Оценка перспектив семенного размножения декоративных растений – одна из важных задач ботанических садов при поиске новых культур для озеленения интерьеров. Представители семейства Malvaceae Juss. хорошо зареко- мендовали себя как устойчивые декоративно-цветущие растения. Они используются для «зеленого» оформления квартир, офисов и зимних садов уже долгие годы. Род Pavonia Cav. пока мало известен на рынке комнатных растений, что связано с его непредставленностью в цветочных магазинах. В рамках программы по изучению диаспор, формируемых интродуцентами в оранжерее Ботанического сада Самарского национального исследовательского университета, проведено изучение качества семян трех видов рода Pavonia: P. missionum, P. spinifex, P. hastata. В ходе исследования были измерены морфометрические параметры семян, масса 1000 семян, их выполненность и всхожесть. Изучение внутреннего строения семян, проведенное методом цифровой микрофокусной рентгенографии в научно-исследовательской лаборатории инновационных методов изучения и сохранения биологического разнообразия Самарского университета на передвижной рентгенодиагностической установке, выявило следующие виды дефектов: невыполненные и щуплые семена у всех трех видов, трещины и погрызы у семян P. spinifex. Признаков заселенности семян вредителями не обнаружено. Количество полноценных выполненных семян у всех трех видов во все годы исследований превышало 65 %. Первые признаки прорастания семян в лабораторных услови- ях были отмечены на 2-е сутки у P. spinifex и P. Missionum и на 5-е сутки у P. hastata. Всхожесть семян превышала 80 % у семян P. missionum, хранившихся три года, у семян P. spinifex, хранившихся от одного года до пяти лет. Семена P. hastata, по-видимому, имели внутреннее заражение грибами, что привело к их загниванию, несмотря на предварительную предпосевную обработку. Таким образом, семенной материал собственной репродукции оранжереи Ботанического сада, хранившийся менее трех лет, может быть использован для дальнейшего размножения данных видов рода Pavonia.
Ренин-ангиотензин-альдостероновая система (РААС) играет ключевую роль в гормональной регуляции артери- ального давления. В этой работе исследованы эволюционные характеристики ассоциативной генной сети РААС человека, ра- нее реконструированной нами с использованием информационно-программного пакета ANDSystem и содержащей 145 генов. Для каждого из этих генов с помощью созданного нами веб-сервиса OrthoWeb были вычислены две эволюционные характери- стики: индекс PAI (phylogenetic age index – оценка эволюционного возраста гена) и индекс DI (divergence index – оценка режима эволюции гена). PAI соответствует возрасту узла филогенетического древа, в котором возникла эволюционная ветвь, ведущая к рассматриваемому гену. DI равен среднеарифметической оценке отношения числа несинонимичных замен dN к числу сино- нимичных замен dS (dN/dS) в белок-кодирующей области изучаемого гена. На основе оценок PAI с уровнем значимости p < 0.05 в сравнении со всеми белок-кодирующими генами человека было показано достоверно большое количество, 59 из 145, генов РААС (41 %), эволюционный возраст которых соответствовал формированию таксона многоклеточных организмов (Metazoa) до появления кровеносной системы. На основе оценок DI с уровнем значимости p < 0.05 в таксоне Hominidae показано, что 89 генов РААС эволюционировали в режиме стабилизирующего отбора, 54 гена – в режиме нейтрального дрейфа, а два гена, EDN1 и PLA2G2A, – в режиме движущего отбора (адаптивной эволюции).
В настоящее время отмечается увеличение распространения функциональных отклонений в развитии когни- тивных функций, в том числе нарушения внимания, двигательного контроля и распознавания речи, у школьников 7–12 лет, обучающихся в начальных классах. Для своевременной коррекции таких нарушений необходимо разработать комплексную технологию ранней диагностики когнитивных отклонений, адаптированную для работы со школьниками младших классов. Генетические методы, включая анализ генных сетей регуляции поведения, дают возможность установить наследственную предрасположенность к возникновению когнитивных отклонений. Поведенческие тесты, такие как задача Go/noGo, парадигма стоп-сигнал, задача Струпа и задача поиска грамматических ошибок, являются надежными и хорошо валидизированными методиками для оценки степени нарушения различных когнитивных функций на уровне их внешних проявлений. Сочетание поведенческих тестов с регистрацией биоэлектрических сигналов головного мозга (ЭЭГ) позволяет определить нейрофизио- логические причины когнитивных нарушений. Сопоставление результатов психофизиологического тестирования с данными, полученными на основе реконструкции генных сетей регуляции поведения, открывает перспективы для эффективного прогнозирования возможных клинических последствий детских когнитивных отклонений. Разрабатываемый нами програм- мный конвейер Children Neurocognitive Testing позволяет накапливать и анализировать поведенческие, генетические и нейрофизиологические показатели, отражающие наследственные особенности и функциональное состояние систем внимания, активационного и тормозного исполнительного контроля, а также распознавания письменной речи у школьников. Использование конвейера дает возможность быстрой и неинвазивной оценки степени когнитивного развития детей.
Переоткрытие законов Менделя в 1900 г. ознаменовало собой начало «эпохи менделизма» в биологии. Суще- ственным моментом было переключение интересов исследователей с вопросов физиологических механизмов развития на- следуемых признаков в онтогенезе на вопросы фиксации конкретных генов, их структуры и локализации в хромосомах. Про- изошедшая в результате этого чрезвычайно быстрая эволюция знаний в области наследственности и изменчивости вызвала появление в середине XX в. молекулярной биологии для исследования биохимии матричных процессов. И лишь после этого наука вернулась к изучению физиологических механизмов генетики развития. В статье рассмотрена роль Г. Менделя и выяв- ленных им законов наследственности в истории биологии XX столетия
Регуляция транскрипции генов эукариот контролируется транскрипционными факторами (ТФ), распознающими специфические последовательности ДНК, сайты связывания ТФ (ССТФ) в регуляторных районах генов. Поиск ССТФ необходим для выяснения механизмов регуляции транскрипции генов. Технология массового секвенирования ChIP-seq позволяет картировать районы ССТФ в масштабах генома, что радикально расширяет возможности изучения ДНК-белковых взаимодействий. Анализ данных ChIP-seq включает следующие этапы обработки: картирование прочтений; поиск пиков – геномных локусов, где ТФ был связан с ДНК; de novo поиск мотивов как обогащенных паттернов нуклеотидного контекста для комплексов ТФ-ДНК в этих локусах; анализ полученных мотивов ССТФ. Последние два этапа наиболее важны, поэтому мы предлагаем конвейер MultiDeCA (Multi-model De novo discovery of motifs and their Combinatorial Analysis), включающий следующие инструменты. BSMotif кла- стеризует ТФ по сходству мотивов ССТФ на основе классификации ТФ по структуре ДНК-связывающего домена, AntiNoise гото- вит негативные выборки последовательностей ДНК для de novo поиска, MultiDeNA единообразно применяет модели мотивов PWM, BaMM, InMoDe и SiteGA. MCOT/MetArea находят совместную/взаимоисключающую встречаемость мотивов в парах. Инструменты BSMotif/AntiNoise/MultiDeNA позволяют упростить указание вовлеченных ТФ/повысить точность поиска мотивов ССТФ/отразить разнообразие выявляемых ССТФ. Инструменты MCOT/MetArea обеспечивают дополнительный анализ пар мотивов, выявляя потенциальных ТФ партнеров/непрямое связывание для целевого ТФ. Пример анализа ChIP-seq данных для ТФ JunD подтверждает эффективность конвейера.
Дан комментарий к статье И.К. Захарова и О.В. Ваулина «Видообразование, цитогенетика и системные мутации в исследованиях В.Н. Стегния», посвященной научно-исследовательской практике и исследованиям вопросов эволюции проф. Владимира Николаевича Стегния.
Научная и педагогическая деятельность Владимира Николаевича Стегния связана с Томским государственным университетом. Основные направления исследований проведены на малярийных комарах палеарктической части группы Anopheles maculipennis. Построена схема хромосомной эволюции для этих видов. Большой пласт работ посвящен хромосом- ному полиморфизму внутри Anopheles messeae s.l., рассматриваемого как цельный вид. Выявленные на видах родов Anopheles и Drosophila паттерны мест прикрепления хромосом к ядерной оболочке в клетках трофоцитов яичников привели к формиро- ванию концепции системных мутаций (вариации идеи сальтационного видообразования). Различные результаты научной дея- тельности В.Н. Стегния могут рассматриваться неоднозначно: или как фундамент для будущих исследований, или же как объект для аргументированной критики. Необходимо отметить, что созданная им научная школа занимает ключевое положение в российских исследованиях генетики и цитогенетики кровососущих комаров.
Селекция, как основной фактор в интенсификации сельскохозяйственного производства, играет особую роль в создании и сохранении новых полезных генотипов растений. В связи с этим основная цель наших исследований заключалась в использовании традиционных методов селекции в условиях Таджикистана для синтеза новых интенсивных сортов таких куль- тур, как пшеница (Triticum aestivum L.), овес (Avena sativa L.), картофель (Solanum tuberosum L.), топинамбур (Helianthus tuberosus L.) и хлопчатник (Gossipium hirsitum L.), которые в настоящее время широко возделываются на землях фермерских хозяйств респу- блики. В качестве исходного материала для получения этих сортов был использован элитный семенной материал указанных культур. Селекционные работы по выведению новых сортов сельскохозяйственных культур проведены в течение 2010–2024 гг. в Институте ботаники, физиологии и генетики растений Национальной академии наук Таджикистана (Душанбе, 840 м над уров- нем моря), а с культурой хлопчатника – в Институте земледелия Таджикской академии сельскохозяйственных наук (пос. Шарора, Гиссарская долина, 650 м над уровнем моря). В задачи исследования входили изучение исходного материала, проведение ги- бридизации и отборов полезных генотипов среди популяции гибридов и исходных форм. Новые сорта сельскохозяйственных культур, которые получены таджикскими селекционерами, более устойчивы к разным агроэкологическим условиям выращи вания.
Разнообразие форм цветков в природе очень велико, но при этом их структура консервативна. После изучения процессов развития Arabidopsis thaliana была создана ABC модель генетической регуляции формы цветка, в которой каждый круг его органов приобретает свою идентичность благодаря уникальной комбинации активности генов. В рамках ABC модели ген APETALA1 (AP1) принадлежит к генам класса A, которые регулируют формирование лепестков и чашелистиков. Позже эта мо- дель была дополнена генами D и E, в которой формирование околоцветника обусловлено взаимодействием генов А и Е или A, B и E. Однако в последнее время обнаружен ряд фактов, противоречащих тому, что AP1 действительно определяет идентичность лепестков у Angiospermae. Для уточнения функции гена AP1 в представленном исследовании был проведен биометрический и морфологический анализ мутантов apetala 1-1 (ap1-1). В результате плейотропный эффект мутантов ap1-1 был подробно опи- сан. Он включал сокращение периода до начала цветения и трансформации структуры соцветий и цветков. Среди множества эффектов мутации ap1-1 ключевым является смещение развития прицветников на более поздние стадии морфогенеза, которое инициирует серию аллометрических сдвигов внутри единой трансформационной серии (соцветия). Это становится причиной смещения границ цветков внутри соцветий, утраты околоцветника и изменения структуры соцветия. Таким образом, ген AP1 имеет более широкое действие, чем влияние генов класса А. Вероятно, функцией AP1 может быть не инициация развития ле- пестков, а регуляции времени развития элементов соцветия.
Сергей Григорьевич Вепрев – кандидат биологических наук, в 2004–2018 гг. заместитель директора ИЦиГ СО РАН. В рамках исследования популяционно-генетических проблем продуктивности сахарной свеклы в лаборатории изучались эффек- ты гетерозиса у созданных в ИЦиГ СО АН СССР триплоидных гибридов сахарной свеклы. В работах С.Г. Вепрева с соавторами, молекулярными генетиками, по изучению цитоплазматической мужской стерильности у сахарной свеклы – важного призна- ка, обеспечивающего получение однонаправленных межлинейных гибридов, – была обнаружена и изучена нестабильность признака стерильности и митохондриального генома. Учитывая особенности биологии водного гиацинта – эйхорнии, удалось разработать технологию его семенного и микроклонального размножения и создать регламент организации биопрудов по очистке сточных вод в климатических условиях Сибири. В 2010-х гг. С.Г. Вепрев включился в тематику работ по изучению по- лиморфизма по окраске меха в алтайских популяциях соболей. Два десятилетия его жизни были связаны с административной работой в Институте. В 2002 г. исполнял должность заведующего лабораторией искусственного выращивания растений (те- пличным комплексом). В 2004–2013 гг. он – заместитель директора по научной работе, в 2013–2018 гг. – зам. директора по об- щим вопросам ИЦиГ СО РАН. В 2009 г. его назначают зав. отделом генофондов экспериментальных растений, затем, до 2010 г. – зав. лабораторией прикладной агробиотехнологии растений. С 2018 г. он – начальник Научно-образовательного отдела ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Выпускник кафедры цитологии и генетики ФЕН НГУ С.Г. Вепрев вернулся на кафедру уже в качестве преподавате- ля – читал авторский спецкурс «Популяционная генетика растений» для студентов 4 курса.
