ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Работа посвящена проблемам генетики развития растений. В качестве объектов будут использованы модельный объект генетики растений арабидопсис, горох посевной, другие представители бобовых. Будет проведено исследование генетического контроля особенностей развития побега и соцветия у бобовых на примере гороха посевного. Будет проведен анализ генетического контроля и изучение экспрессии генов, контролирующих развитие побега и цветка у арабидопсис. В результате будут идентифицированы новые гены, отвечающие за процессы роста и развития цветка у растений. Будет исследован генетический контроль ответа растительной клетки на холодовой стресс на примере арабидопсис.
The work is dedicated to the problems of plant development genetics. The objects that will be used in this investigation are model objects of plant genetics Arabidopsis thaliana, Pisum sativum and other representatives of legumes. The investigation of genetic control of the features of the development of the shoot and inflorescence in legumes on the example of Pisum sativum will be carried out. Genetic control will be analyzed and the expression of genes that control the development of shoots and flowers in Arabidopsis will be investigated. As a result, new genes that are responsible for the growth and development of the flower in plants will be identified. Genetic control of the plant cell response to cold stress will be investigated using the example of Arabidopsis.
Исследования будут направлены на изучение функции генов Arabidopsis thaliana, которые по данным проведенных нами ранее исследований играют важную роль в стабильном поддержании направления детерминации клеток при развитии листа. Будет осуществлен анализ транскрипции ряда генов , вовлеченных в эпигенетические модификации в растениях дикого типа и мутанта tae. А также анализ транскрипции основных генов стволовости (ген WUS и гены KNOX-семейства класса I – KN1/BP, KN2, KN6, STM) в листьях мутанта и ДТ на разных стадиях онтогенеза . Планируется также изучение пролиферации клеток листа с использованием мутантной линии, содержащей трансген CycB1;1:GUS. Будет проведена оценка способности к каллусогенезу и регенерации листовых эксплантов in vitro и проведен анализ транскрипции генов стволовости в каллусах (на среде каллусогенеза и среде регенерации). Мутант tae является уникальной моделью для изучения роли эпигенетических модификаций в регуляции плюрипотентности клеток. Планируется продолжить изучение генетической регуляции развития зигоморфного цветка у Бобовых. Будут изучены наследование, взаимодействие и особенности фенотипического проявления мутаций, нарушающих симметрию цветка у гороха посевного. Особенное внимание будет обращено на генетический контроль формирования цветковых нектарников. Будет изучена структура нектарников у мутантов ряда видов Бобовых, а также у некоторых модельных дикорастущих видов с различным планом строения цветка. В планы также входит изучение полиморфизма генов, которые по имеющимся представлениям регулируют развитие нектарников у модельного вида Arabidopsis thaliana — в первую очередь, гена CRABS CLAW. Будет продолжена работа по изучению связи между морфологическими и экологическими характеристиками и размером генома у Бобовых. Планируется расширить спектр изучаемых видов — в первую очередь, за счет высокополиморфного рода Astragalus.
На кафедре генетики МГУ имеется уникальная генетическая коллекция отечественных сортов гороха посевного. Эти сорта, а также мутантные линии служат основой для изучения генетических факторов, регулирующих сроки цветения и плодоношения бобовых культур. для изучения проблем генетики растений. Кроме этого на кафедре имеется представительная коллекция Arabidopsis thaliana, включающая в себя различные мутанты и природные изоляты. На кафедре генетики МГУ имени М.В. Ломоносова имеются коллекции гороха и арабидопсис, в которых представлено большое количество мутантных линий и сортов этих растений, а также их природных изолятов из разных мест обитания. К настоящему времени у арабидопсис и гороха идентифицирован ряд важных генов, отвечающих за функционирование меристем, развитие стебля и цветка, инициацию и развитие листа.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | 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: |
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".