Изучение генетической организации генома растенийНИР

The study of the genetic organization of the plant genome

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Изучение генетической организации генома растений
Результаты этапа: Исследования 2021 г были направлены на изучение функции генов Arabidopsis thaliana, которые играют важную роль в стабильном поддержании направления детерминации клеток при развитии листа. Осуществлен анализ транскрипции ряда генов, вовлеченных в эпигенетические модификации в растениях дикого типа и мутанта tae, анализ транскрипции основных генов стволовости (ген WUS и гены KNOX-семейства класса I – KN1/BP, KN2, KN6, STM) в листьях мутанта и дикого типа (ДТ) на разных стадиях онтогенеза. Охарактеризованы особенности пролиферации клеток листа с использованием мутантной линии, содержащей трансген CycB1;1:GUS. Проведена оценка способности к каллусогенезу и регенерации листовых эксплантов in vitro и проанализирована транскрипция генов стволовости в каллусах (на среде каллусогенеза и среде регенерации) и картирование геновУстановлено, что в регуляции эпигенетического репрограммирования генома и плюрипотентности клеток важную роль играет организменный контроль и клеточные взаимодействия. Эволюция цветка и соцветия у Бобовых, как и у других цветковых растений, связана с изменениями генотипа (мутации в конкретных генах, контролирующих морфогенез) и содержания ДНК в ядре. Изменения в размере генома, вероятно, влияют на длительность жизненного цикла и опосредованно канализируют преобразования в строении репродуктивных структур. Исследования модельного объекта, гороха посевного, показывают, что количественные признаки цветка имеют сравнительно высокую наследуемость. Признаки строения нектарников у Бобовых высоко консервативны в эволюционном плане.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Изучение генетической организации генома растений
Результаты этапа: Объектом исследований служили экотипы арабидопсис Col и Bla, уникальный мутант из коллекции кафедры генетики МГУ, который характеризуется конститутивной активацией ФЭК, а также инбредные линии (7 и 8-ое возвратное скрещивание) и линии полученные путем ауткроссинга. Для выделения РНК использовали молодые листья растений мутанта и дикого типа (ДТ), выращенных при температуре 22°–24°С. Эксперимент проводили в 4-х повторностях. Секвенирование библиотек РНК осуществляли в ЦКП Сколково.Анализ дифференциально экспрессирующихся генов (ДЭГ) выявил у мутанта более 3400 генов с повышенной экспрессией по сравнению с ДТ и более 2000 генов – со сниженной. Среди дифференциально экспрессирующихся генов (ДЭГ) с повышением экспрессии у мутанта более чем в 2 раза (log2FoldChang >1) выявлено обогащение генами, ответа на биотические и абиотические стрессовые воздействия, поранения, воздействие бактериальных и грибных патогенов, засоление, окислительный стресс, а также генов, связанных с действием «стрессовых» гормонов (жасмоновая кислота, салициловая кислота) и пр. В том числе, выявлено 76 активированных генов иммунного ответа (прежде всего - гены TIR-NBS-LRR, TIR-NBS, CC-NBS-LRR-классов), PR -гены (включая гены PR1, PR4, PR5 и 7 генов дефензинов, гены хитиназ и ингибиторов трипсина и др.). Наблюдается и повышение транскрипции генов метакаспаз MC2 и MC8, а также EDS1 и PAD4, которые действуют вместе в контроле защитного ответа и запуска программы клеточной смерти. Выявлено изменение уровня транскрипции многих генов - эпигенетических регуляторов. Среди них гены гистоновых деацетилаз (HDA10, HDA17, HDT4), ДНК-гликозилаз (ROS1, DML3), гистоновых H3K9–метилтрансфераз SUVR2 и SUVH5, ген ATXR6/ SDG34 H3K27me1–метилтрансферазу, ген гистоновой ацетилазы HAF2, РНК-зависимой РНК-полимеразы RDR1, ген AGO3, 4 локуса tasiRNA TAS1a, TAS1b, TAS2, TAS3) и др. Выявленные изменения транскрипции генов, контролирующих эпигенетические модификации ДНК и гистонов, подтвердили наличие процессов эпигенетического перепрограммирования генома, которые лежат в основе ФЭК и, судя по изменению транскриптома, являются следствием аутоиммунитета. С использованием толуидинового голубого красителя подтверждено наличие гибели клеток в листьях мутанта с конститутивным проявлением ФЭК. Листья арабидопсиса кипятили в растворе для окрашивания трипановым синим (0,02 г трипанового синего, 8% фенола, 8% глицерина, 8% молочной кислоты, 8% воды, 95% этанола) и затем обесцвечивали в хлоралгидрате (2,5 г хлоралгидрата растворяли в 1 мл дистиллированной воды) в течение ночи. Исследования выявили запуск программы клеточной смерти в листьях мутанта, что соответствует данным о проявлении в листьях мутанта конститутивного иммунного ответа. Важным результатом явилось обнаружение колокализации на листьях участков гибели клеток и клеток, проявляющих плюрипотентность. Эти данные подтверждают наличие причинно-следственной связи между гибелью клеток, которая является проявлением аутоиммунитета, и активацией регенерационных процессов у мутанта in vivo. Созданы библиотеки ДНК для секвенирования 5 геномов арабидопсис, полученных на основе пулов ДНК растений, имеющих разный фенотип. Для создания пулов использовали растения из специально созданных нами гибридных популяций, полученных в результате инбридинга и ауткроссинга. В ЦПК Сколково осуществлено секвенирование геномов, что необходимо для дальнейшего поиска генов, контролирующих факультативную эпигенетическую регуляцию развития растений на последующих этапах исследований. Материалом для исследования на бобовых растениях были мутанты различных видов Бобовых. Изучены цветки мутантов гороха посевного (Pisum sativum) с нарушениями дифференцировки тычинок (stamina pistilloida-1, superpetaloidum, двойные мутанты stp-1 sup), лепестков (сорт Анвенд с аномально симметричными лепестками-крыльями, мутант keeled wings), комплексными нарушениями (bivexillum, cochleata, unifoliata-tendrilled acacia). В исследование включены мутанты каяна (Cajanus cajan) с нарушениями дифференцировки лепестков (partial cleistogamy, lanceolate). Также проанализирована структура нектарников у «махровых» садовых форм клитории (Clitoria ternatea var. pleniflora) и глицинии (Wisteria floribunda f. violaceoplena). Во всех случаях контролем служили нормальные цветки тех же видов. Использована сканирующая электронная микроскопия. Локализация нектарников в цветках Крестоцветных и Бобовых различна. У резуховидки нектарники расположены кнаружи от тычинок, у Бобовых – на цветоложе или гипантии между тычинками и плодолистиком, причем зачастую только с абаксиальной стороны. Показано, что нектарники отсутствуют в цветках мутантов coch гороха. Это хорошо согласуется с тем, что ген COCH гороха ортологичен генам BLADE-ON-PETIOLE1/2 A. thaliana, которые участвуют в регуляции развития цветковых нектарников. У «махровой» формы клитории происходит перенос программы развития с адаксиального лепестка (флага) на все остальные. В результате наблюдается не только развитие пяти одинаковых лепестков, но и несращение тычинок; цветок становится актиноморфным. Также исчезает гребневидный вырост цветоложа, который в цветках клитории дикого типа обычно интерпретируют как нектарник. У прочих исследованных нами мутантов цветковые нектарники (секреторные устьица на цветоложе и/или гипантии) есть, хотя их размер может быть уменьшен. Эти результаты являются первыми данными относительно генетической регуляции развития цветковых нектарников у Бобовых. Подтверждение находит идея о том, что значительные эволюционные преобразования структуры околоцветника и андроцея (сращение, редукция, изменение симметрии, полимеризация и пр.) не влияют на наличие нектарников в цветке. Исчезновение предполагаемых нектарников при адаксиализации околоцветника в цветке клитории демонстрирует, что перенос программы развития (гомеозис) обладает ограниченным потенциалом в эволюции симметрии цветка. Связь между симметрией цветка и морфологией нектарников существует не только в эволюционных масштабах (как результат отбора), но и на регуляторном уровне: некоторые изменения происходят синхронно. Можно предположить консервативность основных путей генетической регуляции развития цветковых нектарников у покрытосеменных (по крайней мере, в кладе rosids, к которой принадлежат и Крестоцветные, и Бобовые). Однако у Бобовых контроль развития нектарников тесно связан с симметрией цветка, предположительно контролируемой ортологами гена CYCLOIDEA, первоначально описанного у львиного зева (Antirrhinum majus).
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Изучение генетической организации генома растений
Результаты этапа: С целью поиска новых генов, вовлеченных в факультативную эпигенетическую регуляцию развития растений, осуществлено секвенирование и биоинформатический анализ 5 геномов специально созданных гибридных популяций арабидопсис. Эти популяции отличались по проявлению способности к репрограммировани. эпигенома и изменению клеточной идентичности. Для каждого образца генома было получено от 68,7 млн до 78,5 млн уникально картированных высококачественных чтений, а общий объем секвенированнных данных составил около 360н чтений. В течение ряда лет исследована урожайность семян гороха (Pisum sativum L.). Основное внимание уделено числу семяпочек и размеру цветка. Дефицит воды и тепловой стресс снижают урожайность семян гороха как из-за абортирования семян, так и из-за развития меньшего количества семяпочек.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Изучение генетической организации генома растений
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Изучение генетической организации генома растений
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".