Сохранение генетического разнообразия растений, в том числе хозяйственно значимых культур, является основой продовольственной безопасности. В мире около 90 % генетического разнообразия культурных растений сохраняется в виде семян в генных банках. В процессе хранения в семенах накапливаются свободные радикалы, в первую очередь активные формы кислорода (АФК). Повышение уровня АФК вызывает окислительный стресс, который негативно влияет на качество семян и может привести к полной потере их жизнеспособности. В обзоре обобщены сведения о биохимических процессах, влияющих на продолжительность жизни семян. Проанализированы данные о деструктивном действии свободных радикалов по отношению к макромолекулам клетки растения и пути устранения избыточного количества АФК в растениях, наиболее важным из которых является аскорбат-глутатионовый путь. Рассматривается вопрос взаимосвязи периода покоя и длительности сохранения семян. В исследованиях на семенах разных видов растений была выявлена отрицательная корреляция между периодом покоя и долголетием семян, тогда как в работах с семенами Arabidopsis различные авторы выявили как положительную корреляцию между периодом покоя и длительностью сохранения семян, так и отрицательную. Отрицательная корреляция между периодом покоя и жизнеспособностью, вероятно, свидетельствует о способности семян адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Нами проанализирована информация по генам Arabidopsis, связанным с жизнеспособностью семян. В настоящее время выделено значительное количество локусов и генов, влияющих на долголетие семян. Статья знакомит с современными исследованиями жизнеспособности семян ячменя. Локусы количественных признаков (QTL), связанные с долголетием семян ячменя, были определены на хромосомах 2Н, 5Н и 7Н. В изученных областях QTL выявлены гены Zeo1, Ale, nud, nadp-me и HvGR. Однако вопрос о том, какие гены являются маркерами жизнеспособности семян растений определенного вида, остается открытым.

Микросателлитные (SSR) маркеры широко используют для картирования генов ржи и анализа транслокационных линий пшеницы и тритикале. SSR-маркеры с известной внутрихромосомной локализацией очень востребованы для картирования экономически значимых генов и QTL-анализа. Одним из источников новых SSR-маркеров у ржи являются микросателлитные маркеры пшеницы. Несмотря на несколько наборов микросателлитных маркеров, доступных у ржи, по-прежнему необходимо расширение списка SSR, сопоставленных с хромосомами ржи, поскольку на некоторых генетических картах количество SSR-маркеров невелико. Цель настоящего исследования состояла в том, чтобы интегрировать EST-SSR пшеницы в существующие генетические карты ржи и построить консенсусную микросателлитную карту ржи. Четыре картирующих популяции ржи (P87/P105, N6/N2, N7/N2 и N7/N6) тестировали с использованием праймеров CFE (EST-SSR). В результате в молекулярно-генетические карты ржи было интегрировано 23 микросателлитных локуса Xcfe: Xcfe023, -136 и -266 на хромосоме 1R, Xcfe006, -067, -175 и -187 на 2R, Xcfe029 и -282 на 3R, Xcfe004, -100, -152, -224 и -260 на 4R, Xcfe037, -208 и -270 на 5R, Xcfe124, -159 и -277 на 6R, Xcfe010, -143 и -228 на 7R. За исключением Xcfe159 и Xcfe224, все картированные локусы Xcfe были обнаружены в ортологичных позициях с учетом множественных транслокаций в ходе эволюции генома ржи по сравнению с пшеницей. Консенсусная карта построена с использованием данных по четырем картирующим популяциям ржи. Она содержит в общей сложности 123 микросателлитных маркера, 12 SNP, 118 RFLP и 2 изоферментных локуса.

Картофель (Solanum tuberosum L.) – одна из важнейших в мире продовольственных культур. Геном вида автотетраплоидный, отличается высоким уровнем гетерозиготности, этот вид является также перекрестноопыляемым. Все это затрудняет генетический анализ и селекционный процесс. Глубина залегания глазков клубня картофеля продовольственного назначения – важный признак, влияющий на пригодность сортов картофеля для переработки. Селекция по этому признаку ведется на основе фенотипической оценки. Идентификация локусов, контролирующих данный признак, позволила бы проводить маркер-контролируемый отбор гибридов, отбраковывая формы с глубоким залеганием глазков на ранних этапах селекции. Целью настоящего исследования было выявление геномных районов, ассоциированных с глубиной залегания глазков, путем анализа сортообразцов картофеля S. tuberosum L. из коллекции ГенАгро Института цитологии и генетики СО РАН. При использовании 15214 SNP-маркеров, генотипированных с помощью чипа Illumina 22K SNP potato array, и обобщенной линейной модели (General Linear Model, GLM) с учетом популяционной структуры найдены 24 значимых маркера, ассоциированных с признаком «глубина залегания глазков». Полученные данные показали наличие SNP в четырех геномных районах: в хромосомах 4 (1 маркер в районе 3.92 Mб), 5 (1 маркер в районе 4.67 Mб) и 10 (1 маркер, относящийся к району 4.87 Mб, и 21 маркер в районе 48.1–48.9 Mб). Сопоставление выявленных геномных районов в нашем исследовании с более ранними работами подтвердило, что локус между 48.1–48.9 Mб был известен ранее, остальные три района обнаружены впервые. Участки ДНК, содержащие SNP, сцепленные с глубиной залегания глазков, были изучены в сборке генома картофеля SolTub_3.0 (https://plants.ensembl.org/), и на основе полученных данных были разработаны КASP-маркеры, при применении которых можно будет более эффективно вести скрининг селекционного материала и селекцию сортов с мелким залеганием глазков.

В связи с развитием селекции и появлением новых сортов растений все более важным становится вопрос паспортизации и структуризации генофонда, поэтому использование молекулярно-генетических методов для выявления генетической оригинальности и оценки генетического разнообразия растений представляется актуальным. В рамках настоящей работы осуществлены поиск информативных ISSR- и IRAP- ДНК-маркеров, перспективных для изучения генетического разнообразия рода Rosa L., и анализ с их помощью генетических взаимосвязей образцов из генофондовой коллекции роз Никитского ботанического сада. Материалом для генотипирования послужили 26 образцов, 18 из которых являются культурными сортами, а 8 образцов относятся к дикорастущим видам. В выборку видов включены представители двух подродов Rosa и Platyrhodon. Подрод Platyrhodon представлен одним образцом вида R. roxburghii Tratt. Среди культурных роз присутствовали сорта садовых групп: чайно-гибридной, флорибунда и грандифлора. В исследовании было задействовано 32 ISSR- и 13 IRAP-маркеров. После апробации были отобраны как наиболее перспективные пять ISSR-маркеров (UBC 824, ASSR29, 3A21, UBC 864, UBC 843) и три IRAP-маркера (TDK 2R, Сass1, Сass2). Они использовались для генотипирования исследуемой выборки генотипов и в целом перспективны для дальнейшего изучения генетического разнообразия рода Rosa L. Количество полиморфных фрагментов варьировало в диапазоне от 12 до 31, в среднем 19.25 фрагмента на маркер. По маркерам UBC 864 и UBC 843 выявлены уникальные фингерпринты для каждого изученного образца. Оценка генетических взаимосвязей изученных видов и сортов роз c использованием методов UPGMA, PCoA и байесовского анализа, выполненная на основе данных IRAP- и ISSR-генотипирования, согласуется с таксономическим положением образцов. Генотип вида R. roxburghii подрода Platyrhodon определен как генетически наиболее отдаленный образец. Представитель вида R. bengalensis методами кластеризации не выделился из группы культурных сортов. При оценке уровня генетического сходства среди культурных сортов садовой розы наиболее генетически обособленными сортами оказались ‘Flamingo’, ‘Queen Elizabeth’, ‘Kordes Sondermeldung’, для остальных сортов были определены группы наибольшего генетического сходства. Данная оценка отражает общие тенденции в филогенетических отношениях как между изученными видами рода, так и между культурными сортами.

Проведен сравнительный анализ внутригеномного полиморфизма последовательностей внутренних транскрибируемых спейсеров ITS1 и ITS2 ядерной рибосомной ДНК у 33 образцов, принадлежащих трем видам Nitraria – N. schoberi, N. sibirica, N. komarovii. Выявлена нуклеотидная изменчивость региона ITS у изученных видов Nitraria в виде однонуклеотидных замен (преимущественно транзиции) и однонуклеотидной делеции. Сведения о нуклеотидной изменчивости фрагментов приводятся впервые нами. Регион ITS1-5.8S-ITS2 у изученных видов Nitraria содержит 17 филогенетически информативных однонуклеотидных замен. В межгенном спейсере ITS1 выявлено 11 однонуклеотидных замен – транзиций (C/T). Спейсер ITS2 содержит 273–274 п.н. и отличается большей консервативностью. Всего в ITS2 у изученных образцов выявлено пять филогенетически информативных однонуклеотидных замен (четыре транзиции: C/T, G/A, одна трансверсия: G/C), одна однонуклеотидная делеция (T/–). Среднее значение содержания G+C составляет 61.5 %. Величина содержания GC-состава ниже у N. sibirica (59.2 %), чем у N. schoberi и N. komarovii (62.7 %). В сравнении с полноразмерным фрагментом ITS, более короткий ITS2 является подходящим молекулярным маркером, дискриминирующим виды, из-за низкой межвидовой изменчивости и одновременно выраженной внутривидовой вариабельности. Филогенетические ML и BI деревья, построенные как отдельно по спейсерам ITS1 и ITS2, так и отдельно по полноразмерному ITS-региону и спейсеру ITS2, оказались конгруэнтны. Полученные результаты по внутривидовой дифференциации N. sibirica позволяют выделить среди образцов этого вида два основных риботипа: основной сибирский sibirica-риботип и основной казахстанский sibirica-риботип. Географические особенности распространения риботипов N. sibirica, а также наличие существенных различий между основными сибирским и казахстанским sibirica-риботипами (три однонуклеотидные замены) свидетельствуют о существенных межпопуляционных различиях и таксономической неоднородности N. sibirica. Вероятнее всего, в настоящее время продолжаются процессы гомогенизации рибосомной ДНК образцов N. sibirica, происхождение которых связано с гибридизацией и видообразованием.

В обзоре обосновывается возможность и целесообразность селекции ежевики в центральной части России, где она является востребованной, но малораспространенной в садоводстве ягодной культурой. Значительные достижения мировой селекции, давшие современным сортам большой набор хозяйственно важных качеств, растущий интерес к культуре во всем мире, в том числе у российских садоводов, делают актуальной работу с ежевикой и как с объектом селекции, и как с перспективным садовым растением. Однако недостаточные морозо- и зимостойкость основной массы сортов этой культуры создают определенные трудности при выращивании ее в зонах с холодными зимами, к которым относится средняя полоса России. Расширение рынка ягодной продукции тоже предъявляет все более высокие требования к комплексу хозяйственных показателей новых сортов, в первую очередь к качеству плодов ежевики. В связи с этим улучшение имеющегося сортимента культуры, повышение его адаптивных свойств и товарных качеств ягод – насущные задачи для селекционеров при создании новых сортов. Актуальность селекции диктуется также тем, что в России отечественный сортимент ежевики представлен всего одним сортом – Агатовая, полученным в южном регионе и адаптированным прежде всего к нему. Для центральной же зоны страны сорта не создавались (за исключением ограниченных опытов И.В. Мичурина, проведенных около ста лет назад). Поэтому выведение адаптированных сортов ежевики в климатических условиях этого региона может оказаться перспективным. Не исключается также возможность выращивания здесь (при укрытии на зиму) уже созданных за рубежом сортов, которые могут давать при правильной агротехнике хороший промышленный урожай, что подтверждает практика любительского и фермерского садоводства, а также выполненные научные исследования. Цель данной работы – на основании анализа результатов зарубежных и отечественных исследований обозначить ведущие направления селекции ежевики, важнейшие в условиях средней полосы России, показать перспективность создания новых сортов этой ценной культуры в указанной климатической зоне. Анализ мировых тенденций и опыта в селекции и сортоизучении ежевики, а также результаты собственных исследований культуры, проведенных в условиях Орловской области, позволяют считать перспективной и целесообразной работу по совершенствованию сортимента этого растения в средней полосе России. Все приоритетные направления селекции ежевики, обозначенные в зарубежных и отечественных селекционных программах (зимостойкость, высокое качество плодов в свежем и переработанном виде, правильная форма ягод, крупный их размер, необходимые значения биохимического состава, высокая продуктивность растений, бесшипность побегов, высокая устойчивость к болезням и вредителям), актуальны и для данного региона нашей страны; при этом важнейшим направлением является в настоящее время создание сортов с высокой зимостойкостью.

Зерно с высоким содержанием каротиноидных пигментов ценится за ярко-желтый цвет пасты, производимой из него, и провитаминную (витамин А) и антиоксидантную активность пигментов. Цель настоящего обзора – обобщение современных знаний о биосинтезе и генетическом контроле накопления пигментов в зерне твердой пшеницы и оценка основных результатов исследований и селекции за последние двадцать лет за рубежом и в России. Признак «концентрация каротиноидных пигментов в зерне» (Ypc) относится к разряду количественных. Тем не менее превалирование сильных аддитивных эффектов генов и высокая наследуемость способствовали значительному прогрессу в селекции по этому признаку. Методами молекулярного маркирования локусов количественных признаков (QTL), контролирующих синтез каротиноидных пигментов и значения индекса желтизны (IY), установлено их распределение по всем хромосомам генома твердой пшеницы. Основные генетические локусы, определяющие более 60 % варьирования признака, были картированы в хромосомах 7AL и 7BL. Вклад этих локусов связан с аллельными вариациями, влияющими на активность фермента фитоенсинтетазы (PSY). В других хромосомах были локализованы минорные генетические факторы, из которых наиболее значимы QTL, расположенные в хромосомах 3AS (ассоциирован с геном LCYE-ликопинε-циклаза) и 4ВS (аллель Lpx-B1.1c). При этом показано, что аллель Lpx-B1.1c вносит вклад в снижение активности липоксигеназы, окисляющей каротиноиды в процессе изготовления конечных продуктов. Рассмотрены и обсуждены проблемы использования молекулярных маркеров в селекционных программах, нацеленных на увеличение концентрации пигментов в зерне и улучшение цветовых характеристик пасты.

О том, что нарушения структуры митохондриального генома приводят к широкому спектру нейромышечных и нейродегенеративных заболеваний, известно уже давно, но до сих пор не найдено эффективного метода лечения болезней митохондриального происхождения. В основном проблемы с терапией подобных заболеваний обусловлены состоянием гетероплазмии митохондриальной ДНК (мтДНК). Ввиду многокопийности митохондриального генома мутантные копии мтДНК часто сосуществуют с молекулами дикого типа в одной органелле. Клинические симптомы митохондриальных заболеваний и степень их манифестации напрямую зависят от количества мутантных молекул мтДНК в клетке. Смещая уровень гетероплазмии в сторону молекул дикого типа мтДНК, возможно добиться снижения негативного влияния мутации. Для этой цели разработано несколько генно-терапевтических подходов на основе TALE-нуклеаз и нуклеаз типа «цинковые пальцы», однако конструирование белковых доменов таких систем является долгим и трудоемким процессом. Cистема CRISPR/ Cas9 принципиально отличается от данных систем простотой использования, высокой эффективностью и механизмом действия. Все присущие характеристики и возможности системы делают ее перспективным инструментом в области генетической инженерии митохондрий. В настоящей статье мы впервые демонстрируем, что модификации направляющей РНК за счет вcтройки последовательностей, способствующих импорту нРНК в митохондрии, не влияют на функциональную активность комплекса нРНК/SpCas9 в условиях in vitro. Полученные результаты указывают на возможность модификации системы с сохранением ее функциональности и использования в перспективе для редактирования митохондриального генома.

При проведении многочисленных и разнообразных молекулярно-цитогенетических исследований микродиссекционные ДНК-библиотеки и ДНК-пробы зарекомендовали себя как надежный и эффективный инструмент как в диагностике и анализе хромосомных патологий человека, так и в работах, посвященных изучению реорганизации хромосом в ходе кариотипической эволюции. Важным преимуществом микродиссекционных ДНК-проб перед хромосомоспецифичными ДНК-пробами, полученными с помощью хромосомного сортинга, является возможность их приготовления из хромосомного материала индивидуальных животных без дополнительного этапа создания клеточных культур, предназначенных для производства большого числа метафазных хромосом. Одно из основных условий успешного использования микродиссекционной техники – идентификация целевой хромосомы на препаратах метафазных хромосом, что позволяет, используя микроманипуляционную технику, осуществлять сбор непосредственно ее материала с цитологических препаратов. В настоящей работе предложена технология создания ДНК-проб для индивидуальных хромосом даже в том случае, когда рутинное окрашивание не дает провести их надежную идентификацию. Представленный подход апробирован при получении наборов хромосомоспецифичных ДНКпроб для хромосом двух видов свободноживущих плоских червей рода Macrostomum – M. mirumnovem и M. cliftonensis. Кариотипы этих видов содержат три пары мелких, близких по размеру метацентрических хромосом, надежная идентификация которых после окрашивания красителем Гимза оказалась невозможной. Раздельный сбор всех метафазных хромосом из одной метафазной пластинки с последующей амплификацией их ДНК позволил создать ДНК-пробы, специфически окрашивающие исходные хромосомы при проведении даже частичной супрессионной гибридизации in situ. При анализе результатов такой супрессионной гибридизации in situ идентифицированы хромосомы, из которых были получены ДНК-пробы. Последующее пулирование ДНК-проб, созданных из гомологичных хромосом, способствовало увеличению интенсивности их специфического окрашивания при проведении их супрессионной гибридизации in situ. Это, в свою очередь, обеспечило возможность успешного применения предлагаемого подхода в экспериментах, посвященных изучению кариотипической эволюции в роде Macrostomum, а также при анализе хромосомных перестроек, имеющих место в лабораторных культурах M. mirumnovem.

Клеточная миграция – важный морфогенетический процесс, необходимый на разных этапах индивидуального развития и функционирования организма. Инициация и поддержание состояния движения клеток требуют активации множества факторов, участвующих в регуляции транскрипции, преобразованиях сигналов, адгезивных взаимодействиях, модуляциях мембран и цитоскелета. Однако клеточная миграция зависит не только от статуса клеток, способных к активному движению, но и от состояния окружающих клеток, с которыми взаимодействуют движущиеся клетки. Окружающие клетки или матрикс не просто формируют субстрат для перемещения, но могут также участвовать в пространственно-временной регуляции миграции. В настоящее время нет точных представлений о генетических механизмах этой регуляции. Чтобы определить роль клеточного окружения в регуляции индивидуальной клеточной миграции, в настоящей работе мы изучали миграцию клеток зародышевой линии (КЗЛ) в раннем эмбриогенезе Drosophila melanogaster. В норме КЗЛ обособляются на 3-й стадии эмбриогенеза на заднем полюсе эмбриона. Во время гаструляции (6–7-я стадии) КЗЛ в виде консолидированной группы пассивно перемещаются внутрь эмбриона и оказываются в кармане первичной кишки. Далее КЗЛ индивидуализируются, приобретают амебоидную форму, активно перемещаются сквозь эпителий кишки и мигрируют в 5–6-й брюшные сегменты эмбриона, где формируют парные первичные гонады. Мы провели скрининг генов, экспрессирующихся в окружающем КЗЛ эпителии в раннем эмбриогенезе и влияющих на их миграцию. Выявили гены myc, Hph, stat92E, Tre-1 и hop, РНКинтерференция которых приводит к преждевременной активной миграции КЗЛ на 4–7-й стадиях эмбриогенеза. Эти гены можно разделить на две группы: модуляторы активности JAK/STAT сигнального каскада, индуцирующего миграцию в КЗЛ, – гены stat92E, Tre-1, hop, и гены, вовлеченные в морфогенез и поляризацию эпителия, т.е. модифицирующие проницаемость эпителиального барьера, – myc, Hph. Так как снижение количества продуктов каждого из этих генов приводило к преждевременной миграции КЗЛ, то можно сделать вывод, что в норме на ранних стадиях эмбриогенеза соматическое окружение негативно регулирует миграцию клеток зародышевой линии.

Существуют предпосылки того, что у женщин с ожирением возможно снижение качества ооцитов. При этом остается неясным, как связано это изменение с ожирением: опосредованно или напрямую, через изменение содержания и/или состава липидов в ооцитах. Целью настоящей работы было изучение на мышах влияния богатой жирами диеты, применяемой к самкам-донорам, на качественный состав и общее количество липидов в незрелых и созревших in vivo ооцитах. Установлено, что диета, богатая липидами, приводит к увеличению массы тела самок мышей по сравнению с контролем (p < 0.001; 44.77±1.46 и 35.22±1.57 соответственно), а также уровня холестерина (p < 0.05; 2.06±0.10 и 1.78±0.10 соответственно) и триглицеридов (p < 0.05; 2.13±0.23 и 1.49±0.21 соответственно) в крови этих животных. Эта диета не повлияла на степень ненасыщенности внутриклеточных липидов незрелых (0.207±0.004 в эксперименте и 0.206±0.002 в контроле) и зрелых ооцитов (0.212±0.005 в эксперименте и 0.211±0.003 в контроле). При созревании ооцитов in vivo наблюдалось возрастание содержания внутриклеточных липидов. В зрелых ооцитах количество липидов было больше в экспериментальной группе по сравнению с контролем (p < 0.01; 8.15±0.37 и 5.83±0.14 соответственно). Выявлено увеличение количества внутриклеточных липидов при созревании ооцитов как после стандартной диеты (p < 0.05; 4.72±0.48 и 5.83±0.14 соответственно), так и после диеты, богатой жирами (p < 0.001; 3.45±0.62 и 8.15±0.37 соответственно). Таким образом, при созревании ооцитов мышей in vivo возрастает содержание внутриклеточных липидов, богатая жирами диета приводит к повышенному содержанию липидов в зрелых ооцитах.

Представлен обзор сведений о генетическом полиморфизме современного и древнего населения Севера Азии и Америки с целью реконструкции истории миграций древних морских охотников в Охотоморском регионе. Проанализированы данные о полиморфизме митохондриальной ДНК и распространенности «арктической» мутации – варианта rs80356779-A гена CPT1A. Известно, что «арктический» вариант гена CPT1A с высокой частотой распространен в современных популяциях эскимосов, чукчей, коряков и других народов Охотоморского региона, хозяйственный уклад которых связан с морским зверобойным промыслом. Согласно палеогеномным данным, самые ранние находки «арктического» варианта гена CPT1A обнаружены у гренландских и канадских палеоэскимосов (4 тыс. лет назад), представителей токаревской культуры Северного Приохотья (3 тыс. лет назад) и носителей культуры позднего дзёмона острова Хоккайдо (3.5–3.8 тыс. лет назад). Результаты анализа позволили выявить несколько миграционных событий, связанных с распространением морских охотников в Охотоморском регионе. Самая поздняя миграция, оставившая следы у носителей культуры эпи-дзёмон (2.0–2.5 тыс. лет назад), привнесла с севера Приохотья на Хоккайдо и соседние территории Приамурья митохондриальную гаплогруппу G1b и «арктический» вариант гена CPT1A. Следы более ранней миграции, также привнесшей «арктическую» мутацию, зарегистрированы у населения позднего дзёмона Хоккайдо (3.5–3.8 тыс. лет назад). Проведен филогенетический анализ митохондриальных геномов, относящихся к редкой гаплогруппе C1a, встречающейся у населения Дальнего Востока и Японии, но в филогенетическом отношении родственной C1-гаплогруппам американских индейцев. Результаты показали, что дивергенция митохондриальных линий в пределах гаплогруппы C1a происходила в диапазоне от 7.9 до 6.6 тыс. лет назад, а возраст японской ветви гаплогруппы C1a составляет ~5.2 тыс. лет. Пока неизвестно, связана ли эта миграция с распространением «арктического» варианта гена CPT1A или же присутствие C1a-гаплотипов у населения островов Японии маркирует собой еще один, более ранний, эпизод миграционной истории, связывающей население северо-западной Пацифики и Северной Америки.