Проведены две серии тестов (на мышах и крысах) по оценке продолжительности жизни старых животных, которым были реинфузированы клетки костного мозга старых животных, обработанные фрагментированной ДНК человека (hDNAgr), ангиогенином рекомбинантным человеческим и двумя препаратами совместно. В качестве групп сравнения использовались животные, которым реинфузировали необработанные клетки костного мозга старых животных или клетки костного мозга от молодых особей. В случае как аутбредных мышей, так и мышей линии CBA/Lac не выявлено достоверного увеличения продолжительности жизни животных при реинфузии клеток костного мозга, обработанных препаратом hDNAgr, по сравнению с группой мышей, которым реинфузировали необработанные клетки костного мозга. При использовании линии CBA/Lac мыши, которым реинфузировали клетки костного мозга, обработанные ангиогенином, на 10-й месяц после обработки одновременно пали от характерного симптомокомплекса. Патоморфологический анализ предполагает, что одновременная гибель мышей произошла в результате патологических нарушений в выделительных системах животных. Реинфузия клеток костного мозга от старых животных, обработанных ангиогенином и hDNAgr, и клеток костного мозга, взятых от молодых животных, значительно увеличивает продолжительность жизни мышей в группах. Совместное применение двух активаторов, ангиогенина и hDNAgr, увеличивало среднюю продолжительность жизни 30 % экспериментальных мышей до 35 мес. при 28 мес. в контроле. При использовании в качестве модельных животных крыс линии Вистар в первом эксперименте было показано достоверное увеличение жизни крыс при реинфузии клеток костного мозга старых животных, обработанных препаратом hDNAgr, до 28 мес. по сравнению с группой, получавшей необработанные клетки костного мозга старых животных, где средняя продолжительность жизни крыс составила 24 мес. Во втором аналогичном эксперименте достоверной разницы в продолжительности жизни крыс для указанных двух групп показано не было. Животные, которым вводили клетки костного мозга, обработанные ангиогенином, прожили достоверно дольше, чем крысы из контрольной группы. Проведенный анализ количества теломерной ДНК в клетках костного мозга крыс экспериментальных и контрольной групп через 12 мес. после обработки свидетельствовал, что достоверного увеличения теломерной ДНК не произошло. Рассматривается молекулярная/клеточная модель старения организма, связанная с концепцией «природной реконструкции генома».

Получение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток из Т-лимфоцитов периферической крови представляет собой перспективную альтернативу использованию фибробластов кожи. Этот подход сочетает минимально инвазивный забор биоматериала совместно с быстрым получением обогащенной популяции целевых клеток. Дополнительным преимуществом является относительно низкий мутационный груз T-лимфоцитов по сравнению с традиционным источником соматических клеток для репрограммирования – фибробластами кожи, ввиду того что Т-лимфоциты защищены от хронического воздействия ультрафиолетового излучения – одного из ключевых факторов накопления соматических мутаций. Объективная верификация моноклональности полученных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток возможна благодаря наличию V(D)J-перестроек генов Т-клеточного рецептора, формирующихся в результате соматической рекомбинации в тимусе в процессе естественного созревания Т-лимфоцитов. Эти перестройки остаются неизменными при репрограммировании и служат уникальным маркером, позволяющим достоверно идентифицировать моноклональные линии и исключать контаминированные линии или линии поликлонального происхождения. Надежная верификация клонального происхождения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток может быть важной в экспериментах, предъявляющих высокие требования к генетической однородности. Данная работа посвящена созданию и комплексной характеристике моноклональных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из CD3+ Т-лимфоцитов здорового донора методом эписомного репрограммирования. Полученные линии RCPCMi014-A (PBM022E5) и RCPCMi014-B (PBM022E7) соответствуют принятым критериям качества для индуцированных плюрипотентных стволовых клеток: они демонстрируют экспрессию ключевых маркеров плюрипотентности (OCT4, SOX2, SSEA-4, TRA-1-81), способность к дифференцировке в производные всех трех зародышевых листков и обладают нормальным кариотипом. Обе линии показали способность к дифференцировке в дефинитивную эндодерму с высокой эффективностью, оцененной по экспрессии CXCR4, что определяет их перспективность для разработки протоколов генерации β-клеток поджелудочной железы. Полученные линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток могут быть использованы для фундаментальных исследований механизмов плюрипотентности и дифференцировки, а также для создания изогенных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток с внесенными мутациями при моделировании редких наследственных заболеваний.

Пыльная головня ячменя, вызываемая базидиомицетом Ustilago nuda (Jens.) Roster, встречается во всех регионах, где возделывается эта культура. Селекция на резистентность к пыльной головне, основанная на использовании доноров, обладающих генами устойчивости, представляет экологически и экономически безопасный способ, сдерживающий отрицательное действие патогена на ячмень. Внедрение в селекционный процесс молекулярно-генетических подходов позволяет контролировать передачу генов резистентности в гибридный материал. Ген Run8 контролирует устойчивость ко многим изолятам пыльной головни и служит источником высокой устойчивости к этому возбудителю. Цель представленной работы – разработка молекулярного маркера к гену Run8 для отбора из гибридных популяций генотипов ячменя, устойчивых к пыльной головне. С помощью сравнения доступных из базы данных пангенома ячменя нуклеотидных последовательностей гена Run8 определена инсерция/делеция шести пар нуклеотидов в кодирующей области гена. На основе выявленного полиморфизма разработан молекулярный маркер Hor7050, позволяющий дифференцировать аллели гена Run8. Маркер был протестирован на гибридных линиях F₅–F₆, полученных от скрещивания сорта Эльф – донора резистентности к пыльной головне – и несущего, по данным оригинаторов, ген Run8, с сортом Танай, обладающим практической устойчивостью к возбудителю. С помощью разработанного маркера из 84 гибридов были отобраны 18, несущих ген Run8 сорта Эльф. Однако проведенная фитопатологическая оценка показала, что из выделенных линий восемь восприимчивы к заболеванию. Для уточнения генотипа 18 отобранных линий был проведен дополнительный анализ с помощью микросателлитного маркера EBmac0541, сцепленного с геном Run6. Была установлена взаимосвязь между наличием аллеля данного маркера от сорта Эльф и устойчивостью к заболеванию. Возможно, сорт Эльф, кроме гена Run8, несет ген Run6, эффективный против расы 1 возбудителя пыльной головни. Для уточнения наличия гена Run6 у сорта Эльф требуются дополнительные исследования. Помимо устойчивости, отобранные линии были охарактеризованы по признакам продуктивности. По результатам двухлетнего анализа выделены три продуктивные резистентные линии с геном Run8 – 32, 65 и 79, достоверно превышающие по урожайности контрольный сорт Эльф.

Гибридизация различных местных сортов или диких видов сельскохозяйственных культур способствует генетической рекомбинации и приводит к созданию улучшенных сортов, в особенности у культур, размножающихся половым путем. В отличие от этого, у культур с бесполым размножением, таких как сахарный тростник (гибрид Saccharum spp.), генетическая рекомбинация посредством гибридизации затруднена из-за самоили перекрестной несовместимости (низкой фертильности). Такие сельскохозяйственные культуры могут быть улучшены за счет сомаклональной изменчивости с помощью методов культуры ткани. Сахарный тростник, являющийся одним из основных источников мирового производства сахара и биоэтанола, из-за недостаточной устойчивости к биотическим и абиотическим стрессовым факторам несет значительные потери урожая. Несмотря на эффективность методов культивирования in vitro, сомаклональная изменчивость остается недостаточно изученной в программах селекции сахарного тростника. Для решения проблем, появляющихся у сахарного тростника в условиях меняющейся динамики окружающей среды, в настоящем обзоре критически оценивается роль сомаклональной изменчивости в создании сортов сахарного тростника, рассмотрены ее основные механизмы, практическое применение и факторы, влияющие на ее возникновение. Кроме того, обсуждаются ограничения и проблемы практического применения этого метода при создании сортов, не позволяющие адекватно использовать его в современных селекционных работах. Использование потенциала сомаклональной изменчивости в сочетании с передовыми технологиями позволит преодолеть данные ограничения и удовлетворить растущие потребности в производстве сахара и биотоплива и в биоэнергетической промышленности.

Для озимой пшеницы зимостойкость – один из комплексных признаков, определяющих успешное возделывание этой культуры, а отвечающие за нее гены признаны высоко значимыми для селекционных работ. Накопление белков, препятствующих рекристаллизации льда (ice recrystallization inhibition proteins, IRIP), коррелирует с выживаемостью озимой пшеницы, что указывает на важность учета этого признака при получении более морозоустойчивых сортов. Значение IRIP для выживаемости определяется их способностью встраиваться в растущие кристаллы льда, что ограничивает формирование крупных ледяных конгломератов в тканях озимых растений. IRIP пшеницы, накапливающиеся преимущественно в апопласте листьев и узлов кущения в период холодовой акклимации, характеризуются типичной двойственной структурной организацией, определяющей как проявление IRI-активности, так и антипатогенные свойства. Молекула IRIP пшеницы содержит на С-конце консервативный несколько раз повторяющийся фрагмент NxVx(x)G, формирующий ответственную за связывание с поверхностью льда β-спираль; на N-конце расположены типичная для активируемых патогенами киназ LRR-последовательность, а также направляющий сигнальный пептид. Геном пшеницы содержит до 11 IRI-генов. Промотор генов TaIRI содержит типичные основные цисактивирующие элементы и некоторые элементы, реагирующие на абиотический стресс и гормоны. Изоформы ответственных за защиту от патогенов белков (pathogenesis related proteins, PRP), накапливающихся у озимой пшеницы в период холодовой акклимации, также обладают IRI-активностью. Экспрессия генов IRIP и PRP положительно коррелирует с холодоустойчивостью растений озимой пшеницы. Регуляция генов IRIP и генов PRP, активируемых холодом, согласно современным данным, АБК-независимая, но зависит от присутствия жасмоновой кислоты и от некоторых протеомных факторов транскрипции. В обзоре приведены примеры практического использования изолированных IRIP озимой пшеницы. Вопрос о факторах регуляции активности генов IRIP и активируемых холодом PRP является наименее разработанным на сегодняшний день. Связь этих белков с зимостойкостью пшеницы указывает на перспективность их дальнейшего изучения.

Хорошо известная семечковая культура – груша – на территории России занимает около 7 % общих площадей насаждений многолетних плодовых культур. Основную долю грушевых садов составляют зарубежные европейские сорта. Возвратные заморозки, которые характерны для южных регионов страны в весенний период, приводят к значительным потерям урожая. В настоящей работе изучены особенности ответных реакций цветочных почек сортов груши на низкотемпературный стресс. Исследовали крымский сорт Джанкойская поздняя, два краснодарских сорта Левен и Фламенко, а также межвидовой гибрид Киффер. Цветочные почки на разных стадиях развития промораживали в климатической камере в течение 12 ч при температуре –1.5…–2.0 °С. После стресса определяли активность некоторых ферментов антиоксидантной системы, содержание фенольных соединений, малонового диальдегида и уровень экспрессии генов тех же ферментов и белков, участвующих в холодовой адаптации. Выявлено, что осенний сорт Киффер в условиях Краснодарского края быстрее других изученных сортов начинает цвести, вследствие чего наиболее подвержен воздействию возвратных заморозков, о чем свидетельствуют высокие значения малонового диальдегида и уровень активности супероксиддисмутазы. Отечественные сорта Левен (зимний сорт) и Фламенко (летний) обладали самыми высокими показателями активности пероксидазы и экспрессии генов PcDREB2, PcCAP160, PcCOR413, PcPOX1 на фоне сниженного уровня малонового диальдегида. Как правило, данные сорта позднее выходили из состояния покоя по сравнению с сортом Киффер. Крымский сорт зимнего срока созревания был ближе по исследуемым параметрам к межвидовому гибриду, но отличался меньшими показателями ферментативной активности и экспрессией рассматриваемых генов. Полученные результаты позволяют заключить, что в условиях произрастания груши на территории южного региона страны, где возможны возвратные заморозки в весенний период, большей физиологической устойчивостью обладают сорта с началом цветения во второй-третьей декадах апреля, характеризующиеся высокими показателями антиоксидантной ферментативной активности, в первую очередь пероксидазы, и уровнем экспрессии генов PcDREB2, PcCAP160 и PcCOR413.

Помимо основного L-галактозного пути синтеза L-аскорбиновой кислоты (АсК) в растениях, известно три альтернативных пути. Один из них, D-галактуроновый, считается специфичным для тканей с избытком D-галактуроната – субстрата D-галактуронатредуктазы (GalUR), относящейся к семейству альдегидкеторедуктаз (AKR). В настоящей работе идентифицировано семейство генов AKR чеснока Allium sativum L. и определено семь генов, AsGalUR1–7, предположительно кодирующих ферменты GalUR. Охарактеризованы структура и филогения генов AsGalUR1–7 и кодируемых ими белков, а также профиль экспрессии генов AsGalUR в различных органах растения чеснока (in silico и ПЦР-РВ). На основе полученных данных гены условно разделены на корневую (AsGalUR1–4) и листовую (AsGalUR5–7) группы по признаку наибольшей экспрессии в подземной и надземной частях растения соответственно. Проведен анализ экспрессии генов AsGalUR в листьях и корнях в ответ на воздействие засухи, солевого и холодового стрессоров, а также экзогенных фитогормонов (абсцизовая кислота, метилжасмонат), вкупе с измерением содержания АсК. Показано, что обработка гормонами подавляет экспрессию всех анализируемых генов в обоих типах органов. Холодовые условия в корнях стимулируют экспрессию корневых генов и подавляют – листовых и оказывают противоположный эффект в листьях. Осмотические стрессоры (NaCl, PEG) подавляют транскрипцию всех генов в листьях, но не меняют (NaCl) или стимулируют (PEG) ее в корнях, что сопровождается ростом накопления АсК. В листьях в стрессовых условиях выявлена положительная корреляция между экспрессией генов AsGalUR1 и 4 и содержанием АсК. Полученные данные могут стать основой для дальнейшего изучения механизмов регуляции синтеза АсК у чеснока и других видов Allium.

Одним из актуальных направлений исследований растительно-микробных взаимодействий является изучение механизмов адаптации растений к стресс-факторам среды за счет развития симбиозов с различными микроорганизмами. Хорошо известна роль грибов арбускулярной микоризы в адаптации растений к засухе, но механизмы данных процессов до сих пор раскрыты не полностью, особенно в тканях листьев. Предполагается, что некоторые из генов аквапоринов могут играть важную роль как в адаптации растений к недостатку влаги, так и в развитии эффективного симбиоза с грибами арбускулярной микоризы. Таким образом, важной задачей в изучении растительно-микробных симбиозов является оценка влияния инокуляции грибом арбускулярной микоризы на экспрессию генов аквапоринов в листьях растений в высокоэффективной модельной растительно-микробной системе “Medicago lupulina + Rhizophagus irregularis” в условиях засухи. Сравнительная оценка транскрипции генов выполнена методом 2–∆∆CT по результатам количественной ПЦР в реальном времени: нормализация проведена по отношению к референсному гену – актину, контролем выступал вариант без инокуляции грибом. Исследование проведено как в начальную фазу развития – фазу развития 2-го листа, так и в фазу активного растительно-микробного взаимодействия – фазу цветения. В результате выявлены гены, имеющие достоверную дифференциальную экспрессию в условиях засухи при сравнении микоризованных и немикоризованных растений люцерны хмелевидной: NIP3;1, NIP4;2, специфический NIP7;1, TIP5;1 – в фазу развития 2-го листа; NIP3;1, NIP5;1, NIP6;4, NIP7;1 (специфический), PIP1;4, TIP2;3 и XIP1;1 (специфический) – в фазу цветения. Ранее в подобном эксперименте, но в условиях нормального полива эти же гены не имели дифференциальной экспрессии в сравнении микоризованных и немикоризованных растений. Вероятно, перечисленные гены принимают участие в адаптации изученных растений к условиям засухи. Полученные сведения могут быть использованы в разработке высокопродуктивных растительно-микробных систем с участием грибов арбускулярной микоризы с целью перехода к биологическому земледелию, минимизации негативного влияния на окружающую среду и повышению устойчивости растений к недостатку влаги.

Предпосевная обработка семян возделываемых бобовых культур препаратами клубеньковых бактерий является стандартной агрономической практикой, активно используемой при выращивании сои, эффективные микросимбионты которой часто отсутствуют в почве. В то же время, как показали многие 

исследования, эффект от применения биопрепарата во многом зависит от выживаемости ризобиальных клеток на семенах при высыхании. В настоящей работе проведен анализ жизнеспособности у трех производственных штаммов Bradyrhizobium japonicum, 643б, 640 и RZ300, на семенах сои Glycine max L. разного происхождения (сорта ЭН Аргента, Бара и Пруденс) в опытах, различающихся по разным параметрам: концентрациям инокулянта (10 и 100 %), температурам высушивания (5, 15, 25 °C) и составам защитных полимерно-углеводных композиций. В результате экспериментов обнаружено, что сорт сои не оказывал заметного влияния на жизнеспособность изучаемых штаммов ризобий, в то время как штаммы существенно различались по этому признаку. Наибольшую устойчивость к высыханию на семенах сои показал штамм RZ300. Сравнительный анализ генома этого штамма с геномом слабо устойчивого к высыханию штамма B. japonicum 634б позволил выявить наличие у штамма RZ300 гена opgC (кодирует белок ОpgC, участвующий в биосинтезе осморегулируемых периплазматических глюканов (OPGs)), который отсутствует у штамма 634б и, возможно, может определять повышенную устойчивость клубеньковых бактерий к высыханию на семенах. При изучении эффекта различных защитных композиций было отмечено, что лучшими защитными свойствами обладают составы на основе 50 % раствора сахарозы, а наибольшая устойчивость ризобий к высыханию проявляется при температуре+5 °C. Полученные в этой работе результаты могут быть использованы как в селекции эффективных штаммовинокулянтов, так и в технологическом сопровождении при создании биопрепаратов. Данные, полученные при изучении геномов штаммов, представляют интерес как для разработки систем генетического скрининга при поиске перспективных штаммов, так и для изучения возможности введения генетических конструкций с геном opgC в перспективные штаммы ризобий для улучшения их технологичности, т. е. обеспечения возможности эффективной заблаговременной инокуляции семян.

Добавочная хромосома, ограниченная клетками зародышевой линии (germline-restricted chromosome, GRC), обнаружена у всех исследованных воробьинообразных птиц. Она элиминируется из клеток соматической линии в раннем эмбриогенезе и из сперматоцитов после первого или второго деления мейоза. GRC передается в ряду поколений преимущественно по материнской линии, содержит амплифицированные и перестроенные копии последовательностей хромосом основного набора. Некоторые из них экспрессируются в гонадах самцов и самок. Однако функция и эволюционная динамика GRC остаются неизвестными. Мы провели сравнительный цитогенетический анализ GRC пяти видов птиц семейства Вьюрковые – обыкновенного снегиря Pyrrhula pyrrhula, обыкновенной зеленушки Chloris chloris, обыкновенного щегла Carduelis carduelis, обыкновенной чечётки Acanthis flammea и обыкновенного щура Pinicola enucleator – с использованием флуоресцентной гибридизации in situ ДНК-зонда к целой GRC обыкновенного снегиря с материалом ядер распластанных сперматоцитов данных видов и иммунолокализации белков синаптонемного комплекса и центромеры. Мы впервые описали кариотип синаптонемных комплексов обыкновенного щура (2n = 82 + GRC). Биваленты основного набора состоят из девяти субметацентрических (семь макрои два микробивалента) и 32 акроцентрических микробивалентов. Все акроцентрические микробиваленты основного набора содержат центромеры, состоящие из нескольких центромерных доменов (метаполицентромеры). GRC щура представляет собой крупный акроцентрический макроунивалент. Перекрестная гибридизация in situ ДНК-зонда к GRC снегиря показала только слабые сигналы на GRC щура и чечётки, тогда как на GRC зеленушки и щегла сигналы отсутствовали. Эти данные согласуются с опубликованными результатами, полученными для двух других представителей этого семейства, и свидетельствуют о высокой видовой специфичности последовательностей GRC в пределах семейства Вьюрковые. Мы также обнаружили межвидовые различия в локализации последовательностей, сходных с последовательностями GRC снегиря, на бивалентах основного набора исследуемых видов. Таким образом, наши данные указывают на быструю эволюцию генетического состава GRC и видоспецифичную динамику увеличения и сокращения копийности выявленных последовательностей на хромосомах основного набора в ходе эволюции певчих птиц.

В современной науке для решения сложных задач всё чаще используется мультидисциплинарный подход. Так, молекулярная генетика помогает нам понять не только такие биологические процессы, как эволюция и видообразование, но и проясняет многочисленные исторические вопросы о направлениях миграций народов, степени взаимопроникновения синхронных культур и их преемственности. В частности, изучение филогенетических взаимоотношений домашних животных позволяет детализировать картину взаимодействия носителей разных археологических культур. Внутренняя Азия и сопредельные территории в бронзовом веке характеризовались активными миграциями людей и быстрым распространением производящего хозяйства, в том числе животноводства. В нашей работе были изучены филогенетические паттерны лошадей двух важных культур Обь-Иртышья Западной Сибири эпохи бронзы: саргаринско-алексеевской и ирменской, а также степень их генетической близости с лошадьми более ранних (андроновской, елунинской) и более поздних культур (херексуров и“оленных”камней, бийкенской, быстрянской и пазырыкской) региона и сопредельных территорий. Данные, полученные после секвенирования и анализа митохондриальных геномов, свидетельствуют о различиях в митохондриальном генофонде лошадей саргаринско-алексеевской и ирменской культур юга Западной Сибири, что подчеркивает своеобразие митохондриального генетического разнообразия исходных табунов лошадей вышеперечисленных культур и отсутствие между ними тесных контактов в сфере разведения лошадей. Было показано пересечение митохондриальных генофондов лошадей культуры херексуров и “оленных” камней Монголии и андроновской культуры. Также нами установлена преемственность между многими полученными гаплотипами лошадей раннего, развитого, позднего бронзового века, раннего железного века с территории юга Западной Сибири, что свидетельствует о сохранении большой части разнообразия материнского генофонда домашних лошадей в регионе на протяжении нескольких историко-культурных периодов. Близость митохондриальных гаплотипов между лошадьми саргаринско-алексеевской культуры и современными лошадьми ахалтекинской породы Центральной Азии и аборигенных пород Восточной Азии и Южной Европы, а также между лошадьми ирменской культуры и современными лошадьми местных пород Северной Европы может указывать на пути миграции носителей этих культур после их распада на территории рассматриваемого региона, а также характеризовать особенности формирования этих пород в древности. Однако для подтверждения этих гипотез необходимо исследовать ядерные генетические маркеры.

В настоящей работе у коренного населения Сибири проанализирован полиморфизм генов, кодирующих ферменты метаболизма тяжелых металлов, на основе данных о содержании ртути, свинца и кадмия в крови у канадских эскимосов – носителей различных генотипов; изучен также полиморфизм генетических локусов, связанных с чувствительностью к воздействию мышьяка по данным о содержании неорганического мышьяка в моче у коренного населения Анд, длительное время (в течение тысячелетий) потребляющего питьевую воду с повышенным содержанием мышьяка. Для поиска генетических маркеров воздействия токсичных металлов на организм человека использован популяционно-генетический подход, направленный на анализ генетических различий между популяциями, проживающими в разных условиях природной среды (и в разных условиях загрязнения токсичными элементами). Статистически значимые различия главным образом обнаружены между коренным населением Северо-Восточной Сибири (эскимосы, чукчи и коряки) и выборками из центральной (эвены, эвенки, якуты) и южной (алтайцы, шорцы, буряты) частей Сибири. Максимальные значения статистики PBS (population branch statistics), свидетельствующие о вероятном действии отбора на генетические локусы чувствительности к воздействию ртути, выявлены в семи локусах генов MTHFR (rs2274976 и rs1801131), GPX4 (rs713041), ABCB1 (rs1128503), AHR (rs2066853), TXNRD2 (rs5748469) иSEPHS2 (rs1133238). К генетическим маркерам воздействия свинца могут быть отнесены локусы rs713041 (GPX4), rs7483 (GSTM3) и rs2282143 (SLC22A1). В отношении распределения кадмия в крови информативны локусы rs2274976 (MTHFR) и rs1056836 (CYP1B1). Обнаружено, что в популяциях коренного населения Северо-Востока Сибири с высокой частотой (65.8 %) распространены варианты полиморфизма гена AS3MT, защищающие от воздействия неорганического мышьяка, хотя сведения о долговременном употреблении коренными жителями побережий Чукотки и Приохотья питьевой воды, загрязненной мышьяком, отсутствуют. Предполагается, что вероятным источником мышьяка, а также других токсичных элементов на Северо-Востоке Сибири могут быть морепродукты, являющиеся основой традиционной «арктической» диеты коренного населения прибрежных районов северных морей. Для прояснения механизмов долговременного воздействия токсичных металлов на генетическую структуру популяций коренного населения Крайнего Севера необходимы дальнейшие молекулярно-генетические, биохимические и токсикологические исследования.

Формирование музыкальных способностей, включающих абсолютный слух, музыкальную память, чувство ритма, музыкальность, в значительной степени определяется наследственной составляющей (до 68 %). Проведенные к настоящему времени работы с использованием полногеномного анализа сцепления и ассоциаций с музыкальной одаренностью позволили выявить более 100 генетических локусов. В этот спектр входят гены транскрипционных факторов, регуляции нейрогенеза и синаптической пластичности; гены, закрепленные в ходе позитивной селекции музыкальности, а также связанные с особенностями формирования внутреннего уха. Поскольку ранее в Российской Федерации исследований по изучению связи музыкального таланта с генетической компонентой не проводилось, настоящая работа направлена на репликацию ассоциации ранее идентифицированных 17 однонуклеотидных вариантов (SNP) с формированием музыкальных способностей у русских. Генотипирование полиморфных локусов в генах GATA2, PCDH7, UNC5C, ASAP1, SBSPON, DCBLD2, KALRN, VLDLR, OTOF, GRIN2B, FoxP1, FoxP2, BDNF, EGR1, SNCA проводилось с помощью конкурентной аллель-специфичной ПЦР в выборке студентов, прошедших строгий конкурсный отбор при поступлении в консерватории, и в соответствующей контрольной группе. Метод логистической регрессии применялся как для оценки основного эффекта отдельных полиморфных вариантов, так и для выявления наилучшей прогностической модели, содержащей различные генетические локусы. Математическая модель, полученная в результате включения только ассоциированных SNP, состояла из генетических локусов GATA2 rs9854612, SNCA rs356168 и rs3910105, ASAP1 rs3057 и VLDLR rs1454626 (р = 0.0018, псевдо-r2 = 0.188, AUC = 0.791). Добавление всех изученных генетических локусов в качестве предикторов в регрессионный анализ позволило создать статистически значимую модель, обладающую более высокой прогностической способностью (р = 0.012, псевдо-r2 = 0.380, AUC = 0.889). Полученные результаты указывают на потенциальный кумулятивный эффект белковых продуктов изученных генов, подтверждая вовлеченность дофаминергической и ГАМКергической нейротрансмиссии, рилинового пути и роль альфа-синуклеина в формировании музыкальности.

Полноэкзомное секвенирование произвело революцию в диагностике наследственных заболеваний, однако его эффективность варьирует в разных популяциях. Данные о генетической архитектуре редких наследственных заболеваний во многих регионах России, включая этнически разнообразный Ханты-Мансийский автономный округ – Югру, ограниченны. Настоящее исследование направлено на оценку диагностической ценности полноэкзомного секвенирования для выявления генетических вариантов, ассоциированных с наследственными заболеваниями в этой этнически неоднородной популяции. В исследование включили 286 пробандов с предполагаемыми наследственными заболеваниями, наблюдаемых генетиками региона в период с 2021 по 2024 г. Полноэкзомное секвенирование было выполнено на платформе DNBSEQ-G50 (MGI, Китай). Биоинформатический анализ включал выявление и аннотацию вариантов с использованием популяционных баз данных и инструментов прогнозирования патогенности. Найденные варианты были распределены по категориям в соответствии с рекомендациями ACMG/Российского общества медицинских генетиков и коррелировали с клиническими фенотипами. Молекулярно-генетические диагнозы были классифицированы как полные, частичные, потенциальные (на основании вариантов неизвестной значимости) или отсутствующие. Обследованная когорта преимущественно состояла из детей, наиболее частыми клиническими показаниями были неврологические, дисморфические и метаболические нарушения. Окончательный молекулярно-генетический диагноз был установлен у 24.8 % пациентов. С учетом потенциальных заключений общая значимость исследования увеличилась до 48.6 %. Диагностическая эффективность значительно варьировала в зависимости от категории заболеваний: от 58.3 % для заболеваний почек до 0 % для нарушений нейрогенеза. Проанализировано в общей сложности 420 уникальных вариантов генов, при этом миссенс-варианты были самыми встречающимися среди клинически значимых результатов. Наиболее часто выявлялись гены ATP7B, GJB2, ABCA4, GALT. Результаты исследования показали, что полноэкзомное секвенирование – эффективный молекулярный тест первой линии для широкого спектра предполагаемых наследственных заболеваний у жителей Югры с диагностической ценностью, сопоставимой с аналогичными исследованиями за рубежом. Полученные данные подтверждают результативность полноэкзомного секвенирования в гетерогенной популяции и подчеркивают потенциал повышения диагностической ценности за счет формата «трио» и периодического повторного анализа данных. 

Сердечно­сосудистые заболевания являются основной причиной смерти в России и мире. Один из предрасполагающих к развитию сердечно­сосудистых заболеваний факторов – нарушения липидного обмена (дислипидемии), способствующие прогрессированию атеросклероза. На настоящий момент известны гены, ассоциированные с развитием моногенных форм нарушений липидного обмена, характеризующихся выраженным изменением уровня липидов. Однако выявление лиц с повышенным генетическим риском развития дислипидемии остается нерешенной задачей, что связано с полигенной природой большинства случаев. Целью настоящей работы было изучить спектр редких вариантов в генах транспортеров холестерина ABCA1, ABCG1, ABCG5, ABCG8 и NPC1L1, которые встречаются у пациентов с нарушениями липидного обмена в популяции Северо­-западного региона России. Проведен поиск редких вариантов (частота gnomAD менее 1 %) в генах ABCA1, ABCG1, ABCG5, ABCG8 и NPC1L1 с использованием данных таргетного секвенирования для 169 пациентов с нарушениями липидного обмена. Выявлено 14 вариантов в гене ABCA1 (17 пациентов), 4 варианта в гене ABCG1 (5 пациентов), 11 вариантов в гене ABCG5 (18 пациентов) и 7 вариантов в гене ABCG8 (11 пациентов). Частота некоторых из них, согласно базе данных RUSeq, была выше, чем в общемировой популяции. 19 пациентов (11 %) были носителями гаплотипа p.(Val177Ile)/p.(His221Tyr)/p.(Ala271Phe) гена NPC1L1, который предполо­жительно может быть специфичен для российской популяции, т. е. эти варианты являются не редкими, а полиморфными и встречаются чаще у пациентов с нарушениями липидного обмена. Для варианта p.(Val177Ile) гена NPC1L1 был проведен анализ его вклада в развитие атеросклероза с использованием дополнительных выборок (группа пациентов с атеросклерозом, контрольная группа), который не выявил достоверных различий в частотах генотипов. Таким образом, в настоящее время данных в пользу влияния гаплотипа p.(Val177Ile)/ p.(His221Tyr)/p.(Ala271Phe) гена NPC1L1 на развитие дислипидемии и атеросклероза недостаточно. Проведенное исследование заставляет обратить внимание на популяционную специфичность ряда вариантов в генах транспортеров холестерина, в частности в гене NPC1L1, для Северо­-западного региона России. Полученные данные в дальнейшем могут быть учтены в разработке шкал генетического риска развития дислипидемий.

Современная биология все в большей степени опирается на математическое и компьютерное моделирование для описания сложных иерархически организованных биосистем. В данном обзоре рассматриваются математические модели, охватывающие основные уровни биологической организации – от молекулярногенетического и клеточного до тканевого/органного, организменного, популяционного и экологического. Цель работы состоит в систематизации ключевых подходов к моделированию на каждом из этих уровней, анализе их возможностей и ограничений, а также в обсуждении стратегий построения многомасштабных и гибридных моделей, связывающих воедино процессы разных пространственно-временных масштабов. Рассматриваются классические детерминированные и стохастические модели на основе дифференциальных уравнений в частных производных, логические и графовые модели регуляторных сетей, клеточные автоматы, агентно-ориентированные и индивидуально-ориентированные модели и подходы, базирующиеся на балансе потоков. Приводятся типичные примеры моделирования молекулярно-генетических сетей, метаболизма и хемотаксиса, роста тканей и органов, динамики популяций и генетической структуры, а также функционирования экосистем. Особое внимание уделяется сопоставлению подходов по критериям масштабов описания, сложности моделируемых процессов, доступности исходных данных, вычислительной трудоемкости и интерпретируемости результатов. Обзор обобщает отечественный и зарубежный опыт, подчеркивая вклад российских и, в частности, новосибирских коллективов в развитие гибридных методов моделирования, построения многомасштабных моделей и реализации программных платформ для системной биологии. В результате проведенного анализа показано, что гибридные и многомасштабные модели позволяют наиболее полно учесть нелинейность, стохастичность и структурную неоднородность биологических систем, но требуют значительных вычислительных ресурсов и тщательной калибровки по данным. Отмечаются методические и программно-технологические тенденции, включая развитие специализированных платформ и репозиториев моделей, средств стандартизации описания и повторного использования модельных компонентов.

Вирус SARS-CoV-2 остается заметной угрозой для человечества, поскольку продолжает циркулировать и эволюционировать. При этом продолжающийся глобальный мониторинг и накопление геномных данных позволяют детально изучать эволюционные механизмы. В нашей работе мы анализируем репликационно-транскрипционный комплекс (RTC, nsp7–nsp14) – более консервативную, чем S-белок, напрямую связанный с инфекционностью и избеганием иммунитета, но все-таки динамично эволюционирующую часть генома – в течение 5.5-летнего периода (декабрь 2019 г. – июль 2025 г.). Исследование сосредоточено на аминокислотных заменах, присутствующих по крайней мере в 1 % доступных в базе GISAID геномов, их временнóй динамике, совместной встречаемости и структурном контексте. Мы идентифицировали 22 таких точечных аминокислотных замены, проанализировали их недельную динамику, выявили три различных временны’ х паттерна и рассчитали частоты для групп мутаций (пары, тройки и т. д.), одновременно присутствующих в геномах. Примечательно, что все изученные замены были однонуклеотидными. Мы визуализировали аминокислотные остатки, соответствующие рассмотренным мутациям, на трехмерной структуре RTC, описали их особенности и обобщили данные литературы для изучения известных функциональных последствий. Одна из мутаций, nsp12:G671S, продемонстрировала уникальную динамику: она появлялась, доминировала в глобальном масштабе в течение нескольких месяцев, затем исчезала дважды, а в 2025 г. появилась в третий раз. При этом она всегда сопровождалась набором сопутствующих мутаций в комплексе RTC, что делает ее потенциальным индикатором изменений в геноме, т. е. необходимо продолжить отслеживание ее динамики. Кроме того, наш анализ временны’ х линий мутаций и вариантов позволяет предположить, что вариант Дельта мог появиться на 7–8 месяцев раньше, чем принято считать. В совокупности эти результаты дают целостное представление о повторяющихся вариациях в RTC, их временны’ х классах и совместной встречаемости, а также о структурном контексте, подчеркивая ценность систематического мониторинга nsp7–nsp14 наряду с анализом, сфокусированным на структурных белках.

Всестороннее описание фенотипов растений конкретных таксонов является важной задачей при описаниях родов, видов и построениях их естественных классификаций. Развитие современных технологий эффективного фенотипирования позволяет получать большое количество данных с количественным и/или качественным описанием различных признаков у растений, преимущественно на основе анализа их цифровых изображений. В исследовании проведено сравнение результатов оценки расщепления в F₂ гибридов двух эндемичных тетраплоидных (2n = 4x = 28) видов пшениц – пшеницы эфиопской (Triticum aethiopicum Jakubz.) и пшеницы карталинской (T. carthlicum Nevski), полученных визуально и с помощью методов машинного обучения. В последнем случае для анализа расщеплений предложено использовать метод смеси гауссовых (нормальных) распределений в морфометрии растений для того, чтобы выделить группы, которые различаются по значениям признаков. Ввиду того что большинство таксономически значимых (видообразующих) признаков у пшениц контролируется олигогенно и имеет четкое фенотипическое проявление, гибридологический анализ был незаменимым и основным видом анализа для последующего детального фенотипирования колосьев видов пшениц с использованием методов машинного обучения. По ряду признаков оценки характера наследования таких признаков, полученные разными методами, совпадают. На основании результатов проведенного исследования мы можем утверждать, что признак «тетраостость» (наличие остей одновременно на цветковой и колосковой чешуях) видоспецифический (таксономически значим) для T. carthlicum и он может быть эффективно использован исследователями в таксономических целях как при проведении гибридологического анализа, так и в экспериментах с использованием машинного обучениям. Для T. aethiopicum таким видоспецифическим признаком является «характер (тип) остистости». Наша работа демонстрирует, что комбинация методов автоматического фенотипирования, модели смеси гауссовых распределений в принципе позволит проводить автоматический анализ выделения классов в F₂ гибридов, различающихся по величинам фенотипических признаков. Это позволит, в свою очередь, выявлять наличие генов, ассоциированных с видоспецифическими признаками растений. Тем не менее требуется совершенствование применяемых алгоритмов искусственного интеллекта.