Агробиология и генетика растений

Образовательная программа была организована преподавателями Санкт-Петербургского государственного университета с привлечением ведущих специалистов и Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии, Субтропического научного центра Российской академии наук, Университета «Сириус».

Программа была ориентирована на ознакомление учащихся с современными проблемами, достижениями, методологией генетики и агробиотехнологии растений, возможностями применения знаний на практике, развитие творческих способностей учащихся. 

Основная цель программы — сформировать у учащихся представление о возможности и необходимости вывести селекцию растений, как способ целенаправленного формирования у растений нужных адаптаций и признаков, на уровень требований и возможностей «постгеномной эры», что формулируется как «селекция следующего поколения — next generation breeding NGB». Основные вызовы, на которые предстоит ответить генетикам, — это необходимость создания высокопродуктивного и устойчивого сельскохозяйственного производства с минимальным экологическим риском. 

Программа смены была разделена на три блока.

Лекции охватывали основные проблемы генетики и селекции растений (с элементами геномики), транскриптомики, метаболомики, биотехнологии растений (с элементами генной инженерии), экологии растений. Изучаемые темы предполагали наличие у участников образовательной программы глубоких знаний школьных курсов биологии и химии. 

Школьники прослушали лекции по основным вопросам агробиотехнологии растений на темы: 

Почемы быть генетиком – это круто? 
Зачем существует генетика растений 
Мутации и эволюция
Как организмы исправляют  повреждения ДНК
Молекулярные маркеры в генетике и  селекции растений
Геномы высших растений 
Биотехнология растений
Геномика 
Геномное редактирование
Метаболоческая инженерия 
Симбиогенетика
Биобезопасность современных агробиотехнологий, часть 1
Биобезопасность современных агробиотехнологий, часть 2

Краткие планы лекций

Тестовые задания

Во втором блоке школьники в группах выполняли лабораторные работы, целью которых было освоение базовых методов современной агробиотехнолоии и подготовка к выполнению научных проектов. 

Темы практических занятий: 

Методы выделения ДНК 
ПЦР. Идентификация трансгена с помощью ПЦР 
Метод рестрикции ДНК
Культуры клеток растений 
Основы биоинформатики

Материалы практикума

В третьем блоке школьники работали над научными проектами и представили результаты на конференции.

Исследовательские проекты

1. Многообразие генов опин-синтаз у бактерий растений
2. Идентификация трансгенных растений с повышенным уровнем экспрессии гена интереса – ингибитора развития симбиотических клубеньков
3. Способствуют ли микрозные грибы инвазии некоторых сложноцветных?
4. Поиск полиморфных молекулярных маркеров у двух линий ржи посевной (Secale cereale L.) с различной реакцией на заражение специализированным грибом возбудителем листовой ржавчины пшеницы Puccinia triticina Erikss
5. Поиск регуляторов клубнеобразования картофеля в транскриптомах растений, растущих при дефиците азота и воды
6. Получение вектора  с маркером устойчивости для трансформации бобовых

Описание проектов

1. Многообразие генов опин-синтаз у бактерий растений

Руководитель проекта: Журбенко П.М., Матвеенко А.Г.

О проекте: Цель проекта – найти гены опин-синтаз у представителей родов Agrobacterium и Rhizobium, а также их гомологи у растений. Построить филогенетические деревья и выдвинуть гипотезы об аспектах эволюции данных генов.

Результаты:
1. Обнаружили несколько случаев горизонтального переноса генов между разными царствами живых организмов.
2. Существуют группы, включающие одновременно грибы, бактерии и растения, содержащие схожие последовательности геномов.
3. Некоторые группы без «мозаичной» таксономической структуры могли возникнуть в результате давнего переноса генов.

Презентация проекта

2. Идентификация трансгенных растений с повышенным уровнем экспрессии гена интереса – ингибитора развития симбиотических клубеньков

Руководитель проекта: Лебедева М.А.

О проекте: Цель проекта – выявить трансгенную вставку у растений поколения T1 методом ПЦР и изучить характер ее наследования. Оценить уровни экспрессии целевого гена в растениях поколения T1 методом ПЦР в реальном времени. Оценить способность к образованию симбиотических клубеньков у растений поколения T1.

Результаты:
1. Выявили трансгенные растения из исследуемых растений поколения T1.
2. Изучили уровень экспрессии гена CLE35 в трансгенных и нетрансгенных образцах.
3. Проанализировали один из этапов, на котором может ингибироваться формирование симбиотических клубеньков у M.truncatula – синтез рецепторов Nod-факторов. 

Презентация проекта

3. Способствуют ли микрозные грибы инвазии некоторых сложноцветных?

Руководитель проекта: Сокорнова С.В.

О проекте: Цель проекта – с помощью различных подходов сравнить сообщества микоризных грибов у чужеродных для Сочи (амброзии) и нативных (одуванчик) растений. Оценить, есть ли различия частоте встречаемости заселенных корней, интенсивности микоризации, морфологическим признакам грибов. Подтвердить, опровергнуть либо скорректировать гипотезу о том, что микоризные грибы один из факторов, способствующих инвазии.

В ходе выполнения проекта обучающиеся проанализировали, что всё больше данных указывает на то, что  симбиоз с арбускулярными микоризными грибами способствует распространению инвазивных растений семейства Asteraceae. В тоже время для выявления видов АМГ, способствующих распространению нежелательной растительности необходима видовая идентификация  этих грибов, и разработка молекулярных тест систем их быстрого выявления.

Результаты:
1. Для инвазивного растения мелколепестник канадский – местопроизрастание растения оказывало меньшее влияние на его микоризацию, чем видовая принадлежность.
2. Для однолетних растений семейства Asteraceae интенсивность и частота микоризации не зависела от  инвазионного статуса  растения.
3. Наряду с арбускулярными микоризными грибами корни растений семейства Asteraceae могут быть колонизированы эндофитными грибами, также способствующими успешному развитию растений. 

Презентация проекта

4. Поиск полиморфных молекулярных маркеров у двух линий ржи посевной (Secale cereale L.) с различной реакцией на заражение специализированным грибом возбудителем листовой ржавчины пшеницы Puccinia triticina Erikss

Руководитель проекта: Цветкова Н.В.

О проекте: Цель проекта – выявить полиморфизм по молекулярным маркёрам у двух инбредных линий ржи с контрастной реакцией на заражение бурой ржавчиной пшеницы Puccinia triticina Erikss. Поиск полиморфных локусов будет проведен с использованием SSR и CAPS маркеров.

Результаты:
1. Был проведен скрининг 17 CAPS маркеров с ДНК пробами 2 инбредных линий ржи Secale cereale L. и мягкой пшеницы Chinese spring.
2. Успешно получен ПЦР продукт с 11 маркерами, из которых 3 (tcos3027, tcos1137, tcos33) были полиморфными.
3. По результатам рестракционного анализа выявлен полиморфизм между инбредными линиями ржи в комбинациях: tcos1063 +(HinfI и HindIII) и tcos1640 +TaqI.
4. Полученные данные позволят использовать маркёры (tcos3027, tcos1137, tcos33, tcos1640, tcos 1063) для генотипирования растений в расщепляющихся популяциях, полученных с использованием инбредных линий ржи L371 и L393.

Презентация проекта

5. Поиск регуляторов клубнеобразования картофеля в транскриптомах растений, растущих при дефиците азота и воды

Руководитель проекта:  Ганчева М.

О проекте: Цель проекта – с помощью биоинформатических методов осуществить поиск регуляторов клубнеобразования в транскриптомных данных картофеля, растущего на средах с различным содержанием азота. Знакомство с командной строкой linux и методами работы с транскриптомами, визуализация данных в среде R. 

Результаты:
1. Выявлен возможный регулятор ответа на наличие воды и азота у картофеля - белки LBD2-6 и HK4.
2. Подобраны праймеры для создания конструкции для сверхэкспрессии гена LBD2-6.

Презентация проекта

6. Получение вектора  с маркером устойчивости для трансформации бобовых

Руководитель проекта: Творогова В.Е., Матвеенко А.Г.

О проекте: Цель проекта – спомощью методов генной инженерии (ПЦР, рестрикция, лигирование, трансформация бактерий) создать векторный модуль, содержащий модифицированный ген устойчивости к гигромицину для использования при агробактериальной трансформации люцерны.

Результаты:
1. Сконструировали векторы pICH47742-HygR-mE3I, pICH47751-HygR-mE3I, pICH47791-HygR-mE3I, pICH47791-HygR-mE3I, содержащие модули первого уровня для системы MoClo.
2. Обнаружили, что ген устойчивости к гигромицину, не содержащий сайт рестрикции Esp3I в полученных конструкциях, функционален в клетках E.coli.
3. Полученные модули позволяют проводить селекцию мультигенных конструкций при их клонировании.

Презентация проекта

Результаты второго отборочного тура
поиск ведётся по ID личного кабинета (начинается на 1001...)
Результаты дистанционного отборочного этапа
Решения заданий дистанционного тестирования

К участию в конкурсном отборе приглашаются учащиеся 8-10 классов (на март 2023 года). 

Отбор участников осуществляется в два тура. Первый тур – дистанционный учебно-отборочный курс. Второй тур – решение практической задачи.

С 4 апреля по 27 мая 2023 года для зарегистрировавшихся школьников будет организован дистанционный учебно-отборочный курс. Информация о курсе размещается в личном кабинете участника после его регистрации.

Дистанционное тестирование с целью отбора на второй тур будет проведено 27 мая 2023 года.

Список школьников, допущенных к участию во втором отборочном туре, будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 31 мая 2023 года.

Отбор участников образовательной программы осуществляется на основании баллов, полученных за выполнение практической задачи, предложенной руководителями программы.
Проверяются решения, которые были загружены участниками до 18 июня 2023 года.

Результаты второго отборочного тура будут опубликованы не позднее 4 июля 2023 года.

К участию в образовательной программе не допускаются участники образовательных программ Образовательного центра «Сириус»:
– Образовательная программа «Агробиология и генетика растений»;
– Олимпиадная биологическая образовательная программа (сентябрь 2022 года);
– Мартовская образовательная программа по биологии (март 2023 года);

Список участников образовательной программы будет опубликован не позднее 7 июля 2023 года. 

Информационный плакат для доски объявлений

Положение об образовательной программе «Агробиология и генетика растений»
Образовательного центра «Сириус»

1. Общие положения
1.1.Настоящее Положение определяет порядок организации и проведения образовательной программы «Агробиология и генетика растений» Центра «Сириус» (далее – образовательная программа), методическое и финансовое обеспечение образовательной программы.

1.2. Образовательная программа «Агробиология и генетика растений» проводится в Центре «Сириус» (Образовательный Фонд «Талант и Успех») с 1 по 24 сентября 2023 года.

1.3.  К участию в образовательной программе приглашаются школьники 9-11 классов (на сентябрь 2023 г.) образовательных организаций всех субъектов Российской Федерации.

1.4. Общее количество участников образовательной программы: не более 60 человек. Дополнительно не более 5 мест предоставляется для школьников из стран СНГ, а также Республики Абхазия и Республики Южная Осетия.

1.5. К участию в образовательной программе могут быть допущены только граждане Российской Федерации и стран СНГ, а также Республики Абхазия и Республики Южная Осетия.

Конкурсный отбор и преподавание учебных дисциплин в рамках образовательной программы осуществляется на русском языке.

1.6. Персональный состав участников образовательной программы утверждается Экспертным советом Образовательного Фонда «Талант и успех».

1.7. Научно-методическое и кадровое сопровождение образовательной программы осуществляют ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет», ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова и ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт цветоводства и субтропических культур», ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии», ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений».

1.8. В целях создания более широких возможностей посещения Образовательного центра «Сириус» допускается участие школьников в течение учебного года (с июля 2023 по июнь 2024 года) не более, чем в двух образовательных программах по направлению «Наука» (по любым профилям, включая проектные образовательные программы), не идущих подряд.

1.9. В связи с целостностью и содержательной логикой образовательной программы, интенсивным режимом занятий и объемом академической нагрузки, рассчитанной на весь период пребывания обучающихся в Образовательном центре «Сириус», не допускается участие школьников в отдельных мероприятиях или части образовательной программы: исключены заезды и выезды школьников вне сроков, установленных Экспертным советом Образовательного Фонда «Талант и успех».

1.10. В случае обнаружения недостоверных сведений в заявке на образовательную программу (в т.ч. класса обучения) участник может быть исключён из конкурсного отбора

1.11. В случае нарушений правил пребывания в Образовательном центре «Сириус» или требований настоящего Положения решением Координационного совета участник Образовательной программы может быть отчислен с образовательной программы.

1.11.1. Школьник может быть отчислен с программы в случае если им не усваиваются материалы образовательной программы, независимо от результатов отбора.

2. Цели и задачи образовательной программы
2.1. Цели образовательной программы:
– Раннее выявление, развитие и дальнейшая профессиональная поддержка детей, проявивших выдающиеся способности в области естественнонаучных дисциплин, а также добившихся успеха в техническом творчестве.
– Обеспечение школьникам, проявившим свой талант на федеральном уровне, возможности получения опыта участия в современных научных исследованиях, передовых технологических проектах, а также возможности знакомства с деятельностью развитых индустриальных компаний и научных институтов, взаимодействия с их сотрудниками.

2.2. Задачи образовательной программы:
– Вовлечение участников программы в научное и/или техническое творчество для решения актуальных задач современной науки, технологической сферы, промышленности и т.п.;
– Ознакомление участников программы с элементами научных теорий по профилю программы;
– Расширение кругозора участников программы в спектре естественных наук и их приложений;
– Повышение мотивации участников к текущим занятиям в рамках программы и дальнейшим занятиям вне рамок программы;
– Вовлечение участников в систему обучения и сопровождения Сириуса, действующую вне рамок программы;
– Ориентирование участников программы на дальнейшее поступление в ведущие ВУЗы России на специальности, важные с точки зрения СНТР;
– Ориентирование участников программы на продолжение научной и/или инженерной карьеры в России.

3. Порядок отбора участников образовательной программы
3.1. Отбор участников образовательной программы осуществляется Координационным советом, формируемым руководителем Образовательного Фонда «Талант и успех», на основании требований, изложенных в настоящем Положении, а также общих критериев отбора в Образовательный центр «Сириус»

3.2. К участию в конкурсном отборе приглашаются учащиеся 8-10 классов (на март 2023 года). 

3.3. Для участия в конкурсном отборе необходимо пройти регистрацию на официальном сайте Образовательного центра «Сириус».

Регистрация будет открыта до 23 апреля 2023 года.

Незарегистрировавшиеся школьники к участию в образовательной программе не допускаются.

3.4. Отбор участников осуществляется в два тура. Первый тур – дистанционный учебно-отборочный курс. Второй тур – решение практической задачи.

3.5. С 4 апреля по 27 мая 2023 года для зарегистрировавшихся школьников будет организован дистанционный учебно-отборочный курс. Информация о курсе размещается в личном кабинете участника после его регистрации.

3.6. В рамках дистанционного учебно-отборочного курса оценивается успешность освоения учебного материала, а также результат, показанный на обязательном дистанционном тестировании. Дистанционное тестирование с целью отбора на второй тур будет проведено 27 мая 2023 года.

3.7. Список школьников, допущенных к участию во втором отборочном туре, будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 31 мая 2023 года.

3.8. Отбор участников образовательной программы осуществляется на основании баллов, полученных за выполнение практической задачи, предложенной руководителями программы.

Проверяются решения, которые были загружены участниками до 18 июня 2023 года.

3.9. Результаты второго отборочного тура будут опубликованы не позднее 4 июля 2023 года.

3.10. К участию в образовательной программе не допускаются участники образовательных программ Образовательного центра «Сириус»:
– Образовательная программа «Агробиология и генетика растений»;
– Олимпиадная биологическая образовательная программа (сентябрь 2022 года);
– Мартовская образовательная программа по биологии (март 2023 года);

3.11. В образовательной программе могут принять участие не более 10 школьников от одного субъекта Российской Федерации.

3.12. Список участников образовательной программы будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 7 июля 2023 года. 

3.13. Учащиеся, отказавшиеся от участия в образовательной программе, могут быть заменены на следующих за ними по рейтингу школьников. Внесение изменений в список участников программы происходит до 16 августа 2023 года.

4. Аннотация образовательной программы
Образовательная программа ориентирована на ознакомление учащихся с современными проблемами, достижениями, методологией генетики и агробиотехнологии растений, возможностями применения знаний на практике, развитие творческих способностей учащихся.

Основная цель программы – сформировать у учащихся представление о возможности и необходимости вывести селекцию растений как способ целенаправленного формирования у растений нужных адаптаций и признаков на уровень требований и возможностей «постгеномной эры», что формулируется как «селекция следующего поколения – next generation breeding NGB». Основные вызовы, на которые предстоит ответить генетикам, – это необходимость создания высокопродуктивного и устойчивого сельскохозяйственного производства с минимальным экологическим риском.

Программа будет состоять из трех блоков.
Первый блок: теоретические занятия по молекулярной генетике и селекции растений (с элементами геномики), транскриптомике, метаболомике, биотехнологии растений (с элементами генной инженерии), экологии растений.
Изучаемые темы предполагают наличие у участников образовательной программы глубоких знаний школьных курсов биологии и химии.
Второй блок: практические занятия, направленные на освоение некоторых методов генетики и биотехнологии растений.
Третий блок: самостоятельная исследовательская работа участников образовательной программы.

Участники образовательной программы будут разделены на учебные группы с учетом их возраста и уровня подготовки.

Обучение участников образовательной программы будет проходить в рамках трех учебных циклов по 5-6 дней. Объем учебных занятий в каждом цикле: 30 аудиторных часов.

5. Финансирование образовательной программы
Оплата проезда по территории Российской Федерации, пребывания и питания обучающихся Образовательной программы осуществляется за счёт средств Образовательного Фонда «Талант и Успех».