который заложил прочный фундамент знаний. В будущем я вижу себя в области прикладной науки», — делится Лейла Губайдулина из Оренбурга.
На основе первых результатов исследования устойчивости видов подсолнечника к заболеваниям учёные Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова продолжат научные работы. Школьники — участники проекта получат возможность пройти стажировку как в самом ВИРе, так и в компании-партнёре проекта — компании «Русид», где также смогут продолжить свои исследования.
