ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...

Страница создана Сати Волкова
 
ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО
КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ «БИО-2020»

                 Начальник Отдела лесной генетики
                   канд. биол. наук, ст. научн. сотр.
                                   Шишкина О.К.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
ПРОБЛЕМЫ

 Отсутствие знаний о внутривидовой дифференциации основных
 лесообразователей не позволяет организовать систему мероприятия по
 сохранению биологического разнообразия и генетических ресурсов лесов, а
 также повысить эффективность мер по воспроизводству лесов

 Отсутствие системы контроля за оборотом репродуктивного материала
 лесных растений влечет снижение продуктивности и качества создаваемых
 насаждений

 Изменение федерального законодательства в части государственного
 регулирования оборота круглых лесоматериалов (ФЗ №415 от 28 декабря
 2013 г.) требует разработки мер строго инструментального контроля
 происхождения древесины

 Фитосанитарный контроль состояния лесных питомников не эффективен
 ввиду отсутствия единой базы данных о фитопатогенах лесных растений, что
 создает опасность развития очагов болезней в создаваемых лесных насаждениях

05.02.2015                                                                     2
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
Актуальность
     Пожары, болезни,                                   Широкомасштабное
        ветровал,                                           применение
 загрязнение окружающей          Сплошные             индивидуального отбора в
          среды               лесосечные рубки               селекции

              Снижение генетического разнообразия лесов

Последняя возможность изучения популяционной
           структуры лесов России!
                                                          Единая система
        Единая система
                                                        выбора генетических
          отбора проб
                                                             маркеров
                          Единые критерии выделения
                            внутривидовых таксонов

  Анатолий Иванович Видякин       Доктор биологических наук. Институт биологии
 05.02.2015                    Коми научного центра Уральского отделения РАН 3   3
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
ПЛАН МЕРОПРИЯТИЙ («ДОРОЖНАЯ КАРТА»)
     «РАЗВИТИЕ БИОТЕХНОЛОГИЙ И ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ»
          (УТВ. РАСПОРЯЖЕНИЕМ ПРАВИТЕЛЬСТВА РФ
                   ОТ 18 ИЮЛЯ 2013 Г. N 1247-Р)

   Пункт Плана мероприятий 59. «Создание сети лабораторий анализа
   ДНК в целях:
   - мониторинга состояния лесных генетических ресурсов,
   - контроля за оборотом репродуктивного материала лесных растений
     при воспроизводстве лесов,
   - оценки фитосанитарного состояния лесных питомников,
   - контроля законности происхождения древесины»

   Ответственные: Рослесхоз, Минприроды России, Российская
   академия наук

   Фактическая реализация: Федеральное бюджетное учреждение
   «Российский центр защиты леса» (ФБУ «Рослесозащита»)

05.02.2015                                                            4
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
СХЕМА РАЗВИТИЯ ДНК – ЛАБОРАТОРИЙ В СОСТАВЕ
              БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КЛАСТЕРОВ

05.02.2015                                            5
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
СХЕМА РАЗВИТИЯ ДНК – ЛАБОРАТОРИЙ В СОСТАВЕ
                БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КЛАСТЕРОВ

                      ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ И АПРОБАЦИИ НОВЫХ МЕТОДОВ
                               И ТЕХНОЛОГИЙ, ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

  Биотехнологическая лаборатория,                                Биотехнологическая лаборатория,
     лаборатория ДНК анализа                                        лаборатория ДНК анализа

                                             ТЕХНОЛОГИИ

           Лесной селекционно-семеноводческий центр       Ключевые факторы успеха:
                                                          1. Интенсивность НИОКР;
                                                          2. Доступность и качество человеческих
МАССОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО
      И ПОСТАВКА
                                                             ресурсов;
 ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ                                       3. Эффективность процесса
 И СЕРТИФИЦИРОВАННОЙ                                         коммерциализации и передачи технологий;
       ПРОДУКЦИИ                                          4. Доступность адекватных финансовых
 (СЕМЕНА, ПОСАДОЧНЫЙ                 ИНВЕСТИЦИИ              ресурсов;
       МАТЕРИАЛ)                                          5. Доступность и качество
                                                             инфраструктуры;
    Бизнес –партнер (потребитель продукции                6. Доступность и качество сети
              кластера) - инвестор                           поставщиков.

  05.02.2015                                                                                     6
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
Отбор образцов генетического материала по Центральному
                Федеральному округу и Красноярскому краю

    Для сбора образцов по 5 основным
лесообразующим      породам      (сосна, ель,
лиственница, кедр и дуб) на территорию РФ
наложена сеть квадратов 100х100 км.

    Отбор производился в точках пересечения
квадратов или близко к ним.

                                                                   7
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
Фактические места отбора образцов по состоянию на 2014 год
                   (40 тыс. образцов).

                                                             8
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
Мониторинг генетического разнообразия лесных ресурсов

                                           Гетерозигота
                   Гомозигота

       Определение гомо- и гетерозиготности растений

                                                          9
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММЕ "БИО-2020" - Начальник Отдела лесной генетики канд. биол. наук, ст. научн. сотр. Шишкина О.К ...
УРОВЕНЬ ГЕТЕРОЗИГОТНОСТИ НАСАЖДЕНИЙ РФ
                   (20 тыс. образцов)

№     Порода                  Локусы ДНК          Уровень гетерозиготности
п/п                                                         (%)

                                                    ЦФО           СФО

1     Сосна обыкновенная      PtTX3013            Высокий        Высокий
                              PtTX2123            (50-90%)       (50-90%)

2     Ель европейская         SpAGG3              Высокий            -
                              SpAC1F7             (50-90%)

3     Ель сибирская           -                     Локусы не отобраны

4     Сосна кедровая          Pc1b, Pc18, Pc35        -          Средний
                                                                 (35-50%)

5     Лиственница сибирская   bcLK066, bcLK224,       -           Низкий
                              bcLK232, bcLK260                   (10-30%)
                                                                             10
КОНТРОЛЬ ЗА ОБОРОТОМ РЕПРОДУКТИВНОГО
    МАТЕРИАЛА ЛЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ПРИ ВОСПРОИЗВОДСТВЕ
    ЛЕСОВ И ЗАКОННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ»

                   Компьютерная программа для
  определения границ популяций основных лесообразующих пород по
       миотипам растений, выявленных методами ДНК-анализа

Описание программы:
     - централизированное облачное хранилище исходных данных получаемых в
сети лабораторий а также результатов обработки данных;
   - централизированную облачную платформу для исполнения обработки и
анализа результатов;
  - набор модулей для обработки и анализа специфических данных
экспериментов с возможностью исполнения в централизированной облачной
платформе;
   - систему автоматического сбора и передачи данных с рабочих станций в
хранилище;
   - систему интерактивного доступа.
                                                                      11
Предварительные данные о различии митотипов в лесных
                       насаждениях

    Объекты исследования 2014 г. - насаждения сосны обыкновенной,
ели европейской и сибирской в ЦФО и Красноярском крае.

    Для оценки разнообразия митотипов хвойных растений по
литературным данным были отобраны локусы митохондриальной ДНК
mh09, nad3 (intron1), nad3-rps12 и nad1 (intronB/C).

   Для дальнейших исследований отобраны mh09 и nad3 (intron1).

                                                                    12
Распределение митотипов в
                                             естественных насаждениях
                                                сосны обыкновенной

Сравнение произведено по
сочетанию 2-х
митохондриальных генов
сосны обыкновенной nad3
(intron1) (МВ 55-75) и mh09
(МВ 165-215) в зависимости
от места сбора и
удаленности от культур
посадки 1973-1975 гг.

   Выборка случайная, 100 растений, сбор произведен   на
   зарастающих сосной      бывших сельхозугодьях       в
   Московской и Владимирской областях.
                                                                          13
Оценка генетического и
                                                          географического
                                                          происхождения семян сосны
                                                          обыкновенной по локусам мт
                                                          ДНК nad3 (intron1) и mh09

    Оценка различий мтДНК в популяциях сосны
обыкновенной         Московской,        Воронежской,
Орловской, Липецкой, Тульской, Смоленской,
Вологодской,         Новгородской,         Псковской,
Белгородской, Курской, Архангельской, Саратовской,
Ульяновской областей, Башкортостана, Чувашии и
Алтайского края (17 точек отбора по сети 100х100 км) по
локусам 365 и 554 (дизайн праймеров ИЛ НАН Беларуси)

                                                                   14
 В популяциях сосны выявлено 25 митотипов в 17 точках отбора образцов
Название локуса     Последовательности праймеров
                                                                       F: 5`-tat-ctg-act-tgc-ctt-atc-3`
                                                   mt15-D02            R: 5`- atc-cga-ata-cat-aca-cc-3`
                                                                       F: 5’-ctc-tcc-ctc-acc-cat-atg-atg-3’
                                                   nad1                R: 5’-aga-tcc-cca-tat-att-ccc-gg- 3’
                                                                       F:5`- ctc-tcc-ctc-acc-cat- atg-atg-3`
                                                   nad1 intron 2       R:5`- aca-aag-ccc-ctt-tga-ggg-3`
                                                                       5'-agt-cca-ata-ggg-aca-gca-c-3'
                                                   nad5                5'-acc-cga-cga-taa-cta-gct-tc-3'
                                                   nad1                F: 5`-gca-tta-cga-tct-gca-gct-ca-3`
                                                   intron b/c          R:5`- gga-gct-cga-tag-ttt-ctg-c-3`
                                                                       F: 5′-tat-ctg-act-tgc-ctt-atc-3′
                                                   mt15-D02            R: 5′-atc-cga-ata-cat-aca-cc-3′

    Ель европейская и сибирская:                   mt23-D02
                                                                       F: 5′-cac-cct-tgg-gta-gac-tgg-3′
                                                                       R: 5′-ggt-tca-cgc-agt-gct-tct-3′
                                                                       F: 5′-aag-atg-gat-cgc-cct-tac-gc-3′
                                                   mt1H01              R: 5′-gag-gag-gag-gct-tcg-tcg-tc-3′
          Сделан анализ мтДНК образцов             mh05                5'-ggg-agt-cag-cga-aag-aag-taa-g-3'
    ели с 20 точек отбора по 15 локусам                                5'-agtctcagagccagaagcag-3'
                                                                       5'-cga-tga-cat-ctc-tta-gct-tcc-3'
    (литературные данные).                         mh35
                                                                       5'-tgg-gga-ata-gga-ttc-ggg-taa-g-3'
                                                   mh02                5'-ttt-tag-ggc-cat-ttg-cct-gc-3'
      Локусы мтДНК, отвечающие                                         5'-tct-atg-gac-aag-agc-ccg-acc-t-3'
                                                   mh33'               5'-cga-agg-aag-gaa-tga-agg-tg-3'
    требованиям составления карт                                       5'-gct-ctt-aag-tgc-tgg-ttg-atg-3'
    изменчивости митотипов пока не                 mh38                5'-ccg-tcc-cct-atc-cat-caa-ac-3'
                                                                       5'-ccc-tga-gcg-aga-ttg-aat-tag-3'
    найдены.                                                           5'-acc-tca-aca-tcc-tgc-tgc-tc-3'
                                                   nad7/1-2
                                                                       5'-cga-tca-gaa-taa-ggt-aaa-gc-3'
                                                   mh44                5'-atg-act-gga-aga-att-gct-cac-3'
                                                                       5'-ttc-act-tga-tac-tca-ccc-cc-3'
   Требования к изучаемым локусам мт ДНК для митотипорования: получение в результате ПЦР одного
продукта (ампликона), длина ампликона должна находиться в пределах 300-500 пар нуклеотидов, проведение
ПЦР в один раунд, полиморфизм локусов должен быть связан с изменением длины цепи ДНК, а не с заменой
нуклеотидов, и т.п.
                                                                                                               15
ОЦЕНКА ФИТОСАНИТАРНОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕСНЫХ
                      ПИТОМНИКОВ

   Для обследования питомников в ФБУ «Рослесозащита» разработана методика
определения инфекции с использованием ДНК-анализа фитопатогенов как экспресс-
метода.

      У разработанной методики, кроме очень значительного сокращения сроков
исследования, есть еще одно неоспоримое преимущество перед всеми остальными
методами анализа. ДНК-анализ позволяет выделить доминантный патоген, который
является действительной причиной заболевания, независимо от сопутствующей
микрофлоры. Причем патоген может быть определен даже без внешних проявлений
на любой стадии развития болезни и количественно. Определение проводится по
локусу ITS рибосомальной ДНК грибов.

     К настоящему времени отобраны образцы с 8-ми питомников Московской
области (361,85 га) и 7-ми питомников Воронежской (1,8 га), Липецкой (42,6 га) и
Курской (42,6 га) областей. Также отобраны образцы 19 питомников Красноярского
края (368,17 га) и 34 питомников Алтайского края (618,76 га).

            Всего в 2014 году обследовано 1409,5 га питомников                     16
ВАЖНО !

Кладоспориоз                     Бурое шютте                            Склерофомоз
                 Альтернариоз
                                                         Фомоз
Традиционные методы:
- Срок – 2-3 недели.                           ДНК -анализ
- Влажная камера или посев на искусственные    Срок – 2-3 дня
питательные среды.                             Выделение и анализ ДНК.
- Микроскопирование – может не быть            Точность определения до вида -100%.
спороношения.                                  Количественно – 2 дня.
- На искусственных питательных средах – рост   Определение доминантного патогена,
сопутствующей микрофлоры.                      вызывающего заболевание .
- Точность определения до вида – низкая.       Ранняя диагностика.
- Количественно – сложно.

    Основное заболевание сеянцев в питомниках не фузариоз, как считалось
                              ранее, а фомоз !
                                                                                     17
Общий      перечень основных патогенов, распространенных на
пораженных сеянцах и саженцах в лесных питомниках Московской,
Воронежской, Курской и Липецкой областей и Красноярского края

 № п/п           Заболевание                Возбудитель          Встречаемость (%)

  1.     Кладоспориоз           Cladosporium sp.                       54,0
  2.     Альтернариоз           Alternaria alternatа                   41,0
  3.     Фомоз                  Phoma sp.(macrostoma, pomorum)         40,0
  4.     Шютте бурое            Rhizosphaera kalkhoffii                13,0
  5.     Шютте обыкновенное      Lophodermium seditiosum               2,0
                                ели - Rhizosphaera macrospora
  6.     Шютте подобное (ели)   Ceuthospora pinastri                   2,0
  7.     Ризоктониоз (парша)    Rhizoctonia sp.                        2,0
  8.     Склерофомоз            Sydowia polyspora                      0,6
  9.     Патогенез хвои         Pladicium lateum                       0,1

  05.02.2015                                                                     18
Распределение патогенов в возрастных группах сеянцев и саженцев в
питомниках Московской области.

        90
        80
                                                  Кладоспориоз
        70
                                                  Альтернариоз
        60
                                                  Фомоз
        50
                                                  Шютте бурое
        40
                                                  Шютте обыкновенное
        30
                                                  Шютте подобное
        20
                                                  Ризоктониоз
        10
                                                  Склерофомоз
         0
              1 год   2 года   3 года   4 года

 05.02.2015                                                            19
Распределение основных патогенов в возрастных группах сеянцев и
саженцев в питомниках Московской области.

 05.02.2015                                                    20
Сравнительный анализ частоты встречаемости заболеваний сеянцев
в питомниках Европейской части РФ и Западной Сибири.

       70

       60

       50                                           Кладоспориоз
                                                    Альтернариоз
       40                                           Фомоз
                                                    Шютте обыкновенное
       30
                                                    Шютте бурое

       20                                           Ризоктониоз
                                                    Склерофомоз
       10

        0
              Европейская часть   Западная Сибирь

 05.02.2015                                                              21
Cladosporium sp.

                                  Alternaria alternatа

                                            Phoma macrostoma

                                            Rhizosphaera kalkhoffii

Наблюдается наличие нескольких патогенов одновременно           22
Определение микоризообразователей на корнях здоровых сеянцев

        W. mikolae изолят 1   W. mikolae изолят 2

                                              Наличие изолятов Wilcoxina
                                              mikolae на корнях здоровых
                                              сеянцев    ели    европейской
    1 год        2 года        3 года
                                              разного возраста:
                                              слева направо –
                                              1 год (образцы 1-4),
                                              2 года (образцы 5-10),
                                              3 года (образцы 11-16).

05.02.2015                                                               23
Спасибо за внимание
Вы также можете почитать