В «Сириусе» на направлении «Агропромышленные и биотехнологии» научно-технологической программы «Большие вызовы» школьники ищут способы борьбы с черной пятнистостью – одним из наиболее распространенных заболеваний у садовых роз. Гриб активно распространяется в условиях влажных субтропиков, в том числе на федеральной территории «Сириус». В рамках проекта участникам необходимо идентифицировать молекулярные маркеры, ассоциированные с устойчивостью к черной пятнистости, а также определить генотипы для проведения маркер-опосредованной селекции. В перспективе это позволит получить сорта, устойчивые к заболеванию в результате селекции.
Проект курируют специалисты Никитского ботанического сада, расположенного в Крыму. Его эксперты одними из первых в мире начали заниматься селекцией садовых роз и плановой искусственной гибридизацией. В этой организации уже создано порядка трехсот сортов. Серьезным вызовом для экспертов стала новая грибная болезнь. При поражении черной пятнистостью вначале на листьях появляются темные пятна, лист начинает хуже выполнять свою функцию и получает меньше питательных веществ. На последней стадии листья просто опадают, а затем растение погибает.
Школьники обнаружили признаки заболевания и в ботаническом саду «Сириуса», и на листьях роз, привезенных с южного берега Крыма. С заболеваниями роз можно бороться химическими методами, но это не всегда безопасно для окружающей среды, идеальным решением является высадка изначально устойчивых растений. За устойчивость к заболеванию отвечают особые участки генома роз. Поиск соответствующих ДНК-маркеров стал задачей ребят во время смены.
На первом этапе проекта команда изучила признаки поражения черной пятнистостью, интенсивность заболевания, а также рассмотрела связь между этими показателями и морфологическими особенностями сортов. Таким образом, участникам нужно было проанализировать возможную взаимосвязь между заболеванием и внешним строением листьев того или иного сорта. Ребята сделали вывод, что определить устойчивость по морфологии листьев невозможно, поэтому школьники обратились к современной системе оценки – изучению генов растений, которые способствуют защите от болезней.
«В настоящее время селекционерам известно четыре гена, отвечающих за устойчивость роз к черной пятнистости. Есть так называемые молекулярные маркеры – небольшие фрагменты в геноме или его регуляторных частях, они показывают наличие этих генов. Наша задача – проверить их и определить сорта, в которых они содержатся. Вместе с ребятами мы осваиваем методы выделения ДНК. Розы в этом плане – сложная культура, еще один сплошной “большой вызов” – у них много вторичных метаболитов: фенольных соединений и полисахаридов, которые мешают выделять чистую ДНК. Поэтому мы пробуем разные методы выделения, а затем проверяем, есть ли молекулярные маркеры устойчивости в геноме наших сортов», – рассказывает об этапах работы руководитель проекта, заведующая лабораторией цветоводства Никитского ботанического сада, кандидат биологических наук Вера Зыкова.
Для исследований школьники изучают сорта из Никитского ботанического и сада на территории Образовательного центра «Сириус», а также анализируют образцы, которые привезли из своих регионов.
«Специально для проекта я привезла образцы роз из своего города. В лаборатории мы методом микроскопии также диагностировали на них споры возбудителя черной пятнистости. Я занимаюсь биологией и работаю над проектами по микроклональному размножению саликорнии и паспортизации арбузов. Именно на “Больших вызовах” мне удалось узнать о методиках, благодаря которым можно вырастить здоровые растения», – поделилась участница проекта, школьница из Астрахани Ариана Седики.
«Мы ищем ДНК-маркеры, в которых закодирован белок, определяющий устойчивость к возбудителям черной пятнистости, – грибу Diplocarpon rosae. Это поможет в перспективе получить более устойчивые сорта, которые позволят “обогнать” заболевание на 5–10 лет. Я выбрала направление “Агропромышленные и биотехнологии”, потому что мне нравятся проекты на стыке дисциплин: ботаника, селекция и молекулярная биология. К тому же у меня есть опыт в изучении томатов и аллельных генов тритикале – гибрида ржи и пшеницы», – отметила школьница Анастасия Богю из Москвы.
На проекте участники получают большой опыт практической работы и учатся проводить исследования на современном оборудовании.
«На первой неделе мы измеряли толщину, длину и ширину листьев, делали срезы и измеряли толщину кутикулы. Затем мы перешли к молекулярным методам, выделяли ДНК СТАВ-методом, проводили ПЦР и электрофорез, чтобы увеличить концентрацию целевых фрагментов ДНК», – прокомментировала участница из Красноярска Мария Щеткина.
Над задачей работают школьники из Красноярска, Томска, Москвы, Астрахани и Братска. Полученные результаты будут использованы Никитским ботаническим садом для селекции новых отечественных сортов, устойчивых к черной пятнистости.
