В работе представлены результаты сравнительного анализа базовых чисел хромосом гаплоидных геномов у видов четырех отделов голосеменных растений (Gymnospermae), трех семейств покрытосеменных растений (Anthophyta), трех подклассов млекопитающих (Mammalia), различающихся по типу их жизненного цикла. Результаты проведенного анализа показали, что виды голосеменных и покрытосеменных растений с чередованием гапло-диплоидных фаз, спорической мейотической редукцией, гермафродитным определением пола и доминированием спорофита имеют малые базовые числа хромосом (х= 7–4), а большинство их видов являются полиплоидами.

Виды разных подклассов млекопитающих с доминированием спорофита, гаметической мейотической редукцией, раздельнополых с хромосомным наследованием пола существенно различаются по базовому числу хромосом. Виды Monotremata (яйцекладущие) имеют малое базовое число хромосом (5–) и уровень плоидности 10х, размах изменчивости среди видов Marsupialia (сумчатые) равен х = 5–6, а у Euarchontoglires (плацентарные) –х= 3–1. У сумчатых и плацентарных полиплоиды не обнаружены.

С помощью дифференциального окрашивания хромосом и различных методов флюоресцентной гибридизации хромосомоспецифических проб установлено, что эволюция базового числа хромосом у покрытосеменных растений сопровождалась неоднократной гибридизацией и полиплоидизацией малохромосомных видов с последующей дисплоидизацией посредством слияния негомологичных хромосом и реципрокных транслокаций. Полагают, что базовое число прародителя покрытосеменных видов не превышало 3– хромосом.

Результаты молекулярных и цитологических исследований у плацентарных и сумчатых видов млекопитающих показали, что изменение базовых чисел хромосом у них также происходило посредством слияний негомологичных хромосом и реципрокных транслокаций. Полагают, что базовое число хромосом прародителя плацентарных было в пределах х= от 40 до 50, у сумчатых 16–0, а у яйцекладущих 5–. Наличие существенных различий базовых чисел хромосом у прародителей трех разных подклассов млекопитающих, разошедшихся в эволюции несколько десятков млн лет назад, позволяет предположить, что в эволюции базовых чисел хромосом у прародителей сумчатых и плацентарных имела место полиплоидия с последующей дисплоидией. У проанализированных видов живых организмов установлена определенная взаимосвязь между типом их жизненного цикла и базовым числом хромосом.

Результаты проведенных исследований указывают на то, что основным фактором обнаруженных различий по базовому числу хромосом у проанализированных видов , различающихся по типу жизненного цикла, являются генетические различия их в определении пола, и значительно меньшее влияние на этот процесс оказывает продолжительность гапло-диплоидных фаз.

В течение более ста лет со времени открытия мейоза представления об этом сложном способе деления клеток постоянно изменяются и уточняются. Для его успешного протекания множество процессов, таких, как репликация хромосом, упаковка хроматина, обмен гомологичными участками, выстраивание бивалентов в плоскости деления, расхождение, должно быть точно скоординировано во времени и пространстве. Развитие молекулярно-генетических и иммуноцитохимических методов в последние десятилетия позволило выяснить детали этих процессов и приблизиться к пониманию механизмов их регуляции. В данном обзоре приведены современные представления об основных событиях, происходящих в мейозе, на примерах дрожжей и млекопитающих. Особое внимание уделено процессам синапсиса и рекомбинации хромосом, а также моноориентации кинетохоров сестринских хроматид в первом делении – ключевым особенностям, отличающим мейоз от митоза и обеспечивающим редукцию числа хромосом.

Уже несколько десятилетий обсуждаются различные условия формирования фенотипа больных с аномалиями кариотипа (в частности пациентов с синдромом Дауна). Ранее нами были представлены факторы, влияющие на формирование фенотипа пациентов с хромосомными аномалиями (Гринберг, 1978, 1982; Grinberg, Kukharenko, 1992). Мы полагаем, что общая концепция фенотипического проявления хромосомного дисбаланса должна учитывать следующие факторы:

1. Изменения в числе хромосом, кроме специфических эффектов, связанных с дозой локализованных в данной хромосоме генов, сопровождаются неспецифическим эффектом, проявляющимся в угнетении роста и развития организма.

2. Пороки развития, наблюдаемые у человека при хромосомных аномалиях, представляют собой персистирующие образования, являющиеся нормальной стадией на более ранних этапах развития. Основные эффекты хромосомных аномалий являются гипоморфными. Вместе с тем эти пороки развития фактически не отличаются от пороков развития, вызванных отдельными генами и тератогенными факторами внешней среды.

3. В основе патогенеза фенотипического проявления хромосомного дисбаланса могут лежать нарушения основных и элементарных событий морфогенеза, происходящие на клеточном уровне. Такими событиями являются пролиферация клеток, миграция, специфическая рецепция и индукционные взаимоотношения.

4. Предполагается, что изменения метаболического гомеостаза в клетках с аномальным кариотипом способствуют проявлению скрытой изменчивости структур, обеспечивающих основные морфогенетические функции клеток. Хромосомные аномалии усиливают эволюционно обусловленную изменчивость в сторону замедления созревания клеточных и тканевых структур, что и является основным звеном патогенеза хромосомного дисбаланса.

Изучены особенности андрогенеза при культивировании пыльников у 8 сортов и перспективной формы яровой мягкой пшеницы, созданных в Западной Сибири (СибНИИСХ Росельхозакадемии, г. Омск). Изученные сорта близки по происхождению, но отличаются между собой наличием или отсутствием пшенично-чужеродных транслокаций (пшенично-ржаной 1RS.1BL и пшенично-пырейной 7DL-7Ai). Перспективная форма Л-311/00-22 несет транслокацию 1RS.1BL и цитоплазму культурного ячменя Hordeum vulgare L. Основная цель работы – определить методические возможности для получения дигаплоидных линий у изученных генотипов, несущих пшенично-чужеродные транслокации. Выявлена неодинаковая реакция на условия культивирования пыльников разных сортов в зависимости от концентрации в инициальной среде 2.4-Д. Оптимальными оказались условия для реализации андрогенеза и получения дигаплоидных линий у формы Л-311/00-22. Обсуждается зависимость влияния чужеродно-пшеничных транслокаций на особенности андрогенеза от генотипической среды пшеницы.

У 91 сорта ярового ячменя, допущенного к использованию на территории России и Беларуси, с помощью аллель-специфичных молекулярных маркеров проанализировано аллельное состояние генов Vrn-H1, Vrn-H2, Vrn-H3, Ppd-H1 и Ppd-H2. В полевом эксперименте произведена оценка сроков выколашивания у сортов этой же выборки в условиях северо-запада России. Показано, что сорта ячменя, имеющие доминантный аллель гена Ppd-H1, достоверно опережают другие генотипы по скорости развития (колошению) и являются более скороспелыми при возделывании в условиях длинного светового дня. Среди изученного в данном эксперименте отечественного сортимента ячменей носители доминантного аллеля Ppd-H1 составили всего 9 %. Аллели генов Vrn также оказывают достоверное влияние на продолжительность периода «всходы–колошение» изученных сортов. Среди генотипов, несущих одинаковые аллели генов Ppd-H1 и Ppd-H2, носители аллельной комбинации Vrn-H1vrn-H2Vrn-H3 переходят к колошению достоверно раньше генотипов с другим сочетанием аллелей генов Vrn. Использование аллель-специфичных маркеров генов Ppd и Vrn может значительно упростить отбор на скороспелость и ускорить селекцию сортов на этот признак.

С целью изучения эффективности использования ДНК-скрининга для проведения отбора дивергентных пар гибридизации в селекции на гетерозис выполнен RAPD анализ полиморфизма образцов перца сладкого различного эколого-географического происхождения. Определены генетические дистанции, коллекция расклассифицирована методом UPGMA. Отобраны дивергентные генотипы и проведена их гибридизация по полной диаллельной схеме 5×5. Дана оценка комбинационной способности линий и эффекта гетерозиса их гибридов. Выявлены комбинации с высоким уровнем гетерозиса по основным показателям продуктивности и определен вклад аддитивных и доминантных генов в реализации генетического потенциала исходных родительских форм. Показано, что при формировании гетерозиса в F1 у изученных нами гибридов перца сладкого вклад специфической комбинационной способности родительских линий был более важен, чем общая комбинационная способность.

При оценке сопряженности величины эффекта гетерозиса и уровня дивергенции родительских форм перца сладкого выявлены положительные связи для основных признаков продуктивности, однако их величины невысокие. В целом ДНК-анализ оказался наиболее информативным для установления генетических различий между фенотипически однородным материалом, он нацеливает на поиск отдельных ДНК-локусов, положительно ассоциированных с гетерозисом в F1.

Исследована изменчивость числа хлоропластов и числа пластотипов в замыкающих клетках устьиц сахарной свеклы. В качестве материала использованы три типа растений свеклы: самоопыленные потомства, популяция и коммерческие гетерозисные гибриды. Число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц варьирует: наименьшее число хлоропластов у гибридных растений, наибольшее число у инбредных линий и триплоидного гибрида. Наибольшее число пластотипов наблюдается у инбредных линий, наименьшее –у гибридов. В качестве интегральной характеристики ткани листа использована фрактальная размерность клеточной популяции, оценивающая в логарифмической шкале отношение среднего числа хлоропластов к числу пластотипов в клеточных популяциях. В экспериментальных выборках этот показатель варьировал от 1,17 до 1,23 у самоопыленных потомств и от 1,23 до 1,35 у гибридов (в среднем для гибридов он оказался равным 1,27).

Путем переопыления трансгенных по генам ARGOS-LIKE и AtEXPA10 растений Nicotiana tabacum сорта Petit Havana SR1 c Nicotiana tabacum сорта Черный кубинский и вида Nicotiana rustica были получены гибридные растения. Методом ОТ-ПЦР было показано, что гибридные растения характеризуются высоким уровнем экспрессии трансгенов ARGOS-LIKE и AtEXPA10, что фенотипически выражалось увеличением размеров их листьев и стебля. Органы как трансгенных, так и гибридных растений увеличивались за счет возрастания размеров отдельных клеток. Наследование трансгенов было стабильным, а их фенотипические проявления варьировали от незначительных до превышающих таковые в родительских трансгенных растениях.

Алюмоустойчивость, проявляющаяся на клеточном уровне, открывает возможность получения устойчивых форм растений методом культуры ткани. На практике, однако, данный подход не нашел пока широкого применения, что чаще всего связывают с трудностями регенерации растений из каллусной культуры. Предлагаемая статья заостряет внимание читателей на иных причинах низкой эффективности данных подходов. Среди них –высокая внутрисортовая гетерогенность зерновых культур по признаку алюмоустойчивости; условность принятого на практике разделения генотипов на устойчивые и неустойчивые; получение кислото- и алюмоустойчивых регенерантов не только в стрессовых, но и в контрольных условиях без какого-либо действия изучаемого стрессора; недостатки методических подходов, связанные со специфичностью поведения алюминия в различных средах, когда неправильно подобранные состав или рН среды приводят к маскированию действия алюминия. В результате совместного действия всех упомянутых в статье причин предлагаемые методики создания высокоустойчивых регенерантов зерновых культур по продолжительности, затратам труда и материальных средств, а также эффективности значительно уступают традиционным методам внутрисортового отбора.

Малые некодирующие РНК являются отдельным классом РНК, регулирующим множество физиологических процессов в растениях. В статье приведены литературные данные об образовании коротких РНК (siРНК и miРНК), обсуждается их роль в защите растений от биотических и абиотических стрессов, а также кратко рассматриваются методические приемы, позволяющие использовать данный класс РНК в качестве агентов для управления устойчивостью растений.

С использованием компьютерного ресурса SiteCon и методов математического моделирования проведены реконструкция структуры регуляторной области гена yfiA E. coli и оценка сложности механизмов его экспрессии в условиях окислительного стресса. Моделирование динамики ответа на оксидативный стресс клеток E. coli, трансформированных плазмидой pYfi-gfp, показало, что максимальное совпадение с экспериментальными данными наблюдается в модели, предполагающей комплексное воздействие, которое осуществляется, по-видимому, через ряд транскрипционных факторов (ТФ). Поиск в регуляторной области гена yfiA E. coli потенциальных сайтов связывания ТФ показал высокий уровень достоверности распознавания для ТФ MarA, IscR, MetJ, PurR и SoxS, которые прямо или косвенно могут участвовать в ответе этого гена на окислительный стресс, а также для ТФ CRP, глобального регулятора катаболизма углеводов. Гель-шифт-анализ с очищенными рекомбинантными белками ТФ CRP, MarA и SoxS E. coli подтвердил их присутствие в промоторе гена yfiA E. coli, что позволяет объяснить чувствительность этого гена к митомицину и радикал-образующим агентам.

Анализировали возможность использования взятого за стандарт при баркодинге фрагмента ДНК митохондриального гена субъединицы I цитохромоксидазы C для видовой идентификации 15 видов комаров родов Aedes и Ochlerotatus (Diptera: Culicidae), собранных в Томской и Кемеровской областях, и 14 видов комаров, нуклеотидные последовательности которых были получены из базы данных GenBank. Различия между особями одного вида в среднем составили 0,6 % (значения от 0 до 1,6 %), между видами в пределах одного рода –7,8 % (0,7–3,1 %), между видами разных родов –14,2 % (9,7–7,6 %). Для четырех пар видов (3,7 %) выявленные различия оказались меньше 2 %, т. е. не превысили порог межвидовых различий, принятый в системе штрихкодирования. В то же время для Och. euedes и Ae. vexans выявлена значительная внутривидовая изменчивость, соответственно 1,6 % и 1,4 %, которая, однако, не превышает пороговые значения, принятые для внутривидовой дивергенции.

Ранее было установлено, что инбредная линия мышей DD/He по сравнению с другими 13 исследованными в этом отношении линиями обладает наиболее низкой долей подвижных и морфологически аномальных сперматозоидов. Линия BALB/cLac, напротив, характеризуется самой высокой долей подвижных и аномальных сперматозоидов. Было сделано предположение, что сниженная доля подвижных сперматозоидов у мышей линии DD/He, а также высокая доля аномальных сперматозоидов у BALB/cLac обусловлены мутациями в генах Y-хромосомы. Для того чтобы проверить эту гипотезу, у самцов F1 реципрокных кроссов DD/He × BALB/cLac и BALB/cLac × DD/He исследовали подвижность и морфологию сперматозоидов, а также количество сперматозоидов в каудальных эпидидимисах, массу тела и семенников. Установлены эффекты гетерозиса по всем изучаемым признакам, за исключением доли подвижных сперматозоидов. Выявлено влияние отцовских эффектов на долю атипичных сперматозоидов и массу семенников, что может указывать на участие генов (гена) Y-хромосомы в генетическом контроле этих признаков. Обнаружены материнские эффекты на долю подвижных сперматозоидов.

Синергичное действие цитостатика циклофосфана (ЦФ) и фрагментированной ДНК приводит к болезни и гибели экспериментальных мышей (Долгова и др., 2011–013). Обнаруженный эффект «отсроченной смерти» наиболее ярко проявляется при введении ДНК в период 18–0 ч после инъекции ЦФ (промежуток времени, обозначенный как «окно смерти»).

В настоящем исследовании установлено, что обработка экзогенной ДНК приводит к непрерывному апоптозу клеток костного мозга (ККМ), протекающему в ходе всего времени введения препарата ДНК (18–0 ч). При этом экзогенная ДНК, как аллогенная, так и принадлежащая к различным таксономическим группам, приводит к апоптозу ККМ. Наиболее сильно апоптоз индуцирует ДНК плазмиды.

Анализ динамики гибели и восстановления популяций ККМ животных, находящихся в агонистической фазе развития заболевания, свидетельствует о том, что при общей нормализации количества гематопоэтических прогениторных клеток (CD34+) к 15-му дню после инъекции ЦФ количество популяции ККМ размером 12–0 мкм до конца наблюдения (агонистическая фаза заболевания последней отвечающей мышки) сохраняется на минимальной отметке (3– % против 35–0 % в контроле). При этом количество клеток указанной популяции ККМ соответствует времени максимальной лейкопении, индуцированной цитостатиком и наблюдающейся на 3–-е сут. после инъекции ЦФ. Сравнительный анализ мазков ККМ обеих групп животных предполагает, что в популяции ККМ, выделенных из мышей группы ЦФ+ДНК, отсутствуют молодые формы клеток, формирующих лимфоцитарный росток крови. При этом в мазках периферической крови выявляются бластные формы незрелых предшественников.

Проведенное патоморфологическое исследование показывает, что в сроки эксперимента начиная с 9-х сут. и позднее у мышей, подвергавшихся воздействию ЦФ в сочетании с экзогенной ДНК, происходят выраженные изменения морфологии легких, печени, поджелудочной железы, органов иммунокомпетентной системы и головного мозга. Характер выявленных патологических изменений указывает на преобладание воспалительных реакций в легких, печени, поджелудочной железе и тканях головного мозга. Подтверждением этому служат структурные эквиваленты функционального истощения лимфоидных органов (тимус, селезенка, лимфатические узлы).

Предположительной причиной гибели животных является полиорганная достаточность, вызванная акцидентальной инволюцией периферийных лимфоидных органов на фоне системного воспаления. Оба процесса связаны с инъекциями фрагментированной экзогенной ДНК в организм экспериментальных животных в «окно смерти», представляющее собой промежуток времени репарации двуцепочечных разрывов, индуцированных ЦФ.

Редеривация позволяет очистить колонии лабораторных мышей и крыс от специфических патогенов и перевести их в SPF (specified pathogen free) статус. В данной работе приведены результаты редеривации двух уникальных линий крыс, селекционированных в ИЦиГ СО РАН: ручных крыс-пасюков, крыс с наследственной индуцированной стрессом артериальной гипертензией (НИСАГ) и линии мышей ICR. SPF-статус редеривированных крыс был подтвержден при помощи животных-индикаторов, называемых также сентинелами (sentinel animals). В статье предложена оптимизированная модель редеривации лабораторных животных, которая включает в себя набор эмбриотехнологических методов, таких, как замораживание и криоконсервация эмбрионов, их очистка путем отмывки в стерильных средах, культивирование 48 ч и, наконец, трансплантация реципиентам (SPF-статуса). В результате применения этой модели по отношению к мышам линии ICR удалось получить 39 потомков, рожденных в условиях SPF-вивария. Следует отметить, что эффективность процедуры вполне соответствует международным стандартам, причем все три линии демонстрировали характерный фенотип после прохождения всех процедур редеривации.

В течение года, с мая 1930 по июнь 1931, Ф.Г. Добржанский, находившийся на стажировке в США в качестве стипендиата Международного образовательного совета (Рокфеллеровского фонда), готовился к возвращению в СССР. Подготовка включала все необходимые действия для устройства на новую работу и продления его паспорта и паспорта его жены. После получения трех писем Н.И. Вавилова от 9, 11 и 12 июня 1931 г. Ф.Г. Добржанский принял решение остаться в США и стал «невозвращенцем». В 1932 г. при встрече на VI Международном генетическом конгрессе в Итаке, США, Н.И.Вавилов назвал это решение правильным.

В статье изложена история формирования идеи эволюционного синтеза на растительных объектах и его экспериментальное обоснование. Показана роль Сергея Михайловича Навашина, Эдварда Бэбкока и Ледьярда Стеббинса в построении экспериментальных оснований эволюционного синтеза на ботаническом материале. Изложена история формирования взглядов Л. Стеббинса на роль гибридизации и полиплоидии в эволюционном процессе у растений. Рассмотрены гениальные предвидения Л. Стеббинса о роли полного удвоения геномов в расширении изменчивости, получить доказательства которых стало возможным только с началом использования методов геномики.