Растително-почвени взаимодействия – Научна група 1
Научна група
Генетични ресурси, ефективност на минералното хранене и толерантност към стрес на житни култури
Приключилият през 2025 г. проект КП-06-Н31/17 е част от европейските и глобални усилия за устойчиво земеделие и ефективно използване на растителните генетични ресурси. Основната цел беше да се изясни молекулярната структура и генетичната вариабилност на българския генофонд при обикновената пшеница, както и генетичната архитектура на признаци, определящи добива и качеството на зърното.
Основни научни постижения
- За първи път българският генофонд от обикновена пшеница е охарактеризиран на ДНК ниво чрез цялостен геномен скрининг със SNP (single nucleotide polymorphism) маркери. Анализирана е колекция от 179 български сорта, създадени от началото на XX век.
- Определена е популационната структура (Фиг. 1), като са разграничени субпопулации от стародавни и съвременни сортове и е установена степента на генетичен пренос, свързан със селекционната дейност.
- Анализирано е естественото фенотипно вариране по ключови стопански признаци: височина на растенията, абсолютно тегло на зърната и съдържание на протеин в зърното.
- Картирани са геномни райони в пшеничните хромозоми, контролиращи тези признаци, и са идентифицирани потенциални кандидат‑гени и свързани с тях специфични ДНК маркери (Fig. 2).
- В международна колекция от 255 образци от 27 страни е изследвано варирането по съдържание на протеин в зърното, като са установени маркерни асоциации и потенциални отговорни гени (Fig. 3).
Значимост на резултатите
Идентифицираните функционални ДНК маркери имат потенциал да подпомогнат прецизния селекционен отбор и да ускорят създаването на високопродуктивни и качествени сортове пшеница. Получените резултати могат да улеснят избора на подходящи родителски форми и целенасоченото използване на старата зародишева плазма. Няколко български сорта се открояват като потенциални източници на гени за едновременно подобряване на абсолютното тегло на зърната и съдържанието на протеин. Проектът допринася към глобалните стратегии за устойчиво земеделие, повишена продуктивност и продоволствена сигурност в условията на климатични промени и растящо световно население.
Фиг. 1. Генетична структура на българските стародавни и съвременни пшенични сортове. (А) Оценка на оптималния брой клъстери, определени по метода на Evanno; (В) Структура на популацията от 179 сорта. Всеки сорт е представен с оцветена лента с дължина, пропорционална на участието му към всеки от определените три клъстера; (С) Трите клъстера са представени като отделни субпопулации.
Фиг. 2. Експресионни профили (log2 tpm, transcripts per million) на избрани кандидат-гени, контролиращи признаците „съдържание на протеин в зърното“ (GPC) и „абсолютно тегло на зърната“ (TKW) при пшеница.
Фиг. 3. Манхатън плотове (ляво) и Q-Q плотове, получени при GWAS анализ на признака „съдържание на протеин в зърното“ в популация от 255 сорта пшеница
Абиотичният стрес оказва негативно влияние върху добивите на културните растения. Пшеницата е сред най-важните житни в конвенционалното земеделие като основен източник на хранителни вещества. Повишеният интерес към здравословен начин на живот доведе до търсенето на храни с по-висока хранителна стойност и по-добри свойства на зърното в сравнение с традиционните житни култури. В тази насока лимецът е сред основните претенденти за отглеждане в условия на устойчиво земеделие. Данните за него сочат по-високи хранителни и технологични свойства на зърното и по-добро представяне при неблагоприятни фактори на средата. Изследвано е влиянието на различни видове абиотичен стрес (ниско ниво на азот, UV стрес, засушаване и засоляване) върху азотната асимилация при пшеница и лимец чрез отчитане активността на ключови ензими от азотния метаболизъм (НР и ГС). Силата на различните видове индуциран абиотичен стрес е изследвана посредством отчитане на актиоксидантната и антирадикалната активност при двата растителни вида (пшеница и лимец).
