Лаборатория прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений

Заведующий лабораторией – к.б.н. Дивашук Михаил Георгиевич
divashuk@gmail.com

Год создания: 2019

Сотрудники лаборатории:

Баженов Михаил Сергеевич, с.н.с., к.б.н.
Крупин Павел Юрьевич, с.н.с., к.б.н.
Литвин Дмитрий Юрьевич, с.н.с., к.б.н.
Разумова Ольга Владимировна, с.н.с., к.б.н.
Романов Дмитрий Викторович, с.н.с., к.б.н.
Кузнецова Виктория Максимосвна, м.н.с.
Черноок Анастасия Геннадьевна, м.н.с.
Назарова Любовь Андреевна, м.н.с.
Ширнин Сергей Юрьевич, м.н.с.

Научные направления деятельности:


Работа лаборатории ведётся в направлении как фундаментальной эволюционной геномики растений, так в направлении разработки и совершенствования инструментов для прикладной селекции сельскохозяйственных культур.
Лаборатория проводит исследования в направлении маркер-опосредованной и геномной селекции с использованием молекулярных ПЦР-маркеров, в том числе собственной разработки. Благодаря широкому применению маркеров нового поколения KASP и современных средств автоматизации лаборатория постоянно увеличивает пропускную способность работы с селекционным растительным материалом. Изучается влияние генов азотного обмена TaGRF пшеницы и ржи на урожайность как с использованием обширных коллекций, так и расщепляющихся популяций пшеницы и яровой тритикале. Проводится поиск новых генов-гомологов азотного обмена TaGRF, TaNGR, TaPARG, TaSCL, TaGS и поиск взаимосвязи между их аллельным полиморфизмом, активностью нитратредуктазы и хозяйственно-ценными признаками. В сотрудничестве с Национальным Центром Зерна имени П. П. Лукьяненко (Краснодар) и РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева проводится работа по изучению влияния генов низкостебельности (Rht1, Rht2, Rht13, Rht17, Ddw1), генов яровизации Vrn и чувствительности к фотопериодизму Ppd на основные хозяйственно ценные признаки у мягкой пшеницы, твёрдой пшеницы и яровой тритикале. Ведётся работа по изучению новых гиббиреллин-зависимых и гиббереллин-независимых путей низостебельности у дикорастущих сородичей пшеницы (Dwarf53, Gid1, Gid2, Ddw1). На селекционном материале НЦЗ имени П. П. Лукьяненко и АО Щёлково Агрохим анализируются спектры запасных белков пшеницы и сои их влияния на качество конченой продукции. На основе обширных панелей хорошо охарактеризованных сортов и селекционных линий нами проводится SNP-типирование с помощью GWAS-анализа, что позволяет создавать геномные маркеры, ассоциированные с технологическими свойствами зерна.
Лаборатория осуществляет поиск и характеристику повторяющихся мотивов ДНК растений на основе данных полногеномного NGS секвенирования генома и экзома с использованием биоинформатических пайплайнов (системы алгоритмов). У выявленных новых повторов определяется копийность с помощью ПЦР в реальном времени и локализация на хромосомах с помощью технологии флуоресцентной гибридизации in situ (FISH). Данный подход используется при изучении родственных пшенице видов злаков Thinopyrum, Dasypyrum, Elymus, Pseudoroegneria, Aegilops и других, а также дикорастущих видов Зонтичных (сныть). На основе полученных данных выполняется построение эволюционных моделей, выстраиваются филогенетические связи между видами и проводятся популяционные исследования. Создаваемые в результате исследований хромосомные и молекулярные маркеры могут быть использованы для переноса хозяйственно-значимых признаков из вторичного и третичного генетического пула в геном культурных растений, в частности, при работе с отдалёнными гибридами пшеницы (тритикале, пшенично-пырейные гибриды). Данные анализа репитома используется нами для изучения гетероморфных половых хромосом у двудомных хозяйственно значимых растений (конопля, шефердия, облепиха, хмель), что позволяет пролить свет на фундаментальную проблему возникновения пола у растения и разрабатывать полоспецифичные ПЦР-маркеры для оптимизации селекционного процесса. Использование цитогенетических подходов позволяет осуществлять поиск эпигенетических различий половых хромосом конопли посевной. Технологии FISH нами также используются в экспериментах по идентификации бифидобактерий, бацилл и других родов бактерий в совместных проектах с РХТУ имени Д.И. Менделеева по разработке биопрепаратов для качественного и количественного определения микробиома.
У пшеницы, её дикорастущих сородичей и отдалённых гибридов (в частности, пшенично-пырейных гибридов) изучается аллельное разнообразие генов углеводного обмена (Wx), определяющих качество и количество крахмала в зерновке. Совместно с Самарским НИИСХ им. Н.М.Тулайкова проводятся работы по анализу поздних популяций пшеницы на наличие генов устойчивости к листовой ржавчине, а с Всероссийским селекционно-технологический институтом садоводства и питомниководства – на наличие генов самонесовместимости у сливы и вишни. Лаборатория с помощью методов культуры in vitro получает дигаплоиды культурных злаковых растений (пшеница, тритикале, полба), ведёт экспериментальную работу по введению в культуру in vitro различных сортов и экспериментальных линий сои, проводит эксперименты с культурой тканей и органов картофеля и арабидопсиса.

Основные публикации:


2022 год
1. Kroupin P.Yu., Badaeva E.D., Sokolova V.M., Chikida N.N., Belousova M. Kh., Surzhikov S.A., Nikitina E.A., Kocheshkova A.A., Ulyanov D.S., Ermolaev A.S., Khuat T.M.L., Razumova O.V., Yurkina A.I., Karlov G.I., Divashuk M.G. Aegilops crassa Boiss. repeatome characterized using low-coverage NGS as a source of new FISH markers: application in phylogenetic studies of the Triticeae. Front. Plant Sci. - Plant Breeding (Принята к публикации)
2. Razumova, O., Divashuk, M., Alexandrov, O. and Karlov, G., 2022. GISH painting of the Y chromosomes suggests advanced phases of sex chromosome evolution in three dioecious Cannabaceae species (Humulus lupulus, H. japonicus, and Cannabis sativa). Protoplasma
3. Romanov, D., Karlov, G. and Divashuk, M., 2022. Developing oligo probes for chromosomes identification in hemp (Cannabis sativa L.). Plants, 11(15), p.1900.

2021 год
1. Litvinov, D., Karlov, G. and Divashuk, M., 2021. Metabolomics for crop breeding: General considerations. Genes, 12(10), p.1602.
2. Divashuk, M., Chernook, A., Kroupina, A., Vukovic, M., Karlov, G., Ermolaev, A., Shirnin, S., Avdeev, S., Igonin, V., Pylnev, V. and Kroupin, P., 2021. TaGRF3-2A improves some agronomically valuable traits in semi-dwarf spring triticale. Plants, 10(10), p.2012
3. Trubacheeva, N., Divashuk, M., Chernook, A., Belan, I., Rosseeva, L. and Pershina, L., 2021. The effect of chromosome arm 1BS on the fertility of alloplasmic recombinant lines in bread wheat with the Hordeum vulgare cytoplasm. Plants, 10(6), p.1120
4. Alexandrov, O. S., Razumova, O. V., & Karlov, G. I. (2021). A comparative study of 5S rDNA non-transcribed spacers in Elaeagnaceae species. Plants, 10(1), 4.
5. Bazhenov, M., Chernook, A., Bespalova, L., Gritsay, T., Polevikova, N., Karlov, G., Nazarova, L. and Divashuk, M., 2021. Alleles of the GRF3-2A gene in wheat and their agronomic value. International Journal of Molecular Sciences, 22(22), p.12376.

2020 год
1. Kroupin, P., Chernook, A., Bazhenov, M., Karlov, G., Goncharov, N., Chikida, N. and Divashuk, M., 2020. Allele mining of TaGRF-2D gene 5’-UTR in Triticum aestivum and Aegilops tauschii genotypes. PLOS ONE, 15(4), e0231704.
2. Kroupin, P., Karlov, G., Bespalova, L., Salina, E., Chernook, A., Watanabe, N., Bazhenov, M., Panchenko, V., Nazarova, L., Kovtunenko, V. and Divashuk, M., 2020. Effects of Rht17 in combination with Vrn-B1 and Ppd-D1 alleles on agronomic traits in wheat in black earth and non-black earth regions. BMC Plant Biology, 20(S1).
3. Bazhenov, M., Chernook, A., Kroupin, P., Karlov, G. and Divashuk, M., 2020. Molecular characterization of the Dwarf53 gene homolog in Dasypyrum villosum. Plants, 9(2), p.186.
4. Divashuk, M., Kroupin, P., Shirnin, S., Vukovic, M., Kroupina, A. and Karlov, G., 2020. Effect of gibberellin responsive reduced height allele Rht13 on agronomic traits in spring bread wheat in field experiment in Non-Black Soil Zone. Agronomy, 10(7), p.927.
5. Litvinov, D., Chernook, A., Kroupin, P., Bazhenov, M., Karlov, G., Avdeev, S. and Divashuk, M., 2020. A convenient co-dominant marker for height-reducing Ddw1 allele useful for marker-assisted selection. Agriculture, 10(4), p.110.
6. Bazhenov, M., Chernook, A. and Divashuk, M., 2020. Molecular Analysis of the Gibberellin Signaling Pathway Genes in Cultivated Rye (Secale cereale L.). Moscow University Biological Sciences Bulletin, 75(3), pp.125-129.
7. Nikitina, E., Kuznetsova, V., Kroupin, P., Karlov, G. and Divashuk, M., 2020. Development of specific Thinopyrum cytogenetic markers for wheat-wheatgrass hybrids using sequencing and qPCR data. International Journal of Molecular Sciences, 21(12), p.4495.
8. Klimushina, M., Kroupin, P., Bazhenov, M., Karlov, G. and Divashuk, M., 2020. Waxy gene-orthologs in wheat × Thinopyrum amphidiploids. Agronomy, 10(7), p.963.
9. Prentout, D., Razumova, O., Rhoné, B., Badouin, H., Henri, H., Feng, C., Käfer, J., Karlov, G. and Marais, G., 2020. An efficient RNA-seq-based segregation analysis identifies the sex chromosomes of Cannabis sativa. Genome Research, 30(2), pp.164-172.
10. Bone K. D., Bocharkina I. V., Karlov G. I., Razumova O. V. The use of ISSR markers for the analysis of polymorphism in sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) of different origins // Moscow University Biological Sciences Bulletin volume 75, 36–40
11. Romanov D.V., Shirnin S.Y. Geographical distribution and ecotope features of goutweed (Aegopodium podagraria) Research on Crops 21 (2) : 248-252
12. Romanov, D., Shirnin, S., Karlov, G. and Divashuk, M., 2020. Cytogenetic study of Aegopodium podagraria (Umbelliferae) for use in breeding. Moscow University Biological Sciences Bulletin, 75(2), pp.65-70.

2019 год
1. Kroupin, P., Chernook, A., Karlov, G., Soloviev, A. and Divashuk, M., 2019. Effect of dwarfing gene Ddw1 on height and agronomic traits in spring triticale in greenhouse and field experiments in a Non-Black Earth Region of Russia. Plants, 8(5), p.131.
2. Chernook, A., Kroupin, P., Karlov, G., Soloviev, A., Korshunova, A., Rubets, V., Igonin, V. and Divashuk, M., 2019. Effects of Rht-B1b and Ddw1 dwarfing genes in two connecting populations of spring triticale under greenhouse experiment conditions. Agriculture, 9(6), p.119.
3. А. Г. Черноок, П. Ю. Крупин, Л. А. Беспалова, В. В. Панченко, В. Я. Ковтуненко, М. С. Баженов, Л. А. Назарова, Г. И. Карлов, А. Ю. Крупина, М. Г. Дивашук Фенотипическое проявление аллеля низкостебельности Rht-B1p (Rht-17) у яровой твердой пшеницы в двух климатических условиях // Вавиловский журнал селекции и генетики Том 23, № 7 (2019)
4. Крупин П.Ю., Черноок А.Г., Карлов Г.И., Соловьев А.А., Коршунова А.Д., Дивашук М.Г. Изучение эффекта генов короткостебельности пшеницы (Triticum aestivum L.) и ржи (Secale cereale L.) на примере расщепляющейся популяции яровой тритикале в условиях вегетационного опыта // Сельскохозяйственная биология, 2019, том 54, № 5, с. 920-933.
5. Divashuk, M., Karlov, G. and Kroupin, P., 2019. Copy number variation of transposable elements in Thinopyrum intermedium and its diploid relative species. Plants, 9(1), p.15.
6. Kroupin, P., Kuznetsova, V., Nikitina, E., Martirosyan, Y., Karlov, G. and Divashuk, M., 2019. Development of new cytogenetic markers for Thinopyrum ponticum (Podp.) Z.-W. Liu & R.-C. Wang. Comparative Cytogenetics, 13(3), pp.231-243.
7. Kroupin, P., Kuznetsova, V., Romanov, D., Kocheshkova, A., Karlov, G., Dang, T., Khuat, T., Kirov, I., Alexandrov, O., Polkhovskiy, A., Razumova, O. and Divashuk, M., 2019. Pipeline for the rapid development of cytogenetic markers using genomic data of related species. Genes, 10(2), p.113.
8. Kuznetsova, V., Razumova, O., Karlov, G., Dang, T., Kroupin, P. and Divashuk, M., 2019. Some peculiarities in application of denaturating and non-denaturating in situ hybridization on chromosomes of cereals. Moscow University Biological Sciences Bulletin, 74(2), pp.75-80.
9. Kroupin, P., Gruzdev, I., Divashuk, M., Bazhenov, M., Kocheshkova, A., Chernook, A., Dudnikov, M., Karlov, G. and Soloviev, A., 2019. Analysis of spring triticale collection for leaf rust resistance genes with PCR markers. Russian Journal of Genetics, 55(8), pp.945-954.
10. Kroupin, P., Divashuk, M. and Karlov, G., 2019. Gene resources of perennial wild cereals involved in breeding to improve wheat crop. Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya, 54(3), pp.409-425.
11. Карлов Г.И., Литвинов Д.Ю., Харченко П.Н., Крупин П.Ю., Ширнин С.Ю., Черноок А.Г., Назарова Л.А., Дивашук М.Г. Адаптация метода определения активности нитратредуктазы для массовых анализов растений // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2019. Т. 49. № 6. С. 23–33. https://doi.org/10.26898/0370-8799-2019-6-3

Лаборатория ведёт плодотворное сотрудничество со следующими организациями: АО «Щёлково Агрохим», Национальный Центр Зерна имени П.П. Лукьяненко, Федеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководства, НИИ сельского хозяйства имени Н. М. Тулайкова и др.

Партнеры


























События