Характеристика генетического разнообразия является одной из главных составляющих создания коллекций геноресурсов. Молекулярные маркеры – наиболее эффективный инструмент характеристики и оценки генетического разнообразия. IRAP (inter-retrotransposons amplified polymorphism) маркеры зарекомендовали себя как одни из наиболее эффективных для характеристики и оценки геноресурсных коллекций растений, подтверждения генетической стабильности сохраняемых in vitro сортов и видов. В связи с этим цель настоящей работы – подобрать IRAP ДНК-праймеры для оценки генетической стабильности трех редких и исчезающих видов растений Западного Кавказа, сохраняемых в коллекции in vitro. Выполнена апробация 16 IRAP-праймеров на исследуемых видах: синеголовник приморский (Eryngium maritimum L.), подснежник Воронова (Galanthus woronowii Losinsk.) и колокольчик твердолистный (Campanula sclerophylla Kolak). Результаты апробации маркеров позволили выявить наиболее перспективные для использования в анализе генетической стабильности растения-регенеранты. У синеголовника приморского по 8 из 16 использованных в работе IRAP-праймеров были получены ПЦР-продукты. В ходе апробации на образцах подснежника Воронова фрагменты амплификации были обнаружены у 8 из 16 IRAP-праймеров, при этом число фрагментов варьировало от 2 до 12. У колокольчика твердолистного в выборке из 16 апробированных IRAP-праймеров у 9 была установлена амплификация. Количество фрагментов у образцов, в зависимости от маркера, варьировало от 1 до 11. Результаты генотипирования регенерантов сопоставлялись с данными по маточным растениям, экспланты которых были введены в стерильную культуру и размножены in vitro. Всего в работе было задействовано по 60 регенерантов для каждого из видов природной флоры Западного Кавказа. Полученные в ходе генотипирования сведения позволяют предположить отсутствие генетических изменений в процессе консервации in vitro у всех изученных видов. Расширенная выборка регенерантов для каждого вида была проанализирована для определения генетической стабильности с использованием ранее апробированных ISSR-маркеров. Эти результаты свидетельствуют о низкой вероятности возникновения генетических изменений в процессе размножения и сохранения in vitro трех исследуемых видов.

В связи с глобальным изменением климата в последние десятилетия отмечается учащение и усиление засух. Не все растительные организмы способны адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Поэтому вопрос отбора стрессоустойчивых (засухоустойчивых) генотипов, перспективных для проведения селекционных работ, стоит достаточно остро. Проблема касается и лесных древесных растений, в том числе сосны обыкновенной, являющейся одним из основных лесообразователей на территории Воронежской области. В настоящем исследовании приведены результаты анализа вегетативной и генеративной сферы отдельных деревьев сосны обыкновенной с помощью биотехнологического, молекулярно-генетического и цитогенетического методов. Возможность применения метода культуры ткани in vitro с целью тестирования исходных растений на стрессоустойчивость, в том числе и засухоустойчивость, объясняется взаимосвязью свойств клеток, тканей и целого растения. Показано, что у различающихся генотипов цитогенетические характеристики семенного потомства и показатели каллусогенных реакций не всегда совпадают: у одних энергетические ресурсы тратятся на защиту онтогенеза, у других – на поддержание репродуктивной функции. Выделены деревья, состояние генеративной сферы которых в засушливые годы находится на уровне оптимальных лет и реакция их каллусных культур остается неизменной даже в моделируемых условиях засухи. На основе полученных результатов для отбора засухоустойчивых генотипов сосны обыкновенной предлагаем использовать систему критериев, характеризующих как способность вегетативной сферы к выживанию в условиях засухи на основе метода культуры ткани in vitro (скорость формирования каллусной ткани, ее жизнеспособность, частота каллусогенезов), так и состояние генеративной сферы с помощью цитогенетического анализа семенного потомства (частота патологий митоза, доля клеток с микроядрами, митотическая активность). Целесообразность применения биотехнологического подхода была доказана с помощью анализа уровня экспрессии генов стрессовых белков: между уровнем экспрессии гена AbaH и показателем жизнеспособности каллусных культур установлена сильная корреляционная связь, в том числе и на питательной среде с дополнительным стрессовым агентом (NaCl). Деревья, которые по результатам анализа можно отнести к засухоустойчивым, следует рекомендовать для использования в работах по селекции.

Главные проблемы создания депонированной коллекции сортов цитрусовых in vitro, как и некоторых других древесных растений, – высокая степень грибной контаминации вегетативных почек и последующее снижение ростового потенциала введенных в культуру in vitro микропобегов. В связи с этим цель нашей работы – выявить эффективность различных путей деконтаминации вегетативных эксплантов и оценить возможность введения в культуру in vitro и сохранения в медленнорастущей коллекции ценных сортов лимона. Наилучшие результаты поверхностной стерилизации были получены в вариантах с использованием растворов Велтолена 0.3 % – 25 минут и Доместос 10 % – 25–30 минут. В этих вариантах было получено 27.7–33.0  % стерильных жизнеспособных эксплантов соответственно. Однако после третьего пассажа выход стерильных эксплантов снизился до 10 % из-за вторичного инфицирования побегов эндофитными микроорганизмами. Использование биоцида («Гавриш») в питательной среде в концентрации 1 мл/л помогло повысить выход стерильных жизнеспособных эксплантов до 50 %. Несмотря на получение асептической культуры и начало морфогенеза, с течением времени происходило снижение фотосинтетической активности и содержания пигментов в листьях микропобегов. Ростовой потенциал микропобегов снижался с каждым последующим пассажем. После третьего пассажа микропобеги сбрасывали пожелтевшие листья, и рост их прекращался. Так, через 8 месяцев консервации выжило 37.35 % микропобегов на среде 1/2 Мурасиге–Скуга, их прирост составлял 0.33 см, а через 10 месяцев осталось лишь 14.6 % микропобегов. То есть спустя 10 месяцев консервации большая часть микропобегов погибла. Уже через три месяца консервации у растений наблюдалось существенное снижение индекса жизнеспособности и коэффициента фотосинтетической активности. Содержание хлорофилла a в листьях снижалось с 1.59 до 1.14 мг/г за 12 месяцев консервации in vitro. Аналогичная тенденция отмечена по содержанию хлорофилла b и каротиноидов. Эксперименты проводились в течение пяти лет с использованием разных сортов лимона и других цитрусовых. Таким образом, микроразмножение и создание генбанка in vitro ценных сортов лимона все еще остается проблематичным и требует новых технических решений по причине низкого ростового потенциала эксплантов пазушных почек, что согласуется с данными других исследователей.

С появлением технологии геномного редактирования, основанной на применении сайт-специфических эндонуклеаз, открылось огромное количество новых возможностей. Одной из ключевых задач геномного редактирования в биологии и биотехнологии растений является улучшение культурных растений. Число публикаций, описывающих редактирование генома сельскохозяйственных видов с помощью системы CRISPR/Cas, неуклонно возрастает. Цель работы – систематизация и каталогизация этих данных. Ранее мы проводили анализ индексируемых в базе данных Scopus публикаций, описывающих модификации генома растений, в каталоге, включающем сведения на 10.02.2017. Текущий обзор – это обновление каталога; он охватывает исследовательские работы о модификациях генома сельскохозяйственных культур с 10 февраля 2017 г. по 17 августа 2018 г., найденные путем поиска по 47 названиям культур в базе данных Scopus. В течение полутора лет было опубликовано 377 статей, в которых названия культурных растений упоминались в сочетании с «CRISPR», из них 131 статья описывает экспериментальное применение данного метода для редактирования 193 генов в 19 культурах, включая рис с наибольшим количеством модифицированных генов (109 генов). Редактирование 50 из 193 генов было направлено на улучшение свойств растений. Представленный каталог описывает эти 50 генов с указанием сортов, функций продуктов генов, типа модификации и используемого метода доставки. Текущее общее количество генов, модифицированных с помощью CRISPR/Cas с целью улучшения признака, составляет 81 в 16 культурах (за пять лет с августа 2013 по август 2018 г.). В этой статье мы также обобщаем данные о различных типах модификаций в культурах растений и даем краткий обзор некоторых новых методов и подходов, которые появились в исследованиях редактирования генома растений за рассматриваемый период. В совокупности эти данные дают четкое представление о текущем прогрессе в области модификации и улучшения генома растений с использованием технологии CRISPR/Cas.

Геномные технологии претерпели значительные изменения с момента публикации первой последовательности генома растения Arabidopsis thaliana. Исследователи приняли на вооружение новые алгоритмы и технологии секвенирования и биоинформационные подходы для получения геномной последовательности, транскриптома и экзома для модельных и культурных видов растений, что позволило сделать глубокие выводы о биологии растений. В результате снижения затрат на секвенирование благодаря улучшению методов сборки и анализа геномов, количество и качество секвенированных геномов растений постоянно растет. В течение последних двадцати лет опубликовано более 300 геномных последовательностей растений. Хотя многие из опубликованных геномов считаются неполными, они, тем не менее, оказались ценным инструментом для идентификации генов-кандидатов, участвующих в формировании хозяйственно ценных признаков растений, для проведения работ по маркер-ориентированной и геномной селекции и сравнительного анализа геномов растений с целью установления основных закономерностей происхождения различных видов растений. В связи с тем, что высокого уровня покрытия и разрешения полногеномного секвенирования не хватает для обнаружения всех изменений в сложных образцах, стало развиваться целевое (таргетное) секвенирование, которое заключается в выделении и секвенировании определенной области генома. Основным преимуществом целевого секвенирования являются его высокая мощность обнаружения (способность идентифицировать новые варианты) и более высокое разрешение. Кроме того, активно развивается экзомное секвенирование (метод секвенирования только белок-кодирующих участков генов), позволяющее секвенировать участки генома, которые обогащены функциональными вариантами и демонстрируют низкий уровень содержания повторяющихся областей. В настоящем обзоре проведен анализ развития работ по секвенированию и построению «референсных» геномов растений. Сравниваются методы целевого секвенирования, базирующиеся на использовании референсной последовательности ДНК.

Гуар Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub. – новая для России сельскохозяйственная культура, востребованная в газо-, нефтедобывающей и пищевой промышленности. В связи с развитием «омиксных» технологий и для выявления ценных для селекции генов представляет интерес сравнительное изучение различных сортов и линий гуара с помощью метаболомики и функциональной геномики. Для массового скрининга метаболомных профилей образцов гуара из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова с использованием GС-МS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry) метаболомного анализа на первых этапах важно подобрать наиболее оптимальный метод экстракции метаболитов из анализируемых образцов. Результатом метаболомного анализа чаще всего является статистическая модель различий в корреляционной структуре метаболитной сети изучаемых объектов. Надежное квантирование метаболитных профилей критично для различения сортов одной культуры, так как профили метаболитов в тканях листа у растений одного вида, культивируемых в равных условиях, практически не отличаются по набору метаболитов. В метаболомной практике при подготовке образцов к GС-MS-анализу распространено два способа экстракции полярных соединений. Один из широко используемых методов пробоподготовки основан на длительной экстракции метаболитов из цельных незамороженных тканей с помощью растворителя метанола, а другой – на краткосрочной метанольной экстракции метаболитов из замороженного и подвергнутого гомогенизации материала. Преимущества и недостатки этих двух методов побудили нас к разработке нового подхода, позволяющего избежать затруднений при анализе метаболомных профилей листьев различных сортов гуара. Предложенный нами метод объединяет преимущества двух выше указанных способов пробоподготовки, а именно: исключает потерю метаболитов на этапе центрифугирования и способствует полной деструкции всех клеточных стенок, обеспечивая максимальный уровень экстракции полярных метаболитов. Метод состоит в том, что лист быстро замораживается в жидком азоте с последующим размораживанием в холодном метаноле. При этом ткани листа сохраняют морфологическую целостность, и последующее центрифугирование, необходимое при гомогенизации, исключается. Нами была показана эффективность использования этого усовершенствованного метода на образцах листьев трех линий гуара. Установлено, что количество экстрагируемых метаболитов увеличивается более чем в пять раз по сравнению с метанольной экстракцией из свежего листа без замораживания и более чем в два раза в сравнении с экстракцией метанолом после замораживания и гомогенизации. Экстракция метаболитов новым методом позволяет проводить GС-MS-анализ образцов гуара с наименьшими потерями и высокой точностью, необходимой при выявлении сортовых различий.

Снижение естественного освещения в осеннее/зимнее время вызывает депрессивно-подобные сезонные аффективные расстройства у предрасположенных индивидов. Ожирение является другим фактором риска депрессии. Мутация lethal yellow (AY) вызывает эктопическую экспрессию белка агути в мозге. Мыши, гетерозиготные по мутации AY (AY/a), страдают ожирением по сравнению с их однопометниками дикого типа (a/a). Основная цель работы – исследование влияния мутации AY, фотопериода и взаимодействия между этими факторами на суточную динамику активности, потребление пищи, локомоторную и исследовательскую активность, тревожность и депрессивно-подобное поведение в условиях умеренного стресса. Самцы AY/a и a/a возрастом 6 недель были разделены на четыре группы и содержались 28 дней при длинном (14 ч день:10 ч ночь) и коротком (4 ч день:20 ч ночь) фотопериоде. Затем поведение этих мышей последовательно исследовали в домашней клетке, тестах «открытое поле», «приподнятый крестообразный лабиринт» и «принудительное плавание». Мы не обнаружили влияния мутации AY на общую активность, потребление пищи и воды в домашней клетке; двигательную активность, исследовательское поведение в тесте «открытое поле»; тревожность в тестах «открытое поле» и «приподнятый крестообразный лабиринт». В то же время мутация AY усиливает депрессивно-подобное поведение в тесте «принудительное плавание» (F1.28 = 20.03, p = 0.00012). Короткий день снижал ночную активность мышей в домашней клетке, как и локомоторную (F1.28 = 16.33, p = 0.0004) и исследовательскую (F1.28 = 16.24, p < 0.0004) активность в тесте «открытое поле». Более того, короткий день снижал время в центре в тесте «открытое поле» (F1.28 = 6.57, p = 0.016) и в открытых рукавах в тесте «приподнятый крестообразный лабиринт» (F1.28 = 12.08, p = 0.0017), а также увеличивал время неподвижности в тесте «принудительное плавание» (F1.28 = 9.95, p = 0.0038). При этом не выявлено влияния взаимодействия генотип × фотопериод на выраженность этих признаков. Следовательно, мутация AY и короткий фотопериод усиливают депрессивно-подобное поведение в тесте «принудительное плавание» посредством различных механизмов.

Голодание становится все более популярным средством для лечения и профилактики ожирения. Данные о половых различиях механизмов адаптации к голоданию могут быть актуальными при выборе терапевтической стратегии для коррекции нарушений обмена веществ. Гепатокин фактор роста фибробластов 21 (FGF21) вовлечен в регуляцию адаптации к голоданию. Основным потребителем энергии в организме является мышечная ткань, поэтому регуляция метаболизма мышц играет важную роль в ответе организма на пищевой дефицит. Однако половые особенности в физиологическом ответе FGF21 и мышечной ткани на голод пока еще недостаточно изучены. Целью данного исследования было изучение половых особенностей гормональных изменений в крови и экспрессии генов метаболизма глюкозы и жиров в скелетных мышцах в ответ на голод. Мы оценивали влияние 24-часового лишения пищи на экспрессию генов, участвующих в метаболизме липидов (Ucp3, Cpt1) и углеводов (Slc2a4) в мышцах, и изменения массы тела, уровня глюкозы, инсулина, свободных жирных кислот, адипонектина и FGF21 в крови у самцов и самок мышей C57BL/6J. У самцов и самок контрольных групп не выявлено половых различий в уровне мРНК генов Ucp3, Cpt1 и Slc2a4 в мышцах, под влиянием голода самки продемонстрировали значительное увеличение экспрессии всех генов по сравнению с контролем. Голодание достоверно снижало массу тела и уровень глюкозы в крови у животных обоих полов и не влияло на уровни инсулина и свободных жирных кислот в крови. Уровни адипонектина и FGF21 повышались в ответ на голодание, у самок это повышение было статистически достоверным. Мы впервые продемонстрировали половой диморфизм в экспрессии генов, вовлеченных в метаболизм липидов и углеводов (Ucp3, Cpt1 и Slc2a4) в мышцах, и уровне FGF21 в крови в ответ на голод: у самок происходит более выраженное повышение экспрессии генов, ассоциированное с ростом уровня FGF21 и адипонектина.

Остеопороз (ОП) является одним из многофакторных заболеваний и развивается на основе взаимодействия генетической компоненты с окружающей средой. Однако, несмотря на существенные достижения в понимании молекулярно-генетических аспектов этого заболевания и развитие методов диагностики, для остеопороза не регламентированы эпигенетические маркеры, прогнозирующие риск заболевания на доклинической стадии и позволяющие предсказать его течение и тяжесть с целью проведения профилактических мероприятий для снижения риска переломов. Расширение знаний в области биологии костной ткани, особенно в направлении генетики остеопороза и остеоиммунологии, позволило показать, что остеопороз возникает не только на основе гормональных или механических нарушений, а представляет собой сложный процесс деструкции костной ткани многофакториальной природы. Уменьшение костной массы, нарушение минерализации матрикса и изменение микроархитектуры кости могут иметь разные патогенетические схемы развития, и, кроме того, все еще остаются неизвестные звенья патогенеза ОП. Одним из таких звеньев, вероятно, является ДНК-метилирование, которое представляет собой механизм эпигенетической регуляции экспрессии генов. Ряд данных указывает на то, что этот механизм, наряду с регуляторными микроРНК и посттрансляционными модификациями, вносит существенный вклад в центральные процессы костного ремоделирования и роста костной ткани. Несмотря на это, результаты современных исследований значительно различаются, профиль метилирования ДНК у пациентов с остеопорозом не всегда воспроизводится в полногеномных исследованиях, до сих пор не определены биомаркеры первичного ОП на основе эпигенетических аберраций, воспроизводимые в различных популяциях. Поэтому актуальной задачей является выяснение значимости накопленных данных. Цель данного обзора – обобщение и систематизация данных о роли ДНК-метилирования в костном метаболизме в норме и патологии, формировании остеопороза, оценка достижений и тенденций в этой области исследований и технологий изучения ДНК-метилирования.

Псориаз (ПС) и псориатический артрит (ПсА) – многофакторные заболевания, развитие которых определяется результатом сложного комбинированного взаимодействия генетической предрасположенности и факторов окружающей среды. Изучение генетического полиморфизма в зависимости от клинического течения ПС и ПсА позволит выявить единые диагностические критерии прогрессирования патологии. Целью работы было – проанализировать частоту распределения генотипов полиморфизма промоторного региона С-590Т (rs2243250) гена IL4 у больных псориазом и псориатическим артритом. В исследование были включены больные псориазом (n = 49) и псориатическим артритом (n = 48), которые с учетом носительства определенных генотипов разделены на группы: 1– ПС, носители генотипа С/С IL4 (rs 2243250) (n = 31), 2 – ПС, носители генотипов С/Т и Т/Т (n = 18), 3 – ПсА, носители генотипа С/С (n = 30), 4 – ПсА, носители генотипов С/Т и Т/Т (n = 18). Выделение ДНК из цельной венозной крови проводилось при помощи стандартного набора с сорбентом. Генотипирование аллельных вариантов осуществлялось методом рестрикционного анализа продуктов амплификации (ПДРФ-анализ, анализ полиморфизма длины рестрикционных фрагментов) специфических участков генома. У больных ПС, носителей генотипа С/С IL4 (rs 2243250), значение индекса PASI (Psoriasis Area and Severity Index) статистически значимо ниже относительно носителей генотипов С/Т и Т/Т. Отмечена возможная ассоциация носительства генотипов С/Т и Т/Т при ПсА с псориазом ногтей в сравнении с генотипом С/С. При изучении межгрупповых различий определено, что носительство генотипа С/С при ПсА может оказывать влияние на клиническое течение псориатического процесса с частыми обострениями и вовлечением в патологический процесс волосистой части головы с площадью поражения более 30 %. Носительство генотипов С/Т и Т/Т при ПсА может иметь ассоциацию с феноменом Кебнера и метаболическими нарушениями в сравнении с таковым при ПС. Определены различия в носительстве генотипов С/С относительно С/Т и Т/Т IL4 (rs 2243250) у больных псориазом и псориатическим артритом. С учетом крайне низкой численности групп пациентов результаты необходимо рассматривать как предварительные и требующие дальнейшей проверки, но на выборках значительно большего объема.

Глиомы – это наиболее распространенный тип злокачественной опухоли головного мозга. Стандартное лечение глиом заключается в хирургическом иссечении опухоли с последующей химио- и радиотерапией. Опухолевые клетки характеризуются быстрым делением с потреблением большого количества глюкозы и ее расщеплением в процессе гликолиза. Для поддержания быстрого деления уровень гликолитической активности опухолевой клетки значительно увеличен по сравнению с нормальными клетками. Известно, что некоторые наночастицы (НЧ) обладают свойством накапливаться в опухолях. В частности, НЧ оксида марганца могут проникать в мозг и при значительном накоплении вызывать токсические эффекты. Эти факты послужили предпосылкой для изучения эффектов НЧ оксида марганца на жизнеспособность клеток глиомы. Целью нашей работы было исследование эффектов НЧ оксида марганца, а также их сочетания с гамма-облучением на гликолиз клеток глиомы. Облучение клеток производили на исследовательской гамма-установке радиобиологической «ИГУР-1» на основе 137Cs. Уровень активности клеточного гликолиза определяли с помощью стандартного метода гликолитического стресса на приборе Seahorse XFp. Жизнеспособность клеток определяли с помощью окрашивания реагентом ViaCount живых и мертвых клеток. Подсчет клеток проводился с помощью проточной цитометрии. Мы показали, что гликолиз клеток глиомы U-87 MG значительно снижался при инкубации в течение 48 ч с НЧ оксида марганца. Облучение в комплексе с НЧ или отдельно не оказывало значительных эффектов на гликолиз глиом. Нами установлено, что через 72 ч после начала инкубации с НЧ оксида марганца жизнеспособность глиом достоверно снижалась. Данное исследование может быть полезным для разработки новой терапии и диагностики глиом.

Гаметический эмбриогенез является одной из форм тотипотентности растительной клетки, при которой клетки мужского или женского гаметофитов проявляют способность формировать эмбриоиды (спорофит). Регенерация гаплоидных растений из эмбриоидов и последующее удвоение числа хромосом приводят к получению удвоенных гаплоидов, или DH-линий. Технологии производства удвоенных гаплоидов дают возможность одноступенчатого создания гомозигот из гетерозиготных растений. Разработка эффективных гаплоидных протоколов имеет большое значение для селекции, их применение сокращает время и затраты для создания новых сортов. Микроспоровый или пыльцевой эмбриогенез используется более широко в сравнении с другими методами получения гаплоидных растений. В значительной степени это связано с большим количеством мужских гаметофитов в пределах одного пыльника по сравнению с единичными гаметофитами в зародышевом мешке. Переключение культивируемых in vitro микроспор с гаметофитного на спорофитный путь развития, как правило, индуцируется различными стрессами, применяемыми на донорные растения, соцветия, изолированные пыльники или микроспоры в условиях как in vivo, так и in vitro. Физические и химические предобработки (холодовой и тепловой шок, углеводное голодание, колхицин, бутанол) действуют как триггеры, индуцирующие спорофитный путь развития, и предотвращают гаметофитное развитие микроспор. Накопленные литературные данные позволяют предположить, что холодовой шок влияет фактически как антистрессовый фактор, смягчающий действие реального стресса, вызванного голоданием изолированных от растения пыльников или микроспор. Под воздействием стрессов сильновакуолизированная поляризованная микроспора трансформируется в деполяризованную и дедифференцированную клетку, что является обязательным условием для репрограммирования ее развития в спорофит (эмбриоид). В настоящем обзоре мы обобщили данные о роли различных стрессов в индукции микроспорового эмбриогенеза и некоторые возможные механизмы их действия на клеточном и молекулярном уровне. Выявление новых стрессов и способов их воздействий, повышающих потенциал микроспорового эмбриогенеза, позволит создать эффективные протоколы получения DH-линий для их использования в селекции экономически ценных видов растений.

Онтогенез многоклеточного организма начинается с тотипотентной зиготы, обладающей неограниченным потенциалом дифференцировки во все имеющиеся во взрослом организме типы клеток. По мере деления и созревания клетки постепенно утрачивают потенциал, и спектр доступных путей развития сужается. Проходя последовательные этапы дифференцировки, клетки приобретают специфические функциональные и морфологические особенности, характерные для данного клеточного типа. Расшифровка механизмов, регулирующих активность генов в ходе дифференцировки, является актуальной задачей. В настоящее время трехмерная организация генома в пространстве ядра считается одним из основных уровней регуляции активности генов. Развитие методов, основанных на технологии захвата конформации хромосом, значительно расширило наше представление об организации и регуляции генома в пространстве. В частности, были описаны несколько уровней упаковки геномной ДНК, включающих такие структурно-функциональные единицы, как компартменты хроматина разных типов, топологические домены и внутридоменные локальные взаимодействия регуляторных элементов. Несмотря на значительный прогресс в этой области, точные молекулярные механизмы установления и поддержания подобной организации пока не удалось расшифровать до конца. Поэтому в последнее время все большую актуальность приобретают исследования изменений трехмерной архитектуры генома, сопровождающих ту или иную дифференцировку. Среди описанных дифференцировок эритроидная занимает особое место, так как она сопровождается экстремальной реорганизацией хроматина, а конечный продукт дифференцировки – зрелые эритроциты, у млекопитающих и вовсе не содержат ядра. Кроме того, компактизация ядра эритроидных клеток сопровождается глобальным снижением транскрипционной активности. В связи с этим глобальные изменения ландшафта хроматина, сопутствующие эритроидной дифференцировке, представляются удобной моделью для изучения общих механизмов поддержания трехмерной архитектуры генома, а также для изучения их взаимосвязи с механизмами, обеспечивающими активность генов. В обзоре мы обсудим связь последовательных изменений структуры хроматина в ходе эритроидной дифференцировки с установлением 3D архитектуры генома.

В настоящее время в России и в мире интенсивно ведутся работы по исследованию механизмов патогенеза заболеваний растений и их распространения в посевах. Прежде всего это связано со значительным влиянием патогенов на урожай. На территории Западной Сибири в посевах яровой и озимой пшеницы практически ежегодно регистрируются бурая ржавчина и мучнистая роса, а в отдельные годы степень поражения достигает эпифитотийного уровня. Методы мониторинга состояния посевов развиваются с целью прогнозирования их динамики и планирования агротехнологических мероприятий для управления состоянием растений в посевах, в том числе при развитии грибной инфекции. Существенной составной частью систем планирования и управления состоянием посевов являются модели развития листостебельной грибной инфекции (например, бурой ржавчины) в посевах пшеницы. Математические модели позволяют проводить вычислительные эксперименты для получения прогнозов относительно динамики рисков инфекций при разных сценариях глобальных погодных изменений. Такое назначение моделей предполагает их иерархическую структуру, характерную для многоуровневых систем моделирования. В  настоящем обзоре представлены модели развития листостебельных грибных инфекций на примере ржавчинных заболеваний в посевах зерновых культур и сформулированы методические подходы системного моделирования, которые можно применять при использовании и/или адаптации существующих моделей и их блоков и разработке на их основе собственных моделей. В статье также предлагается структура иерархической системы моделей развития листостебельной инфекции, дается обзор составляющих систему блоков, обсуждаются вопросы параметрической адаптации подмоделей. Представлены разработанные к настоящему времени модели роста и развития растений, учитывающие различную степень детализации описания процессов морфогенеза. Такие модели лежат и в основе описания взаимодействий патоген–хозяин, представленных в виде модулей. Для каждого из модулей можно использовать уже разработанные и описанные модели базовых процессов для отдельных растений или посевов с учетом имеющихся экспериментальных данных.

В связи с глобальными климатическими изменениями последних лет остро стоит вопрос повышения адаптивного потенциала сельскохозяйственных культур. Необходимо создание сортов озимых зерновых как с экологической адаптивностью, так и способностью формировать стабильный уровень урожайности в разные по гидротермическим условиям года. С целью выведения сортов ячменя озимого с сочетанием урожайности и стабильности в Мироновском институте пшеницы имени В.Н. Ремесло Национальной академии аграрных наук Украины в 2012/2013–2014/2015 гг. испытывали 14 перспективных селекционных линий ячменя озимого, используя четыре различных срока сева. С помощью дисперсионного анализа выявлены достоверные вклады в вариацию урожайности: условий среды – 64.59 %, взаимодействия генотип–среда – 16.84 % и генотипа – 15.57 %. Сроки сева существенно влияли на увеличение варьирования урожайности линий. Разница между средними значениями урожайности по срокам сева в пределах года составляла: 2012/2013 г. – 1.05 т/га, 2013/2014 г. – 0.90 т/га, 2014/2015 г. – 1.25 т/га. Для характеристики взаимодействия генотип–среда и ранжирования линий по урожайности применяли несколько наиболее распространенных статистических параметров адаптивности, стабильности, пластичности и GGE biplot. Использование различных сроков сева на завершающем этапе селекционного процесса ячменя озимого – простой, но эффективный подход, позволяющий более детально оценить адаптивность селекционных линий в меняющихся условиях вегетации. По сравнению с статистическими показателями GGE biplot имеет ряд преимуществ для характеристики взаимодействия генотип–среда. Эта графическая модель позволяет визуализировать ранжирование сред по дифференцирующей способности и репрезентативности, а также выделять генотипы как специфически адаптированные, так и с оптимальным сочетанием потенциала урожайности и стабильности в совокупности сред (мегасред). Выделены селекционная линия с оптимальным сочетанием урожайности и стабильности Pallidum 4816, а также высокопродуктивные линии Pallidum 4857 и Pallidum 4659, которые переданы на государственное сортоиспытание Украины как новые сорта ячменя озимого: МИП Ясон, МИП Оскар и МИП Гладиатор.