Проанализирована система племенной работы в свиноводстве нашей страны. Приведены научные и организационные факторы, определяющие улучшение породных и продуктивных качеств свиней. На основе обобщения многолетних экспериментальных данных, полученных автором в процессе создания новых селекционных достижений, обобщения практики селекционной работы, использования научных результатов мировой науки по генетике и селекции животных разработаны предложения по новой системе оценки, повышения генетического потенциала продуктивности животных. В частности, сделан критический анализ существующей инструкции по бонитировке свиней, линейного разведения, не отвечающего критериям реальности в систематике биологических объектов. Экспериментально обоснован положительный эффект разведения свиней в замкнутом режиме в виде «линиипопуляции» с использованием таких генетических маркёров, как эритроцитарные антигены, эритроцитарные ферменты, липопротеины, позволяющих интенсифицировать селекционный процесс. При бонитировке свиней и разработке планов племенной работы со стадом предложено для оценки животных и прогнозирования продуктивности использовать селекционно-генетические параметры: коэффициенты наследуемости, фенотипические и генетические корреляции, селекционный дифференциал, селекционный эффект и др. Разработана система непрерывной балльной оценки каждого селекционируемого признака в отличие от интервальной классной, используемой в нашей стране в настоящее время. Предложена модель селекционного индекса, учитывающая селекционную и экономическую значимость каждого из его компонентов. Показаны теоретические пути и осуществлено экспериментальное доказательство сравнительно быстрого преобразования разводимых в России пород животных до продуктивности мирового уровня, в противовес постоянному импорту племенных животных.

Рассмотрены методы, использованные при разведении и селекции мини-свиней Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН, приведено теоретическое обоснование этих методов и обозначены цели, для которых они применяются. Показана генеалогическая структура стада и вклад инбридинга в генетическое сходство современных представителей генеалогических линий и семейств с родоначальниками селекционной группы. Описано фенотипическое разнообразие мини-свиней ИЦиГ по окраскам, весовым категориям, типам роста и особенностям телосложения. Перечислены меры, поддерживающие генетическое разнообразие в стаде мини-свиней ИЦиГ. Показана возможность использования индексов сходства, рассчитанных по «долям крови» родоначальников, для подбора родительских пар и оценки генетической консолидации стада. При этом средний индекс сходства между самцами и самками, рассчитанный по долям крови родоначальников, у мини-свиней ИЦиГ близок к предельному значению. Указано, что эффективная оценка генетического потенциала мини-свиней по интенсивности роста и конечным размерам особи возможна только при условии обильного и полноценного кормления племенного молодняка. Предложена временная шкала оценки роста живой массы мини-свиней ИЦиГ для трех выделяемых в селекционной группе весовых категорий. Рассмотрены типы роста и развития мини-свиней, наблюдаемые в селекционной группе ИЦиГ, и выделен тип, присущий особям, относящимся к мелкой весовой категории. По данным литературы обоснована минимальная живая масса новорожденного поросёнка в стаде мини-свиней ИЦиГ. Рассчитаны значения оптимального многоплодия для трех весовых категорий свиноматок мини-свиней ИЦиГ.

В настоящее время значительное внимание уделяется изучению генетической регуляции процессов адаптации сельскохозяйственных животных к условиям окружающей среды. Эта проблема актуальна в связи с широким распространением в различных регионах мира высокопродуктивных пород крупного рогатого скота, созданных в Европе и Северной Америке. Однако до сих пор не изучались изменения в количестве и качестве сперматозоидов быков­производителей пород зарубежной селекции при их адаптации в эколого­климатических условиях Западной Сибири. Цель работы – исследовать особенности качества эякулята и разнообразие морфологических аномалий сперматозоидов у быков­производителей пород зарубежной и отечественной селекции в эколого­климатических условиях юга Западной Сибири. У 44 быков (племпредприятие «Барнаульское», Алтайский край) черно­пестрой, симментальской, англерской и красной датской пород оценивали объем эякулята, концентрацию и общее количество сперматозоидов в эякуляте, долю подвижных и морфологически аномальных половых клеток, определяли встречаемость различных типов аномалий строения сперматозоидов. Установлено, что средние значения концентрации сперматозоидов в эякуляте, доли подвижных и морфологически аномальных сперматозоидов в изученной выборке быков близки к таковым у быков, содержащихся в странах Европы. Межпородных различий по данным показателям не обнаружено. Однако быки группы красных пород (красной датской, англерской) и симментальской породы отличались от быков черно­пестрой породы повышенной встречаемостью аморфных и грушевидных головок сперматозоидов соответственно. При сравнительном анализе показателей качества спермы у быков разных линий черно­пестрой породы установлено, что подвижность сперматозоидов у быков линии Рефлекшн Соверинга 198998 была ниже, чем у быков линии В.Б. Айдиала 1013415. Межлинейных различий по концентрации сперматозоидов в эякуляте, доле морфологически аномальных сперматозоидов, а также встречаемости отдельных типов аномалий сперматозоидов не отмечено. Таким образом, природно­климатические условия юга Западной Сибири не оказывают негативного влияния на продукцию сперматозоидов, а также на содержание подвижных и морфологически нормальных половых клеток в эякуляте у быков. Однако повышенная встречаемость аморфных и грушевидных головок сперматозоидов у быков зарубежной селекции указывает на возможные риски развития у них субфертильности и необходимость исследования фрагментации ДНК сперматозоидов.

Определение адаптивных реакций селекционного материала, полученного в различных селекционных центрах, позволяет при необходимости целенаправленно корректировать эти свойства. В связи с этим в 2015–2017 гг. были изучены 42 современные селекционные линии твердой пшеницы из восьми учреждений России и Казахстана в сравнении с историческим стандартом – Безенчукской 139 в системе 16-17 и 18 КАСИБ-ЯТП. Полевые эксперименты и учет урожая в каждой экологической точке были организованы по единой схеме. Для решения поставленных задач применялись двухфакторный дисперсионный анализ, методики оценки адаптивности, кластерный анализ и метод главных компонент. В результате исследований установлено: 1) значимое влияние генотипа и генотип-средовых взаимодействий (суммарно 15.8–23.5 % от общей дисперсии) на изменчивость урожайности; 2) генотипсредовые взаимодействия проявили линейный характер и не вносили дестабилизирующего эффекта; 3) все изученные генотипы распределялись по трем кластерам, первый образовали сорта локального значения, третий – широкого ареала, второй объединил генотипы с промежуточными свойствами; 4) селекционные центры ФГБНУ Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий (ФАНЦА) и ФГБНУ НИИ сельского хозяйства Юго-Востока преимущественно продуцируют сорта локального значения, Самарский НИИ сельского хозяйства – сорта широкого ареала; 5) устойчивое относительно исторического стандарта Безенчукская 139 преимущество по величине средней урожайности, рассчитанной по данным экологических пунктов, отмечено только для сортов Самарского НИИСХ; 6) сорта всех селекционных учреждений по стабильности и отзывчивости не имеют устойчивых изменений относительно Безенчукской 139, что объясняется незавершенностью селекционного процесса по этим свойствам и подтверждает целесообразность функционирования программы КАСИБ; 7) тренд увеличения урожайности относительно Безенчукской 139 в условиях локального испытания имел более устойчивые тенденции, наибольший прогресс отмечен в Алтайском НИИСХ (135.4 и 163.2 % к Безенчукской 139), что можно объяснить высокой эффективностью селекции по созданию сортов локального значения в этом селекционном центре.

Гены чувствительности к яровизации (VRN) являются основными генетическими системами, определяющими продолжительность вегетационного периода в целом, а также длительность основных этапов органогенеза. К настоящему времени для локусов VRN-1 описан ряд аллелей и разработаны аллель­специфичные праймеры, позволяющие проводить быструю идентификацию аллельного состава у сортов и линий мягкой пшеницы. Установлено неодинаковое влияние различных аллелей локусов VRN-1 на продолжительность вегетационного периода, однако исследований, касающихся влияния комбинации различных аллелей на время колошения, недостаточно. Получение полных наборов всех возможных генотипов по разным аллелям доминантных генов VRN на одном генетическом фоне необходимо для более глубокого изучения генетических эффектов генов VRN на продолжительность вегетационного периода и отдельных фаз развития, а также на продуктивность. Поскольку большинство современных сортов России несет доминантные аллели двух генов VRN (Vrn-A1a и Vrn-B1a или Vrn-B1c), нами была поставлена задача – получить линии, сочетающие доминантные аллели Vrn-A1a с Vrn-B1a и Vrn-B1c на генетическом фоне озимого сорта Безостая 1 (Без1 Vrn-A1a/Vrn-B1a и Без1 Vrn-A1a/ Vrn-B1c). С использованием известных аллель­специфичных праймеров для локусов Vrn-A1 и Vrn-B1 в поколении F 2 были выделены гомозиготные растения. У полученных линий с комбинацией двух доминантных аллелей локусов VRN-1 достоверно уменьшалась продолжительность периода «кущение–первый узел», который представляет собой ключевой этап, определяющий продолжительность вегетационного периода и периода от всходов до колошения по сравнению с изогенными линиями по сорту Безостая 1 с доминантными аллелями Vrn-B1a и Vrn-B1c. По сравнению с изогенной линией с доминантным аллелем Vrn-A1a у полученных линий также произошло уменьшение продолжительности этих фаз развития, однако различия были недостоверны. Достоверных различий по продолжительности остальных фаз развития у линий с двумя доминантными аллелями локусов VRN-1 относительно изогенных линий по сорту Безостая 1 выявлено не было.

Расширение разнообразия продукции растениеводства в Российской Федерации может быть отчасти достигнуто интродукцией и привлечением в производство малораспространенных и недооцененных сельскохозяйственных культур. Маш (Vigna radiata (L.) R. Wilczek) и урд (V. mungo (L.) Hepper) – зернобобовые культуры, возделываемые на ограниченных площадях в РФ. Между тем маш занимает около 8.5 % мировых производственных площадей под зернобобовыми культурами (без сои). Его культивируют преимущественно в странах ЮгоВосточной Азии, однако в настоящее время возделывание культуры расширяется на весь субтропический пояс земного шара. В Российской Федерации эти культуры можно с успехом выращивать на поливе в ряде регионов юга Европейской части страны и Дальнего Востока, где температуры во время их вегетации около 28–30 °C и всегда выше 15 °C. Цель этой статьи – обобщение мирового опыта возделывания и селекционного улучшения маша и урда как культур, перспективных для выращивания в определенных почвенно-климатических зонах Российской Федерации. Освещаются мировое производство, направления использования этих высокобелковых культур, история и особенности селекции, в том числе в СССР. Для расширения культивирования обеих культур в РФ необходимы их популяризация и развитие селекции. Основные требования к современным сортам включают устойчивость к биотическим и абиотическим стрессорам, которая может быть интрогрессирована из диких родичей. Большое значение обеих культур в странах Азии привело к бурному развитию там молекулярных исследований. Геном урда секвенирован, геном маша секвенирован частично. Маркированы и картированы некоторые гены и QTL признаков адаптивности у ряда диких видов рода Vigna. Обсуждается роль диких родичей в селекции маша и урда. В мировых генбанках накоплены значительные генетические ресурсы обеих культур. Все это создает предпосылки для развития маркер-опосредованной и геномной селекции.

Стеблевая ржавчина пшеницы, вызываемая биотрофным грибом Puccinia graminis f. sp. tritici, – опасное заболевание, наносящее серьезный экономический ущерб в большинстве стран мира. В обзоре приведены сведения об эпидемиях стеблевой ржавчины пшеницы и причинах их возникновения в мире. В последние годы отмечаются эпидемии стеблевой ржавчины пшеницы в северных регионах Казахстана и на территориях, сопредельных Омской области России. Установлено, что сильные эпидемии стеблевой ржавчины в основном происходят в связи с появлением новых вирулентных рас возбудителя болезни и возделыванием восприимчивых сортов пшеницы. Рассматриваются методы определения расового состава гриба, в том числе старые и современные наборы сортов-дифференциаторов для определения расовой принадлежности P. graminis f. sp. tritici. Представлены результаты разработки молекулярных маркеров и оценки эффективности их использования в изучении рас стеблевой ржавчины. Описаны доминирующие расы стеблевой ржавчины пшеницы и их характерные особенности в основных зерносеющих странах мира. Приведены данные по идентификации расы Ug99 и ее вариантов, включая их распространение и вирулентность к сортам с ранее эффективными генами устойчивости Sr, и информация о существовании и появлении других высоковирулентных рас P. graminis f. sp. tritici, отличающихся от расы Ug99 по признаку вирулентности и молекулярным маркерам. Обобщены исторические и современные данные по изучению расового состава патогена в Казахстане. Отмечается, что проведение экспериментов с использованием старого стандартного набора сортов-дифференциаторов и неполного набора североамериканской системы номенклатуры рас не позволяет оценить степень сходства казахстанских рас с известными расами гриба в мире. В Казахстане необходимо продолжить изучение внутривидовой структуры популяции возбудителя болезни с использованием современного набора сортов-дифференциаторов, а также определение расового состава и путей возникновения новых рас, потенциально опасных для коммерческих сортов пшеницы.

Pyrenophora tritici-repentis (Ptr) является возбудителем пиренофороза, одной из болезней пшеницы, которая лимитирует урожай и быстро прогрессирует в странах, возделывающих пшеницу, включая Казахстан. Целью исследования была идентификация генотипов пшеницы, устойчивых к Ptr, расе 1 и расе 5, и их хозяин­селективным эффекторам (токсинам) Ptr ToxA и Ptr ToxB P. tritici-repentis (tan spot). Охарактеризована коллекция мягкой пшеницы (41 образец, в том числе 38 экспериментальных и 3 контрольных) с использованием молекулярных маркеров Xfcp623 и XBE444541, диагностических для генов Tsn1 и Tsc2, контролирующих чувствительность к токсинам гриба. Совпадение аллеля маркера XBE444541 с устойчивостью растения к расе 5 составило 92.11 %, а к токсину Ptr ToxB – 97.37 %. Результаты генотипирования с использованием маркера Xfcp623 подтвердили ожидаемую реакцию на Ptr ToxA; наличие/отсутствие маркера Xfcp623 полностью (100 %) совпадало с чувствительностью/устойчивостью к расе 1 и Ptr ToxA. Это свидетельствует о надежности диагностического маркера Xfcp623 для идентификации генотипов пшеницы с устойчивостью к грибу и нечувствительностью к токсину Ptr ToxA. Изучение реакции генотипов пшеницы на инокуляцию гриба и инфильтрацию токсинов показало, что 30 из 38 проанализированных генотипов (или 78 %) проявили устойчивость к расе 1 и расе 5, а также нечувствительность к токсинам Ptr ToxA и Ptr ToxB. Наибольший интерес представляют восемь генотипов пшеницы, которые показали устойчивость/нечувствительность как к двум расам, так и к двум токсинам. Результаты фенотипирования подтверждены с помощью молекулярных маркеров. Чувствительность к Ptr ToxB не всегда коррелировала с восприимчивостью к расе 5 и зависела от генетического фона хозяина, т. е. от конкретного генотипа пшеницы. Полученные результаты представляют интерес для повышения эффективности селекции на основе элиминации генотипов с доминантными аллелями Tsn1 и Tsc2, чувствительными к токсинам Ptr ToxA и Ptr ToxB. Идентифицированные генотипы необходимо использовать в селекции на устойчивость пшеницы к пиренофорозу.

Устойчивость к фитопатогенам является важной характеристикой для каждого сорта картофеля, а поиск маркеров устойчивости к патогенам – одна из приоритетных задач селекции растений. Высшие растения обладают широким спектром ферментов с нуклеазной активностью. Основной наиболее вероятной функцией этих ферментов считается защита растений от патогенов. РНКазы активно участвуют в иммунных системах растений, например таких, как системная приобретенная устойчивость и генетический сайленсинг, следовательно, РНКазная активность в листьях растений, как относительно легко измеряемый параметр, может служить хорошим маркером для отбора устойчивых к патогенам сортов. В настоящей работе проанализированы шестнадцать сортов картофеля, включенных в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию на территории Российской Федерации. Проверена корреляция уровня рибонуклеазной (РНКазной) активности сортов с такими хозяйственно ценными признаками, как сроки созревания и устойчивость к вирусам, фитофторе и парше обыкновенной. В целом уровень РНКазной активности оказался сортоспецифичным параметром, что было подтверждено очень малыми значениями средней квадратичной ошибки для большинства тестируемых сортов. Выявлена статистически значимая позитивная корреляция РНКазной активности в листьях картофеля с повышенной устойчивостью сортов к фитопатогенным вирусам, негативная корреляция с устойчивостью к парше обыкновенной и отсутствие значимой связи с устойчивостью к фитофторозу вне зависимости от органа, поражаемого оомицетом. Таким образом, уровень РНКазной активности в листьях картофеля может быть использован как селективный маркер устойчивости к вирусам, в то время как при селекции устойчивости к парше сортов с повышенной РНКазной активностью следует избегать.

Интракраниальная аневризма (ИА) – тяжелое заболевание, приводящее вследствие разрыва аневризмы к субарахноидальным кровоизлияниям (САК). Распространенность этого заболевания в мире составляет в среднем около 2–5 %, из которых 50 % случаев заканчиваются летальным исходом либо неврологическими расстройствами различной степени тяжести, с высокой вероятностью рецидива кровоизлияния в течение первого полугодия после разрыва аневризмы. В России субарахноидальные кровоизлияния ежегодно регистрируют не менее чем у 18 тыс. человек. Проведен поиск ассоциаций полиморфных вариантов rs594942 и rs11603042 гена VEGFB с развитием интракраниальных аневризм у жителей ВолгоУральского региона Российской Федерации с учетом наличия симптомокомплекса недифференцированной дисплазии соединительной ткани (нДСТ) и артериальной гипертензии (АГ). Аллель С* rs594942 и rs11603042 гена VEGFB является маркером повышенного риска развития ИА в целом (p = 0.025; χ2 = 5.052; OR = 1.32), а также у женщин в общей выборке (p = 0.001; χ2 = 10.124; OR = 1.70) и в коморбидном состоянии с нДСТ (p = 0.002; χ2 = 9.501; OR = 2.34) и АГ (p = 0.006; χ2 = 7.385; OR = 2.109). Обнаружено, что генотип *С*С локуса rs594942 ассоциирован с риском развития ИА в общей группе (p = 0.017; χ2 = 5.702; OR = 1.49), а также у женщин с ИА (p = 0.0005; χ2 = 12.078; OR = 2.25) и с симптомокомплексом нДСТ (p = 0.007; χ2 = 7.173; OR = 2.67) и АГ (p = 0.010; χ2 = 6.471; OR = 2.51). Генотип *Т*Т rs594942 и rs11603042 гена VEGFB снижает риск развития ИА в сочетании с нДСТ и АГ (p = 0.014; χ2 = 6.013; OR = 0.10). Нами получены новые результаты о роли полиморфных вариантов гена VEGFВ в формировании интракраниальных аневризм с учетом наличия симптомокомплекса недифференцированной дисплазии соединительной ткани и артериальной гипертензии у жителей Волго-Уральского региона России. Отягощенный коморбидный фон и наличие нДСТ и АГ могут способствовать повышенному риску развития интракраниальных аневризм, что подтверждается результатами нашего исследования.

Обзор посвящен рассмотрению вопросов генетической детерминации и патофизиологии одной из форм гипертонической болезни – низкорениновой артериальной гипертонии. На первый взгляд, развитие низкорениновой гипертонии представляется «противоестественным», так как ренин как ключевой фермент ренин-ангиотензиновой системы, играющей важную роль в процессе формирования гипертонической болезни, при низкорениновой гипертонии подавлен. В то же время самые популярные лекарства, используемые при лечении гипертонической болезни, относятся к классу блокаторов ренин-ангиотензиновой системы. Разрешить противоречия позволили исследования генетики и патофизиологии некоторых групп больных с характерными, объединяющими этих больных симптомами. Генетические исследования последних десятилетий с использованием как семейного анализа, так и современных молекулярно-генетических технологий позволили выявить основные механизмы развития низкорениновой гипертонии, которые можно классифицировать в качестве определенных синдромов с вполне изученной патофизиологией их развития. К этим синдромам относятся случаи спорадически возникающих соматических мутаций в клетках коры надпочечников, которые начинают продуцировать повышенное количество альдостерона. Выявлено несколько наследственных олигогенных форм низкорениновых гипертензий, часть из которых также связана с гиперпродукцией альдостерона, другая же часть обусловливает развитие низкорениновой гипертонии за счет нарушений регуляции функции ионных каналов почки. Открытие форм артериальной гипертонии с известными механизмами имеет первостепенное значение для медицины, так как позволяет проводить целевую эффективную терапию и в ряде случаев достигать полного излечения. Тем не менее основной контингент больных с низкорениновой гипертонией принадлежит к группе больных с невыясненной до конца этиологией, так как их развитие связано с полигенными системами и со значительным влиянием средовых факторов. Исследование генетико-физиологических механизмов низкорениновых форм артериальной гипертонии дает показательный пример того, как проникновение в интимные механизмы регуляции артериального давления в каждом конкретном случае позволяет идентифицировать отдельные специфические синдромы и устанавливать исходные причины заболевания. Очевидно, на этом пути обеспечен прогресс в раскрытии причин и механизмов эссенциальной гипертонической болезни человека.

Несмотря на достижения медицины, около 4 млн детей в возрасте до 6 мес. ежегодно умирают по всему миру из-за инфекции, что составляет 450 смертей в час (по данным Международного чрезвычайного детского фонда ООН – UNISEF). Степень развития иммунной системы детей, родившихся в срок, определяется многими факторами, в том числе иммуногенетическим сходством или различием организмов матери и плода, что, в свою очередь, обусловлено генотипами брачных пар, а также подбором суррогатных матерей при экстракорпоральном оплодотворении. Из проведенного нами обзора литературы следует, что на устойчивость потомков к инфекциям и аллергенам значимое влияние оказывают иммуногенетические взаимодействия организмов матери и плода, которые осуществляются на всех этапах пре- и постнатального развития. До имплантации иммунные реакции матери формируются под влиянием антигенов, лейкоцитов и цитокинов семенной жидкости, а также генов главного комплекса гистосовместимости, которые экспрессируются в эмбрионах уже на стадии двух клеток. Складывающийся при этом гуморальный фон программирует эффективность вынашивания и во многом предопределяет фенотипические свойства будущих потомков, включая и их иммунокомпетентность. После имплантации существенное иммуномоделирующее значение приобретает трансплацентарный перенос иммуноглобулинов и иммунокомпетентных клеток. Важно подчеркнуть, что, хотя вещества с высокой молекулярной массой обычно не проходят через плаценту, это правило не относится к иммуноглобулину G (IgG), который при молекулярной массе ~160 кДА преодолевает трансплацентарный барьер благодаря связыванию с Fc-рецептором плода. При этом уровень IgG у новорожденных обычно коррелирует с уровнем материнских антител. В период естественного вскармливания иммунная защита новорожденных обеспечивается механизмами врожденного иммунитета и факторами гуморального иммунитета матерей. Показано, что иммуноглобулины из молока многих видов животных переносятся через неонатальный кишечный эпителий в кровоток. Поскольку грудное молоко содержит в большом количестве различные иммуноактивные компоненты, включая белки, цитокины, гормоны, иммуноглобулины, экзосомы, содержащие микроРНК, и жизнеспособные иммунные клетки, то иммуномодулирующие эффекты грудного молока сохраняются и после элиминации материнских иммуноглобулинов из кровообращения потомков, вплоть до зрелого возраста. Анализ многочисленных экспериментальных данных показывает, что исследования механизмов взаимодействия материнского организма с эмбрионами и новорожденными формируют базу знаний для поиска средств направленной модуляции иммунного статуса потомков, которая может сохранять свое влияние на протяжении всей последующей жизни.

Получение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) млекопитающих расширило возможности изучения плюрипотентности и раннего эмбрионального развития. В литературе описаны ИПСК собаки (Canis lupus familiaris) и снежного леопарда (Panthera uncia), представителей отряда Carnivora. Ранее нами получены ИПСК американской норки (Neovison vison). Целью настоящего исследования был поиск условий для репрограммирования фибробластов ластоногих – представителей каноидной (Caniformia) ветви Хищных с консервативными геномами. Для создания ИПСК можно использовать различные системы доставки репрограммирующих транскрипционных факторов (РНК, белки, плазмиды, векторы на основе вирусов и др.). Наиболее эффективные системы доставки для клеток мыши и человека основаны на применении различных вирусных векторов. Мы сравнили две системы доставки репрограммирующих факторов: встраивающиеся в геном лентивирусные векторы и вектор на основе вируса Сендай – CytoTune EmGFP Sendai Fluorescence Reporter. Преимущества векторов на основе вируса Сендай по сравнению с лентивирусами – отсутствие встройки в геном. Проведено тестирование доставки генетических конструкций, кодирующих флуоресцентный белок, на культурах фибробластов семи видов ластоногих: северного морского котика (Callorhinus ursinus), северного морского льва (Eumetopias jubatus), моржа (Odobenus rosmarus), морского зайца (Erignathus barbatus), байкальской нерпы (Pusa sibirica), кольчатой нерпы (Phoca hispida) и пестрой нерпы (Phoca largha). В качестве контроля были трансдуцированы фибробласты американской норки (N. vison), человека (Homo sapiens) и мыши (Mus musculus). Мы показали, что система трансдукции на основе вируса Сендай обеспечивает уровень экспрессии трансгена на один­два порядка выше, чем при использовании лентивирусов при сходном числе вирусов на клетку. Кроме того, экспрессия трансгена при применении вектора на основе вируса Сендай достаточно стабильна и незначительно изменяется на четвертый день трансдукции по сравнению со вторым днем. Полученные данные позволяют предположить, что трансдукция фибробластов ластоногих с помощью вируса Сендай предпочтительна для получения ИПСК ластоногих.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека (чИПСК) – мощный инструмент для биомедицинских исследований. Возможность создания пациент-специфичных плюрипотентных клеток и последующая их дифференцировка в любой тип соматических клеток делают чИПСК замечательным объектом для создания in vitro моделей заболеваний, скрининга лекарственных препаратов и будущим источником клеточного материала для регенеративной медицины. Для того чтобы потенциал технологии чИПСК можно было реализовать в полном объеме, необходимы эффективные и точные методы редактирования генома этих клеток. В настоящее время система CRISPR/Cas9 – наиболее широко используемый подход для введения в ДНК сайт-специфичных двуцепочечных разрывов. С ее помощью с высокой эффективностью удается реализовать knock-out интересующих исследователя генов. Однако введение в целевое место генома заданной последовательности (knock-in) является существенно более сложной задачей. В зависимости от выбранного для проведения встройки локуса эффективность knock-in в геном чИПСК может составлять от 1 × 10–5 до 1 × 10–6, что на порядок ниже, чем показано для эмбриональных стволовых клеток мышей или перевивных линий клеток. В этом обзоре я делаю попытку объединить и структурировать всю известную информацию, касающуюся увеличения эффективности получения целевых встроек в геном чИПСК. В статье перечислены наиболее эффективные стратегии разработки донора для гомологичной рекомбинации, способы управления путями восстановления двуцепочечных разрывов, внесенных нуклеазой, в том числе за счет управления временем работы системы CRISPR/Cas9 в клетке. Низкая выживаемость чИПСК в результате проведения экспериментов по редактированию генома – еще одно затруднение на пути к успешному получению knock-in, для устранения которого предложено несколько высокоэффективных подходов. Наконец, я описываю, на мой взгляд, наиболее многообещающую стратегию получения линий чИПСК с целевой встройкой, которой является одновременное проведение редактирования и репрограммирования генома.

Модификация геномов культурных растений при помощи компонентов бактериальной защитной системы CRISPR/Cas в настоящее время является быстроразвивающейся областью прикладной науки. Методика индукции сайт-специфических изменений в растительных геномах, как правило, включает такие этапы, как конструирование генетических векторов, содержащих гены нуклеазы Cas9 и химерной направляющей РНК, доставку плазмидной ДНК или рибонуклеопротеиновых частиц в клетки растений, что приводит к внесению изменений в выбранный сайт геномной ДНК, и последующую регенерацию растений из модифицированных клеток. Применение этой технологии в селекции ограничено тем, что генотипы в разной степени подвержены генетической трансформации и различаются по способности к регенерации in vitro. Генотип-зависимость эффективности биотехнологических манипуляций особенно ярко выражена у культурных зерновых злаков. В настоящей работе была проведена оценка эффективности регенерации растений in vitro из клеток незрелых зародышей десяти сибирских сортов ячменя. Было показано, что только один из исследуемых сортов сопоставим с модельным для биотехнологических и генно-инженерных работ сортом Golden Promise. Сорт Алей продемонстрировал самую высокую эффективность регенерации среди сибирских сортов ячменя и был выбран для проведения эксперимента по модификации генома в протопластах мезофилла листа. Для проведения модификации генома было выбрано два целевых гена, которые контролируют хозяйственные признаки. Ген Nud контролирует признак голозерности или пленчатости, ген Vrs1 – признак двурядности или шестирядности. Были сконструированы генетические век торы, несущие систему модификации генома, направленную на три сайта в двух целевых генах. Конструкции были введены в протопласты методом полиэтиленгликоль-зависимой трансформации, детекция мутаций осуществлялась методом глубокого секвенирования целевых последовательностей, амплифицированных с геномной ДНК трансформированной клеточной популяции. Мутации были выявлены в 6–20 % популяции трансформированных клеток. Делеции разного размера обнаружены в трех целевых сайтах, однонуклеотидные инсерции обнаружены только в одном из сайтов. Результаты, полученные в работе, демонстрируют возможность сайт-специфической модификации генома сибирского ячменя. Дальнейшие шаги по развитию технологии сайт-направленной модификации геномов культурных злаков потребуют разработки «генотип-независимых» методов генетической трансформации клеток и последующей регенерации растений из модифицированных клеток.

Глиобластома – высокозлокачественная опухоль головного мозга. Виротерапия с использованием онколитических вирусов начинает широко использоваться в клинической практике для лечения злокачественных опухолей человека. Целью настоящей работы было исследование возможных онколитических свойств вируса Зика в отношении глиобластом человека. В экспериментах in vitro показано, что вирус Зика способен избирательно лизировать опухолевые клетки глиобластомы человека U87 MG, индекс селективности (отношение инфекционного титра для опухолевых клеток к титру на нормальных нетрансформированных клетках) равнялся 2·102. Избирательность репликативной активности вируса Зика в отношении клеток глиобластомы U87 MG дополнительно подтверждена методом непрямой иммунофлуоресценции. На иммунодефицитных SCID мышах с привитыми подкожными ксенографтами глиобластомы человека U87 MG показана выраженная противоопухолевая активность вируса Зика при проведении курса (ежедневно, в течение 4 дней) интратуморального введения 5·105 ТЦД50 вируса Зика. Рост опухоли ингибировался более чем в 10 раз, вплоть до полного ее исчезновения. Индекс торможения роста опухоли составил 92.63 %. Рецидивов (метастазов) повторного роста опухоли не зарегистрировано в течение 64 сут наблюдения. Представленные в настоящей работе результаты показывают перспективность дальнейших исследований вируса Зика как потенциального онколитического агента против глиобластом человека.

Внешние механорецепторы дрозофилы, локализованные на голове и теле имаго, представлены щетинками разного размера – макро- и микрохетами. Макрохеты образуют устойчивую структурную композицию, так называемый щетиночный узор, специфичный для каждого вида дрозофилы, в котором каждая из макрохет занимает строго определенное положение. Формирование щетиночного узора начинается с формирования его прообраза в имагинальном диске. Специфичность позиций будущих механорецепторов определяется локальной экспрессией двух пронейральных генов – achaete (ac) и scute (sc), входящих в комплекс AS-C, в ответ на действие неких факторов, за которыми закрепилось название «факторы предструктуры», гетерогенно распределенных в эктодерме имагинальных дисков. Топография их совокупного распределения и создает прообраз (предструктуру) щетиночного узора. Таким образом, полноценный щетиночный узор является результатом взаимодействия двух систем: предструктуры и системы ответа на предструктуру – генов achaete и scute. К настоящему времени накоплено значительное число разрозненных экспериментальных данных, касающихся различных аспектов формирования щетиночного узора, однако формализованное представление полного спектра молекулярно-генетических взаимодействий факторов предструктуры как между собой, так и с генами комплекса AS-C, в литературе отсутствует. В обзоре систематизированы данные о закономерностях этих взаимодействий. Показано, что экспрессия пронейральных генов achaete-scute детерминируется иерархически организованной двухуровневой системой управления, содержащей как прямые, так и непрямые регуляторы их активности. Предложена обобщенная схема системы, включающая функциональные взаимодействия ее компонентов.

Целью исследования было выявление и анализ паттернов суточной динамики экспрессии генов, различающихся по форме кривой. Можно ожидать, что сходство паттернов суточной экспрессии генов (формы кривой) является отражением синхронизации экспрессии генов общими внешними и внутренними сигналами или участия в сходных биологических процессах. Разные сигналы, имеющие суточную динамику (свет, активность, питание, стресс, температура и т. д.), могут воздействовать на разные уровни регуляции экспрессии, что может проявляться в различной форме паттернов суточной экспрессии генов. Работа выполнена с использованием экспериментальных данных по экспрессии генов на уровне трансляции (профилирование рибосом) в печени и почках мыши (GSE67305 и GSE81283). Для выявления генов с суточным ритмом экспрессии был использован однофакторный дисперсионный анализ. Предложен подход к выявлению сходных по форме кривых суточной динамики экспрессии генов на основе кластерного анализа. Расстояние между генами рассчитывалось путем выравнивания фаз и поиска максимальной по циклическому сдвигу кросс­корреляции между паттернами суточной экспрессии этих генов. Данный подход позволил выявить гены, имеющие не только паттерны экспрессии с одним максимумом (синусоидальные, асимметричные со смещением влево или вправо, импульсные), но и сложные композитные сигналы с несколькими экстремумами. В результате впервые выявлены группы генов, объединенных по сходству формы кривой суточной экспрессии, без учета их фазовых характеристик. Функциональный анализ обогащения терминами генной онтологии групп генов с резко различающимися паттернами суточной экспрессии (синусоидальными и импульсными) в почках и печени мыши показал, что группа генов с синусоидальным паттерном суточной экспрессии в большей мере ассоциирована с регуляцией циркадного ритма и метаболизма. Группа генов с импульсным паттерном суточной экспрессии в значительной степени связана с защитными функциями организма, требующими формирования быстрого ответа. Показана информативность анализа динамических паттернов кривых суточной динамики экспрессии генов для функционального описания генов. Выделенные динамические паттерны суточной экспрессии имеют большое значение для дальнейшего изучения сложной циркадной регуляции, синхронизации и взаимодействия биологических процессов с суточной динамикой в организме млекопитающих.

Перспективным подходом для искоренения инфекционных болезней сельскохозяйственных животных, особенно при отсутствии эффективных методов лечения и профилактики, считается направленная селекция по генетическим маркерам (однонуклеотидным полиморфизмам, минисателлитам). Вирус лейкоза крупного рогатого скота (ВЛКРС) распространен по всему миру и представляет одну из основных проблем для развития животноводства и продовольственной безопасности в России. Однако, как показали недавние полногеномные исследования, чувствительность/резистентность к инфекции ВЛКРС носит полигенный характер. Целью исследования было создание каталога генов крупного рогатого скота и других видов млекопитающих, вовлеченных в процесс патогенеза инфекции ВЛКРС, и приоритизация генов каталога с помощью методов биоинформатики. Путем ручного сбора информации из открытых источников нами создан каталог генов крупного рогатого скота и других видов млекопитающих, вовлеченных в процесс патогенеза инфекции ВЛКРС, включающий 446 генов. Приоритизацию генов каталога осуществляли на основе следующих критериев: 1) ген ассоциирован с лейкозом по данным полногеномного анализа ассоциаций; 2) ген ассоциирован с лейкозом по данным анализа ассоциаций «случай–контроль»; 3) роль гена в развитии лейкоза изучена в экспериментах по нокауту у мышей; 4) белок, кодируемый геном, участвует в белок-белковых взаимодействиях с вирусной частицей либо отдельным вирусным белком; 5) ген имеет аннотацию терминами Gene Ontology, которые являются перепредставленными для данного списка генов; 6) ген участвует в биологических путях из баз KEGG или REACTOME, которые являются перепредставленными для данного списка генов; 7) белок, кодируемый геном, имеет неслучайно высокое количество белокбелковых взаимодействий с белками, кодируемыми другими генами из каталога. На основе каждого критерия гену присваивали ранг. Затем ранги суммировали и определяли общий ранг. Приоритизация списка, включающего 446 генов, позволила выделить пять наиболее вероятных генов-кандидатов (TNF, LTB, BOLA-DQA1, BOLA-DRB3, ATF2), которые могут влиять на чувствительность/устойчивость крупного рогатого скота к заболеванию лейкозом.

Традиционно основными структурами мозга, участвующими в запоминании информации, считаются отделы, которые осуществляют вторичную обработку сенсорной информации. Однако в последнее время появились данные о роли сенсорной пластичности в реализации процессов запоминания. В настоящей работе методом марганец­усиленной МРТ исследовано влияние ольфакторного ассоциативного обучения на функциональную активность нейронов обонятельного эпителия в ответ на индифферентный стимул, в качестве которого выступало апельсиновое масло. Обнаружено, что такая периферическая структура обонятельной системы взрослых мышей, как обонятельный эпителий (ОЭ), демонстрирует зависимую от опыта пластичность. В нашем эксперименте условное кондиционирование привело к изменению паттернов накопления Mn2+, агониста кальциевых каналов, в клетках ОЭ в ответ на запах апельсинового масла в сравнении с контрольной группой и животными, которым был предложен запах без подкрепления. Для интерпретации полученных результатов сопоставлялось распределение контраста по зонам обонятельной луковицы в ответ на условный запах у обученных животных и у контрольных животных, которым предоставляли апельсиновое масло в трех концентрациях: исходной (использовалась при кондиционировании), в 4 раза большей и в 4 раза меньшей. Поскольку в группе обученных животных и контрольных, которым предъявляли стимул в 4 раза большей концентрации, полученные паттерны активации ОЭ совпали, можно заключить, что ассоциативное кондиционирование увеличило чувствительность нейронов ОЭ к условному стимулу, что согласуется с проведенными на тех же животных поведенческими тестированиями. Наблюдаемое усиление ответа ОЭ на запах апельсинового масла может, с одной стороны, быть результатом нейрогенеза, т. е. образования новых обонятельных нейронов, реагирующих на данный стимул, а с другой – следствием увеличения интенсивности ответа каждой отдельной клетки. Основываясь на данных по накоплению МРТ­контраста в обонятельных нейронах, можно говорить о более вероятном увеличении чувствительности ОЭ за счет сенсорной пластичности, а не за счет нейрогенеза. Таким образом, сенсорная пластичность ОЭ играет значимую роль в формировании нейронального ответа на предоставление изначально индифферентного запаха и является частью приспособительных реакций животного к изменяющимся условиям среды.

Количество людей с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК) в мире постоянно увеличивается. Важными в этиологии заболевания являются генетические, средовые и иммунологические факторы. Однако механизм развития заболевания и эффективные способы борьбы с ним до сих пор не найдены. Для решения этих проблем используют различные модели на животных. Самыми перспективными считаются трансгенные модели, у которых нарушена работа отдельных генов. Для изучения ВЗК в качестве одной из таких моделей используют мышей с нуль-мутацией гена Muc2, кодирующего белок Муцин-2, который участвует в формировании защитного муцинового слоя в тонкой и толстой кишке. В процессе развития ВЗК и связанных с ними онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта принимает участие ряд транскрипционных факторов, которые меняют профиль экспрессии генов кишки. Один из них – транскрипционный фактор Kaiso, содержащий домен «цинковые пальцы» и способный связываться с метилированной ДНК. В настоящей работе мы оценили роль белка Kaiso в развитии воспаления кишечника на примере экспериментальной модели мышей C57BL/6Muc2-/-Kaiso-/-. Нами было показано, что у мышей с нарушенной барьерной функцией кишечника при развитии процессов, схожих с ВЗК у людей, развиваются воспалительные реакции, такие как повышение уровня экспрессии генов Il1, Tnf и Il17a. Отсутствие транскрипционного фактора Kaiso у мышей с дефицитом Муцина-2 вызывает снижение уровня экспрессии только генов Cox2 и Tff3. Возможно, снижение экспрессии гена, кодирующего циклооксигеназу-2, может приводить к уменьшению экспрессии антибактериального фактора Trefoil factor 3. Белок Kaiso на экспериментальной модели ВЗК не оказывал значимой роли в регуляции провоспалительных цитокинов фактора некроза опухоли и интерлейкинов 1 и 17.

Актуальность исследований взрослого нейрогенеза очевидна в связи с потенциальной возможностью использования новых нейронов для замещения нейронов, утраченных в процессе жизни. Несмотря на значительные усилия, мало что известно о конечной судьбе этих клеток, функциональной значимости их связей и регуляции их развития. Физическая активность значительно повышает в зубчатой извилине гиппокампа количество делящихся прогениторов, которые далее преобразуются в новые нейроны. Существующие иммуногистохимические методы маркировки новых нейронов не позволяют проследить временную динамику изменений объемов структур мозга у одного и того же животного, индуцированных внешними воздействиями, такими как добровольные физические нагрузки. Это делает актуальной задачу разработки и совершенствования методов долговременного контроля изменений, которые происходят во взрослом гиппокампе вследствие индукции нейрогенеза. Основной целью настоящей работы было с помощью магнитно­резонансной томографии на сверхвысокопольном томографе неинвазивно проследить временную динамику изменений объемов гиппокампа у одних и тех же животных, имевших добровольные физические нагрузки, которые, как известно, инициируют нейрогенез в зубчатой извилине гиппокампа. Обнаружено, что добровольные физические нагрузки не изменяли общий объем гиппокампа мыши. Однако разница в соотношении объемов между правой и левой частями гиппокампа была достоверно ниже по сравнению с контрольной группой. Проведены реконструкция и анализ белок­белковых взаимодействий, которые обеспечивают выживание большего количества новых нейронов и их интеграцию в существующие нейрональные сети в гиппокампе. Предложенный подход позволяет неинвазивно регистрировать изменения, в том числе лево­правую асимметрию по соотношению объемов этих парных структур мозга.

Одним из важнейших элементов, способствующих адаптации организмов к неблагоприятным условиям среды, является стресс­реакция. Особый интерес представляет изучение генетического контроля стресс­реакции насекомых и ее роли в адаптации к неблагоприятным условиям. Ювенильный гормон (ЮГ) выполняет функцию гонадотропного гормона у имаго насекомых, Drosophila в том числе, контролируя развитие яичников, вителлогенез и откладку яиц, и играет ключевую роль в стресс­реакции и регуляции размножения насекомых в условиях стресса. Показано, что снижение деградации ЮГ у особей, реагирующих на неблагоприятные воздействия стресс­реакцией (R­особей), вызывает задержку в откладке яиц и, по­видимому, позволяет популяции «переждать» неблагоприятные условия, способствуя тем самым адаптации на популяционном уровне. Однако при проведении мониторинга природных популяций D. melanogaster по способности развивать стресс­реакцию было обнаружено, что в них с высокой частотой встречаются особи, не способные к ее развитию (NR­особи). Изучение репродуктивных характеристик R­ и NR­особей показало, что в нормальных условиях преимущество в оставлении потомства имеют первые. В неблагоприятных условиях, если стрессор достаточно интенсивен, NR­особи погибают, но если его интенсивность невелика, то они, в отличие от R­особей, продолжают оставлять потомство. На основании этих данных была выдвинута гипотеза о том, что сбалансированность популяций по R­ и NR­аллелям обеспечивает их адаптацию при существовании популяции в условиях частых стрессирующих воздействий невысокой интенсивности. Целью данной работы являлась проверка этой гипотезы экспериментальным путем. Для этого проводились исследования характеристик приспособленности (продолжительности жизни, плодовитости) R­ и NR­линий D. virilis в нормальных условиях и при регулярном тепловом стрессировании различной периодичности.