Investigation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and room temperature skyrmions in W/CoFeB/MgO thin films and microwires

Recent studies have shown that material structures, which lack structural inversion symmetry and have high spin-orbit coupling can exhibit chiral magnetic textures and skyrmions which could be a key component for next generation storage devices. The Dzyaloshinskii-Moriya Interaction (DMI) that stabilizes skyrmions is an anti-symmetric exchange interaction favoring non-collinear orientation of neighboring spins. It has been shown that material systems with high DMI can lead to very efficient domain wall and skyrmion motion by spin-orbit torques. To engineer such devices, it is important to quantify the DMI for a given material system. Here we extract the DMI at the Heavy Metal (HM) /Ferromagnet (FM) interface using two complementary measurement schemes namely asymmetric domain wall motion and the magnetic stripe annihilation. By using the two different measurement schemes, we find for W(5 nm)/Co20Fe60B20(0.6 nm)/MgO(2 nm) the DMI to be 0.68 +/- 0.05 mJ/m2 and 0.73 +/- 0.5 mJ/m2, respectively. Furthermore, we show that this DMI stabilizes skyrmions at room temperature and that there is a strong dependence of the DMI on the relative composition of the CoFeB alloy. Finally we optimize the layers and the interfaces using different growth conditions and demonstrate that a higher deposition rate leads to a more uniform film with reduced pinning and skyrmions that can be manipulated by Spin-Orbit Torques

РОЛЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Technological peculiar features of biocenosis development in water treatment facilities and a role of biological processes in the technology of ground water treatment are considered in the paper. The paper provides main factors that influence on biological process development.Рассмотрены технологические особенности развития биоценоза в сооружениях водоподготовки и роль биологических процессов в технологиях очистки подземных вод. Приведены основные факторы, влияющие на развитие биологических процессов

Genetic polymorphism of modern common flax (Linum usitatissimum L.) cultivars developed at Russian breeding centers using SSR markers

Background. Molecular identification of plant genomes, based on the use of DNA markers, is becoming a reliable tool for cultivar identification. Widespread application of DNA markers will ensure protection of breeders’ rights for plant breeding centers, purity of seed production processes, and transparency of the domestic crop seed market. The system of SSR markers is suitable to solve the problems of identification and genetic profiling of many crops; it could be successfully used on flax and linseed. The aim of this work was to study the polymorphism of a number of modern Russian common flax cultivars and develop their genetic profiles.Materials and methods. Among the large number of SSR markers (over 1300) used for common flax (Linum usitatissimum L.), the most informative for genotype identification is, in our opinion, the set of 11 SSR primers, characterized by their highest precision. This set of markers was used to study the polymorphism of eleven flax cultivars developed in three geographically diverse locations – Tver, Pskov and Tomsk.Results and discussion. In the studied group of cultivars 53 alleles were identified: 15 of these appeared to be rare, including 11 unique ones. Each flax sample contained its specific set of alleles. Using the alphabetic code for SSR markers made it possible to develop genetic profiles for more precise genotyping of flax samples hardly distinguishable morphologically, thus providing an opportunity to effectuate genetic profiling for all flax cultivars listed in the State Register of Breeding Achievements in Russia. Cluster analysis with a dendrogram showing genetic similarities helped to find differences among the studied flax samples in their distribution according to the place of their origination and the duration of their growing seasons

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АЛЛЕЛЬНОГО СОСТАВА СЕЛЕКЦИОННО ЦЕННЫХ ГЕНОВ ОТДАЛЕННЫХ ГИБРИДОВ ТРИТИКАЛЕ

It’s established that 65 separate plants of remote hybrids of spring triticale with wheat of four crossings of generation F4–F5 have allelic composition of genes of grain proteins(Glu-1), dwarfing genes (Rht) and genes controlling vernalization reaction. It’s determined that genes Dx5 and Dy10 of locus Glu-D1 of wheat are transferred to remote hybrids of triticale. Identified are 11 lines of crossing Uzor ç Rostan which are characterized by the optimal composition of all the studied plant breeding valuable genes: Glu-А1b Glu-B1b Glu-D1d on locus Glu-1, Vrn-A1a Vrn-B1а on locus Vrn-1 and Rht-B1b on locus Rht.У 65 индивидуальных растений отдаленных гибридов ярового тритикале с пшеницей четырех комбинаций скрещиваний поколений F4–F5 установлен аллельный состав генов запасных белков зерна (Glu-1), генов карликовости (Rht), а также генов, контролирующих реакцию на яровизацию (Vrn). Выявлено, что гены Dx5 и Dy10 локуса Glu-D1 пшеницы совместно передаются отдаленным гибридам тритикале. Выделено 11 линий комбинации скрещивания Узор ç Ростань, которые характеризуются оптимальным составом всех изученных селекционно ценных генов: Glu-А1b Glu-B1b Glu-D1d по локусу Glu-1, Vrn-A1a Vrn-B1а по локусу Vrn-1 и Rht-B1b по локусу Rht

Skyrmion Hall Effect Revealed by Direct Time-Resolved X-Ray Microscopy

Magnetic skyrmions are highly promising candidates for future spintronic applications such as skyrmion racetrack memories and logic devices. They exhibit exotic and complex dynamics governed by topology and are less influenced by defects, such as edge roughness, than conventionally used domain walls. In particular, their finite topological charge leads to a predicted "skyrmion Hall effect", in which current-driven skyrmions acquire a transverse velocity component analogous to charged particles in the conventional Hall effect. Here, we present nanoscale pump-probe imaging that for the first time reveals the real-time dynamics of skyrmions driven by current-induced spin orbit torque (SOT). We find that skyrmions move at a well-defined angle {\Theta}_{SH} that can exceed 30{\deg} with respect to the current flow, but in contrast to theoretical expectations, {\Theta}_{SH} increases linearly with velocity up to at least 100 m/s. We explain our observation based on internal mode excitations in combination with a field-like SOT, showing that one must go beyond the usual rigid skyrmion description to unravel the dynamics.Comment: pdf document arxiv_v1.1. 24 pages (incl. 9 figures and supplementary information

Аллельный состав генов пуроиндолинов у сортов мягкой яровой пшеницы (Triticum aestivum L.)

Screening of 27 varieties of soft spring wheat, included in the State register of varieties of the Republic of Belarus for 2019 for the presence of alleles of genes of puroindolines Pina-D1 (Pina-D1a and Pina-D1b) and Pinb-D1 (Pinb-D1a, Pinb-D1b, Pinb-D1d) was carried out using аllele-specific markers. As a result of the research made, it is shown that almost all studied varieties of spring wheat are solid-grained, since their genotype revealed mutant alleles: Pinb-D1b, Pinb-D1c, Pinb-D1d. The exception was the Belarusian varieties of wheat Madonna and Sabina that were the carriers of alleles of wild type Pina-D1a and Pinb-D1a. In the varieties of spring wheat Darja (Belarus), Laska (Belarus), Lubava (Belarus), Slavyanka (Belarus, Russia), Triso (Germany), Sorbas (Germany), Korynta (Poland), Verbena (Poland), Venera (Serbia), Septima (Czech Republic) identified the mutant allele Pinb-D1b. The carriers of the allele Pinb-D1c are the varieties Rostan (Belarus), Rassvet (Belarus), Toma (Belarus), Vasilisa (Belarus), Moneta (Belarus), Nagrada (Belarus), Sudaryna (Belarus), Ladja (Belarus, Russia), Quattro (Germany), Kvintus (Germany), Koksa (Poland), Mandaryna (Poland), Serenada (Poland), Korynta (Poland), Verbena (Poland) and Canuck (France). Amplification fragments characteristic of the mutant allele Pin-bD1d were present in he wheat variety Eureka (Belarus). Varieties of soft spring wheat with the identified alleles of the puroindoline genes Pina-D1 and Pinb-D1 can serve as a starting material for a purposeful formation of the genotype of the variety with specified values of endosperm hardness and softness of the endosperm, and it can also be used as a positive control in molecular genetic studies.Проведен скрининг 27 сортов мягкой яровой пшеницы, внесенных в Государственный реестр сортов Республики Беларусь на 2019 год на присутствие аллелей генов пуроиндолинов Pino-D1 (Pina-D1o и Pina-Dlb) и Pinb-D1 (Pinb-D1ci, Pinb-D1b, Pinb-D1c, Pinb-D1d) с помощью аллель-специфических маркеров. В результате проведенных исследований показано, что практически все изученные сорта яровой пшеницы являются твердозерными, так как в их генотипе выявлены мутантные аллели: Pinb-D1b, Pinb-D1c, Pinb-D1d. Исключение составили белорусские сорта пшеницы Мадонна и Сабина, которые оказались носителями аллелей дикого типа Pina-Dto и Pinb-D1ci. В сортах яровой пшеницы Дарья (Беларусь), Ласка (Беларусь), Любава (Беларусь), Славянка (Беларусь, Россия), Triso (Германия), Sorbas (Германия), Korynta (Польша), Verbena (Польша), Venera (Сербия), Septima (Чехия) идентифицирован мутантный аллель Pinb-D1b. Носителями аллеля Pinb-DH являются сорта: Ростань (Беларусь), Рассвет (Беларусь), Тома (Беларусь), Василиса (Беларусь), Монета (Беларусь), Награда (Беларусь), Сударыня (Беларусь), Ладья (Беларусь, Россия), Quattro (Германия), Kvintus (Германия), Koksa (Польша), Mandaryna (Польша), Serenada (Польша), korynta (Польша), Verbena (Польша) и Canuck (Франция). Фрагменты амплификации, характерные для мутантного аллеля Pinb-D1d присутствовали у сорта пшеницы Эврика (Беларусь). Сорта мягкой яровой пшеницы с идентифицированными аллелями генов пуроиндолинов Pina-D1 и Pinb-D1 могут служить исходным материалом при целенаправленном формировании генотипа сорта с заданными значениями твердости и мягкости эндосперма, а также использоваться в качестве положительного контроля при проведении молекулярно-генетических исследований

Анализ межлинейного полиморфизма и степени гомозиготности линий удвоенных гаплоидов тритикале с помощью микросателлитных маркеров

We evaluated the rate of polymorphism of doubled haploid lines of hexaploid triticale obtained by the method of anther culture based on hybrids of spring and winter types. Using 7 SSR markers for the loci on the chromosomes A- (Xgwm186, Xgwm291, Xgwm595) and B- (Xgwm371, Xgwm540, Xgwm554, Xgwm234), polymorphism of 38 doubled haploid lines of hexaploid triticale was studied. Interlinear polymorphism along six microsatellite loci except the Xgwm554 locus, which is not polymorphic in the studied doubled haploid lines, was revealed. The highest polymorphism was observed for the Xgwm186, Xgwm291 and Xgwm595 loci. The cluster analysis showed that all studied lines were divided into three main groups. The origin of the lines did not affect the distribution in groups. This confirms the influence of in vitro culture somaclonal variation. Eight lines of doubled haploids, which are heterozygous for one of the studied microsatellite loci, were identified. We showed the possibility of using SSR markers to assess interlinear polymorphism and the homozygosity rate in the triticale doubled haploid lines obtained by the method of induced androgenesis in vitro.Дана оценка степени полиморфизма линий удвоенных гаплоидов гексаплоидного тритикале, полученных методом индуцированного андрогенеза in vitro на основе гибридов F1 и F2 гексаплоидного тритикале ярового и озимого типов развития. С использованием семи маркеров к микросателлитным локусам, расположенным на хромосомах А- (Xgwm186, Xgwm291, Xgwm595) и В- (Xgwm371, Xgwm540, Xgwm554, Xgwm234) генома, изучен полиморфизм у 38 линий удвоенных гаплоидов и проведена оценка степени гомозиготности исследуемых линий. Полученные результаты свидетельствуют о наличии межлинейного полиморфизма по шести микросателлитным локусам. Обнаружено, что локус Xgwm554 не является полиморфным у исследуемых линий удвоенных гаплоидов. Наибольший полиморфизм отмечался для локусов Xgwm186, Xgwm291 и Xgwm595. По результатам кластерного анализа все исследованные линии распределились в три основных кластера, независимо от происхождения. Выделено восемь линий удвоенных гаплоидов, являющихся гетерозиготными как минимум по одному из исследуемых микросателлитных локусов. Показана возможность использования SSR-маркеров для оценки межлинейного полиморфизма и степени гомозиготности линий удвоенных гаплоидов тритикале, полученных методом индуцированного андрогенеза in vitro

KASP-генотипирование локусов, ассоциированных с признаком «масса 1000 зерен» мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.)

Using the KASP technology, the allelic composition of TaTGW6-A1, TaGASR7-A1, TaCKX6-D1, and TaGs3-D1 loci associated with the 1000-grain weight trait was identified in 25 varieties and variety accessions of the common wheat of Belarusian and foreign breeding. Annotated DNA sequences were selected for modeling and synthesis of KASP primers. It was demonstrated that the examined genotypes had carried both favorable alleles associated with 1000-grain weight, and the alleles producing a negative effect on the trait under study. Six wheat accessions of Belarusian breeding were identified. They carried a complex of alleles positively correlating with the 1000-grain weight trait: variety Vestochka-17, accessions E-2318, E-2263, E-2298, E-1569, and E-2695.С использованием технологии KASP определен аллельный состав локусов TaTGW6-A1, TaGASR7-A1, TaCKX6-D1, TaGs3-D1, ассоциированных с признаком «масса 1000 зерен», у 25 сортов и сортообразцов мягкой яровой пшеницы белорусской и зарубежной селекции. Подобраны аннотированные ДНК последовательности для моделирования и синтеза праймеров KASP. Показано, что исследованные генотипы несут как благоприятные аллели, ассоциированные с увеличением массы 1000 зерен, так и аллели, оказывающие негативное влияние на исследуемый признак. Выделено 6 образцов пшеницы белорусской селекции, несущих комплекс аллелей, положительно коррелирующих со значением массы 1000 зерен: сорт Весточка-17, сортообразцы Э-2318, Э-2263, Э-2298, Э-1569, Э-2695

Полиморфизм микросателлитных локусов у белого (Hypophthalmichthys molitrix Val.) и пестрого (Hypophthalmichthys nobilis Rich.) толстолобиков, выращиваемых в аквакультуре в Республике Беларусь

In this study, we evaluated the genetic diversity of silver (Hypophthalmichthys molitrix Val.) and bighead (Hypophthalmichthys nobilis Rich.) carps grown in aquaculture in the territory of the Republic of Belarus. Genotyping was obtained for 11 STR-loci - Hmo11, Hmo13, Hmo15, Hmo25, Hmo26, Hmo31, Hmo33, Hmo 34, Hmo36, Hmo37, and Hmo40. The following parameters were calculated: the average number of alleles per locus, the effective number of alleles, the levels of expected and observed heterozygosity, the value of the Shannon information index and the fixation indexes FIS and FST. The obtained results indicate a moderate (for silver carp) and sufficiently high (for bighead carp) genetic diversity of the studied samples of carps up to the possibility to allocate several groups for subsequent work on obtaining linear material and further reproduction, including commercial fish. However, to achieve these goals, it is necessary to pay special attention to the selection of pairs of producers taking into account the results of molecular genetic analysis. The scheme for the differentiation of hybrid individuals between silver and bighead carps and the use of molecular genetic analysis of STR-loci would be proposed. This approach can be used as a minimally invasive rapid test in breeding and reproductive programs for the studied fish species.Communicated by Academician A. V. KilchevskyДана оценка генетического разнообразия белого (Hypophthalmichthys molitrix Val.) и пестрого (Hypophthalmichthys nobilis Rich.) толстолобиков, выращиваемых в аквакультуре на территории Республики Беларусь, по данным генотипирования 11 микросателлитных локусов - Hmo11, Hmo13, Hmo15, Hmo25, Hmo26, Hmo31, Hmo33, Hmo34, Hmo36, Hmo37, Hmo40. Рассчитаны следующие показатели: среднее число аллелей на локус, эффективное число аллелей, уровни ожидаемой и наблюдаемой гетерозиготности, значение информационного индекса Шеннона, индексы фиксации FIS и FST Полученные результаты свидетельствуют об умеренном (для пестрого толстолобика) и достаточно высоком (для белого толстолобика) генетическом разнообразии изученных выборок, что дает возможность выделить несколько групп для получения линейного материала и дальнейшего воспроизводства, в том числе товарной рыбы. Вместе с тем следует уделить особое внимание подбору пар производителей с учетом результатов молекулярно-генетического анализа. На основании молекулярно-генетического анализа пяти микроса-теллитных локусов предложена схема по дифференциации гибридных особей между пестрым и белым толстолобиками, что может быть использовано в качестве малоинвазивного экспресс-теста в селекционных и воспроизводительных программах для данных видов растительноядных рыб

Генетическая структура популяции карпа (Cyprinus carpio carpio), выращиваемого в аквакультуре в Республике Беларусь

In this study, we presented a panel of 14 microsatellite loci (MFW1, MFW2, MFW6, MFW9, MFW10, MFW11, MFW13, MFW16, MFW20, MFW24, MFW26, MFW28, MFW29 and Cid0909), with which we studied the genetic structure of Cyprinus carpio carpio of the breed “Izobelinsky” in the Republic of Belarus. Four offshoots of carp were included in the study: two mirrory (“Smes’ zerkal’naya”, “Tri prim”) and two scaly (“Smes’ cheshujchataya”, “Stolin XVIII”).As a result, it was found that the carp breed “Izobelinsky” exhibits a high level of in-breed genetic variability. In the studied microsatellite loci, 231 alleles were identified, 62 % of the total number of alleles were rare alleles with a frequency of occurrence of less than 5.0 %. The number of effective alleles (Ne) at the loci ranged from 3.082 (MFW10) to 9.754 (MFW26). The Shannon biodiversity index (I) was 2.082 ± 0.075. The highest value of the expected heterozygosity index (He) was noted for the MFW26 locus (0.897), the lowest – for the MFW10 locus (0.676).The greatest genetic diversity is characteristic of the scaly carp “Smes’ cheshujchataya” and “Stolin XVIII”. The highest total percentage of rare alleles was determined for fishes from “Stolin XVIII”. The minimum values of this parameter were found for specimens of the carp “Smes’ zerkal’naya” and “Tri prim”.The results of this study indicate a fairly high genetic diversity of four offshoots of the carp breed “Izobelinsky”, which was established using the marker loci optimally selected for analysis. This makes it possible to differentiate the layering among themselves.Представлена панель из 14 микросаттелитных локусов (MFW1, MFW2, MFW6, MFW9, MFW10, MFW11, MFW13, MFW16, MFW20, MFW24, MFW26, MFW28, MFW29 и Cid0909), с помощью которых изучена генетическая структура карпа (Cyprinus carpio carpio) породы «Изобелинский», разводимой на территории Республики Беларусь. В исследование включены четыре отводки: две зеркальные («Смесь зеркальная», «Три прим») и две чешуйчатые («Смесь чешуйчатая», «Столин XVIII»).Установлено, что порода карпа «Изобелинский» обнаруживает высокий уровень внутрипородной генетической вариабельности. В исследованных микросателлитных локусах идентифицирован 231 аллель, причем 62 % от общего количества аллелей составляли редкие аллели с частотой встречаемости менее 5,0 %. Число эффективных аллелей (Ne) в локусах варьировало от 3,082 (MFW10) до 9,754 (MFW26). Индекс биоразнообразия Шеннона (I) составил 2,082 ± 0,075. Наибольшее значение показателя ожидаемой гетерозиготности (Hе) отмечено для локуса MFW26 (0,897), наименьшее – для локуса MFW10 (0,676).Обнаружено, что большее генетическое разнообразие характерно для чешуйчатых отводок карпа «Смесь чешуйчатая» и «Столин XVIII». Наибольший суммарный процент редких аллелей определен для особей из отводки «Столин  XVIII». Минимальные значения данного параметра выявлены для особей  зеркального  карпа  отводок «Смесь зеркальная» и «Три прим».Результаты свидетельствуют о достаточно высоком генетическом разнообразии четырех изученных отводок породы карпа «Изобелинский», установленном с помощью оптимально подобранных для анализа маркерных локусов, что дает возможность дифференцировать отводки между собой