Полногеномные скрининговые методы, основанные на случайной интеграции экзогенных генетических конструкций, – новейший класс инструментов, открывающий возможности для изучения широкого спектра геномных процессов. Данный подход уже был применен к функциональному аннотированию генов млекопитающих, скринингу приспособленности бактерий, определению сайтов связывания факторов транскрипции, идентификации регуляторных генетических элементов и исследованию хромосомного эффекта положения. Все эти эксперименты требуют точной локализации трансгенов в геноме. Существующие на сегодняшний день методы картирования, такие как Inverse-PCR, TLA, splinkerette PCR и LAM-PCR, не позволяют одновременно определять оба участка генома, фланкирующие одну интеграцию трансгена, что ограничивает применимость подходов, в том числе связанных с хромосомной инженерией. В настоящей работе мы предлагаем метод, с помощью которого можно преодолеть это ограничение. Разработанная технология основана на фрагментации геномной ДНК, не затрагивающей интеграции трансгена. Это достигается путем исключения из последовательности вектора сайтов узнавания одного или нескольких ферментов рестрикции. Затем, как и в Inverse-PCR, были закольцованы молекулы лигированием в разбавленной смеси и секвенированы. Полученные данные дают возможность с высокой точностью идентифицировать перестройки и отделить их от артефактов лигирования, и, кроме того, отследить события транслокаций между интеграциями трансгенов. Это может быть использовано в экспериментах по изучению индуцируемых хромосомных перестроек. Для доказательства применимости метода мы с его помощью картировали интеграции транспозона Sleeping Beauty в клетки человека линии Hap1. Картированные интеграции были валидированы с помощью ПЦРанализа. В статье приведен ряд рекомендаций для практического использования этого метода в экспериментах по множественной локализации интеграций трансгенных конструкций.

Цель настоящей работы – идентификация влияния экстра- (ЭОВ) и интраовариальной витрификации (ИОВ) на митохондриальную активность (МА), состояния хроматина в ооцитах свиней в процессе созревания in vitro. При ЭОВ ооциты свиней обрабатывали растворами криопротекторов (КПР): КПР-1 – 0.7 M диметилсульфоксида (ДМСО)+0.9 M этиленгликоля (ЭГ); КПР-2 – 1.4 M ДМСО+1.8 M ЭГ; КПР-3 – 2.8 M ДМСО+ 3.6 M ЭГ+0.65 M трегалозы. При ИОВ фрагменты яичников опускали в КПР-1 – 7.5 % ЭГ+7.5 % ДМСО, затем в КПР-2 – 15 % ЭГ, 15 % ДМСО и 0.5 М сахарозы. Пайеты с ооцитами и фрагменты яичников погружали и хранили в LN2. Для девитрификации ЭОВ ооциты экспонировали в 0.25, 0.19 и 0.125 М растворах трегалозы, ИОВ – в 0.5 и 0.25 М трегалозы. Ооциты культивировали в среде NCSU-23 с 10 % жидкости фолликулов, их стенками, гормонами. Все среды дополняли 0.001 % наночастиц высокодисперсного кремнезема (Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины, Украина). Режимы оплодотворения и культивирования эмбрионов представлены нами в методических рекомендациях. Митохондриальную активность и статус хроматина оценивали MitoTracker Orange CMTMRos и цитогенетическим методом. Выявлены достоверные различия в уровне ооцитов c высокоэкспандированным кумулюсом между контрольной и витрифицированными группами (81 % против 59 и 52 % соответственно, p ≤ 0.001). Доля пикнотических клеток у нативных ооцитов составила 19 %, у ЭОВ и ИОВ ооцитов – 39 и 49 % соответственно. Стадии метафазы II достигли 86 % нативных ооцитов, и только 48 % ЭОВ и 33 % ИОВ ооцитов завершили созревание (р ≤ 0.001). Отмечена достоверная разница в МА между группами, подвергнутыми ИОВ и ЭОВ (89.4±7.5 и 149.2±11.3 мкА соответственно, р < 0.05). Впервые получены доимлантационные эмбрионы из ооцитов свиней, подвергнутых интраовариальной витрификации.

Люпин узколистный (Lupinus angustifolius L.) – окультуренный вид многоцелевого назначения с очень короткой историей доместикации. Его используют как сидеральную, кормовую, продовольственную культуру, в качестве корма в рыбоводстве и в фармакологии. Однако генетический потенциал вида для создания продуктивных и адаптивных сортов далеко не реализован. Неоднократно показана узкая генетическая основа окультуренного генофонда по сравнению с диким. Поэтому эффективное использование генетических ресурсов вида имеет важное значение для дальнейшего развития культуры. Разнообразие генетических ресурсов люпина узколистного в мире, степень их изученности и пути применения можно представить посредством анализа сведений о коллекциях гермоплазмы вида, сохраняемых в национальных генбанках разных стран. В контексте этого анализа в статье приведены сведения о коллекции люпина узколистного ВИР: ее численности, составе, селекционном статусе образцов, методах изучения и выявления внутривидовой дифференциации, используемых классификациях. Показано, что коллекция люпина узколистного ВИР, занимающая второе место в мире по числу образцов, значительно отличается от других преобладанием в ней сортов научной селекции и селекционного материала, в то время как в большинстве коллекций превалируют дикие формы. Освещено значение дикого генофонда в селекции люпина узколистного в Австралии – мировом лидере производства культуры. Показана необходимость выявления эколого-географического разнообразия вида для создания сортов с адаптивными свойствами, соответствующими определенным условиям возделывания. Приведены данные оценки образцов коллекции ВИР по основным селекционно значимым признакам. Особое внимание уделено изучению образцов с ограниченным ветвлением, как перспективному генофонду для возделывания в сравнительно северных районах нашей страны. Они обладают меньшей, но более стабильной продуктивностью, пригодны для возделывания в загущенном посеве, что имеет целый ряд агротехнических преимуществ. Анализ работы с генетическими ресурсами люпина узколистного в различных национальных коллекциях мира способствует определению путей дальнейшей работы с коллекцией ВИР как единственным источником исходного материала для отечественной селекции.

Существующие коллекционные формы яровых пшенично-ржаных амфиплоидов характеризуются позднеспелостью из-за большой продолжительности межфазного периода «всходы–колошение». На проявление этого признака влияют гены Vrn-1, аллели которых в доминантном состоянии обусловливают яровой тип развития. В статье приведены результаты изучения межфазного периода «всходы–колошение» у яровых окта- и гексаплоидных форм тритикале, создаваемых для использования в исследовательских и селекционных программах в условиях лесостепи Западной Сибири. Исследования проводили в питомнике октаплоидных (8х) тритикале в полевых условиях у первичных форм 8хVrnA1, 8хVrnD1 и 8хVrnВ1, полученных искусственным удвоением числа хромосом пшенично-ржаных гибридов от опыления пыльцой озимой ржи (сорт Короткостебельная 69) трех линий мягкой пшеницы Triple Dirk – доноров разных доминантных генов Vrn-1. В питомнике гексаплоидных (6х) тритикале изучали этот признак растений в популяциях гибридов от скрещиваний трех форм первичных октаплоидных тритикале с гексаплоидным озимым сортом тритикале Сирс 57. С помощью молекулярных маркеров у гибридов определен аллельный состав генов Vrn-1. В потомстве, полученном от скрещивания 8хVrnD1×Сирс 57, выделены и определены методом ПЦР генотипы яровых растений 6х тритикале с доминантным геном Vrn-D1. Данный факт свидетельствует о включении в них генетического материала хромосомы пятой гомеологичной группы генома D мягкой пшеницы, входящего в геномный состав октаплоидного тритикале. Этот геном отсутствует в озимом 6x тритикале Сирс 57. У созданных гексаплоидных форм тритикале озерненность колоса была лучше, чем у материнских октаплоидных. Показано, что растения из гибридных популяций 8хVrnА1×Сирс 57 и 8хVrnD1×Сирс 57, несущие доминантные аллели Vrn-А1a и Vrn-D1a соответственно, обладают более короткой продолжительностью межфазного периода «всходы–колошение», чем исходные родительские формы первичных 8х тритикале. Короткий межфазный период «всходы–колошение» у полученных 6х тритикале является селекционно ценным признаком для создания раннеспелых и продуктивных генотипов тритикале.

Озимая мягкая пшеница – основная зерновая культура, возделываемая на Северном Кавказе. Поражение ржавчинными болезнями – один из факторов, лимитирующих урожайность пшеницы. В регионе отмечаются три вида ржавчины: бурая (Puccinia triticina), стеблевая (P. graminis) и желтая (P. striiformis), значимость которых варьирует по годам. Наиболее распространена бурая ржавчина, но в последнее десятилетие частота ее эпифитотийного развития существенно снизилась. При этом возрастает вредоносность желтой ржавчины (P. striiformis). Стеблевая ржавчина в регионе преимущественно отсутствует или наблюдается в слабой степени в конце вегетации пшеницы. В отдельные годы с благоприятными 

погодными условиями наблюдается ее массовое развитие на восприимчивых сортах. Считается, что источниками инфекции видов ржавчины на Северном Кавказе служат зараженные посевы мягкой пшеницы, дикорастущие злаки и экзодемичная инфекция, заносимая воздушными потоками с сопредельных территорий. На Северном Кавказе практически ежегодно встречается поражение кормовых и дикорастущих злаковых трав видами Puccinia. В зависимости от погодных условий проявление симптомов отмечается с конца сентября до декабря и затем с конца февраля до мая-июня. Потенциально осенняя инфекция на травах может служить источником для заражения сортов озимой мягкой пшеницы, высеваемых в октябре. Цель настоящих исследований – охарактеризовать вирулентность P. triticina, P. graminis, P. striiformis на диких злаках и оценить их специализацию к озимой мягкой пшенице на Северном Кавказе. Инфекционный материал, представленный листьями с урединиопустулами бурой, стеблевой и желтой ржавчины, был собран в Краснодарском крае на дикорастущих злаках (Poa spp., Bromus spp.) в октябре-ноябре 2019 г. В лабораторных условиях урединиоматериал P. triticina, P. striiformis и P. graminis был размножен и клонирован. Монопустульные изоляты видов Puccinia использовали для анализа вирулентности. В экспериментах по изучению специализации видов ржавчины с дикорастущих злаков на мягкой пшенице задействовали 12 озимых сортов: Гром, Таня, Юка, Табор, Безостая 100, Юбилейная 100, Веха, Васса, Алексеич, Стан, Гурт, Баграт. Эти сорта широко возделываются в Северо-Кавказском регионе и характеризуются разной степенью устойчивости к ржавчинам. Дополнительно материал пшеницы инокулировали краснодарскими популяциями P. triticina, P. striiformis, P. graminis с мягкой пшеницы. В анализе вирулентности P. triticina на злаковых травах выявили четыре фенотипа (расы): MCTKН (30 %), ТCTTR (30 %), ТНТTR (25 %), MHTKН (15 %), а P. graminis – пять фенотипов: RКMTF (60 %), TКТTF, RКLTF, QKLTF, LHLРF (по 10 %). Среди изолятов P. striiformis с применением международного и европейского наборов сортов-дифференциаторов определены три фенотипа: 111Е231 (88 %), 111Е247 (6 %) и 78Е199 (6 %). С использованием изогенных линий Avocet также идентифицированы три расы, которые различались между собой по вирулентности к генам Yr1, Yr11, Yr18 (с доминированием вирулентных (94 %)). Сборные урединиообразцы (смесь всех идентифицированных рас) каждого вида ржавчины со злаковых трав были задействованы для инокуляции сортов озимой пшеницы. Большинство сортов озимой мягкой пшеницы (75 %) характеризовались устойчивой реакцией при заражении популяциями P. graminis с мягкой пшеницы и злаковых трав. Все эти сорта созданы с участием доноров ржаной транслокации 1BL.1RS, в которой локализованы гены Lr26, Sr31 и Yr9. Число сортов озимой пшеницы, устойчивых в фазе проростков к бурой ржавчине, было ниже (58 %). При этом все изученные сорта в фазе проростков в разной степени были восприимчивы к Р. striiformis. Проведенный анализ вирулентности популяций возбудителей бурой, стеблевой и желтой ржавчины не выявил существенных различий в вирулентности патогена на дикорастущих злаковых травах и мягкой пшенице. Урединиоматериал всех изученных видов ржавчины успешно заражал сорта мягкой пшеницы. Полученные результаты указывают на то, что злаковые травы являются резерваторами инфекции ржавчин для посевов мягкой пшеницы на Северном Кавказе.

Размеры ядерного генома у большинства эукариот определяются преимущественно содержанием мобильных элементов и некодирующих последовательностей и варьируют в широких пределах. Они могут значительно различаться как между крупными таксонами (причем размер генома не коррелирует со сложностью организма – так называемый С-парадокс), так и между близкородственными видами в пределах рода. В то же время размах внутривидовой изменчивости по этому параметру изучен значительно хуже. Комплекс Eisenia nordenskioldi объединяет несколько близкородственных видов дождевых червей, широко распространенных на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке России, заходящих своими ареалами и в сопредельные регионы. Для этого комплекса характерна значительная морфологическая, кариотипическая, экологическая и генетическая изменчивость. Целью настоящей работы было оценить размеры ядерного генома у нескольких филогенетических линий комплекса E. nordenskioldi при помощи проточной цитофотометрии. Получены данные о размерах генома для 13 популяций, относящихся к семи филогенетическим линиям E. nordenskioldi. Наши результаты показали, что между линиями комплекса наблюдается заметный разброс по размерам, что является еще одним подтверждением их видовой самостоятельности. В целом по размеру генома выборки разделены на две группы. В одну вошли три популяции с небольшим (250–500 м.п.н.), во вторую – с крупным (2300–3500 м.п.н.) размером генома. Кроме того, разные популяции в пределах одной филогенетической линии также имели заметные различия в размере генома (15–25 %). Полученные данные были сопоставлены с филогенетическими деревьями, построенными на основе транскриптомных данных. Судя по топологии филогенетических деревьев, предковые популяции комплекса с большей вероятностью имели большой размер генома, а уменьшение или увеличение его размера происходило в разных линиях независимо и, возможно, было связано с изменением размеров тела и/или переходом к собственно почвенному образу жизни.

Приведено описание нового для мини-свиней селекционной группы Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН феномена – полидактилии (многопалости). Она отличается от описанных ранее у Sus scrofa проявлений этой аномалии тем, что дополнительные пальцы располагаются либо на латеральной стороне конечностей, либо и на латеральной, и на медиальной. Аномалия впервые была обнаружена в 2017 г. у взрослых животных, предназначенных для выбраковки по причине неправильной постановки ног («медвежья лапа»). Таким образом, полидактилия мини-свиней ИЦиГ имеет явно выраженный негативный селекционный эффект. Проведено визуальное обследование поголовья и составлено описание этой аномалии. Полидактилия мини-свиней ИЦиГ является изолированной и не входит в состав каких-либо синдромов. Особи с полидактилией могут иметь дополнительные пальцы или на грудных, или на грудных и тазовых конечностях. На грудных конечностях могут присутствовать либо по одному латеральному дополнительному пальцу, либо латеральный палец и медиально расположенное зачаточное копытце. 

На тазовых конечностях встречаются только латеральные дополнительные пальцы. Анатомо-морфологические исследования показали, что латеральный дополнительный палец – анатомически достаточно полноценная структура, тогда как медиальный зачаток представлен только копытцем без остальных, свойственных нормальным пальцам, структур. Цитологическое исследование не выявило кариотипических особенностей, за исключением ранее описанной для мини-свиней ИЦиГ робертсоновской транслокации Rb 16;17. Впрочем, результаты исследований не указывают на сцепление полидактилии и робертсоновской транслокации. Генеалогический анализ и результаты скрещиваний позволяют принять в качестве рабочей гипотезы предположение о рецессивном наследовании признака. В целом исследование показало, что данная форма полидактилии анатомически и морфологически уникальна и не типична для вида S. scrofa, у которого ранее были описаны только формы полидактилии с медиальными дополнительными пальцами, как правило, наследуемые по доминантному типу с неполной пенетрантностью. В нашем случае результаты анализирующих скрещиваний указывают на рецессивное и, возможно, немоногенное наследование признака с варьирующей экспрессией и неполной пенетрантностью, из-за которой слабо выраженные мутантные фенотипы визуально не фиксируются.

Преимущества и издержки мейотической рекомбинации являются предметом дискуссий. Поскольку рекомбинация разрушает комбинации аллелей, уже проверенные естественным отбором, и порождает новые с непредсказуемой приспособленностью, высокая частота рекомбинации обычно выгодна для популяций, живущих в быстро меняющейся среде, но не выгодна в стабильной среде. Помимо генетических преимуществ и издержек, существуют цитологические эффекты рекомбинации, как положительные, так и отрицательные. Рекомбинация необходима для синапсиса и сегрегации хромосом. Однако она сопряжена с образованием множества двухцепочечных разрывов ДНК, ошибочная репарация которых может привести к гибели половых клеток или к различным мутациям и перестройкам хромосом. Таким образом, преимущества рекомбинации (генерация новых комбинаций аллелей) будут преобладать над ее издержками (возникновение вредных мутаций), пока популяция остается достаточно гетерогенной. Используя иммунолокализацию MLH1 белка мисматч-репарации, мы исследовали количество и распределение рекомбинационных узелков в сперматоцитах двух пород кур с высокой (Первомайская) и низкой (Русская хохлатая) частотой рекомбинации и их гибридов F1 и беккроссов. У гибридов F1 мы наблюдали отрицательный гетерозис по частоте рекомбинации. Беккроссы на Первомайскую породу были достаточно однородными и имели промежуточную частоту рекомбинации. Различия в общей частоте рекомбинации между породами, гибридами и беккроссами в основном определялись различиями по макрохромосомам. Снижение частоты рекомбинации в F1, вероятно, обусловлено трудностями в поиске гомологии между последовательностями ДНК генетически дивергентных пород. Подавление рекомбинации у гибридов может препятствовать потоку генов между парапатрическими популяциями и, следовательно, ускорять их генетическую дивергенцию.

Потребление сладкой и жирной пищи способствует развитию ожирения. Условия пренатального развития влияют на вкусовые предпочтения и метаболизм в зрелости, и это может по-разному проявляться в зависимости от пола. Показано, что повышение уровня лептина в крови беременных самок снижает риск развития ожирения и инсулинорезистентности у потомства, однако механизмы его действия на чувствительность к инсулину у потомства не установлены. Неизвестно также, влияет ли материнский лептин на вкусовые предпочтения. Задачей настоящего исследования было изучение влияния введения лептина беременным самкам мышей на развитие ожирения, индуцированного диетой, вкусовые предпочтения и экспрессию генов в печени и мышцах у потомства в зависимости от пола. Оценивали влияние введения лептина самкам мышей на 11, 12 и 13-й день беременности на рост и потребление пищи в стандартных условиях, развитие ожирения, выбор компонентов пищи и экспрессию генов в печени и мышцах при содержании на высококалорийной диете (стандартный корм, свиное сало, сладкое печенье) у потомства разного пола. Введение лептина беременным самкам снижало вес тела у женского потомства на стандартной диете. При содержании потомства на высококалорийной диете введение лептина тормозило развитие ожирения и снижало потребление печенья только у самцов, а также повышало потребление стандартного корма и уровень мРНК генов инсулинового рецептора и переносчика глюкозы четвертого типа в мышцах у потомства обоего пола. Результаты демонстрируют, что повышение лептина в крови беременных самок оказывает зависящее от пола влияние на метаболизм потомства, увеличивает устойчивость к развитию ожирения только у потомства мужского пола и механизм этого влияния включает в себя смещение вкусовых предпочтений в пользу сбалансированного корма и поддержание чувствительности мышц к инсулину.

Значительный ущерб урожаю картофеля наносят рак картофеля (болезнь, вызываемая патогенным грибом Synchytrium endobioticum) и золотистая картофельная нематода (Globodera rostochiensis), паразитирующая на корнях растения-хозяина. Оба этих фактора являются объектами внешнего и внутреннего карантина в Российской Федерации, и каждый сорт, регистрируемый в РФ, проходит проверку на устойчивость к наиболее распространенным их расам и патотипам. Основной метод борьбы с подобными заболеваниями – выведение устойчивых сортов. Важным этапом в этом процессе является отбор устойчивых генотипов из популяции и оценка устойчивости гибридов, полученных при скрещиваниях во время селекционного процесса. Проведение постоянной фенотипической оценки связано с рядом трудностей, а именно: не всегда есть возможность работать с патогенами, сама фенотипическая оценка очень затратная и трудоемкая. Однако применение ДНК-маркеров, сцепленных с генами устойчивости, может значительно ускорить и удешевить процесс. Целью исследования было проведение скрининга коллекции картофеля «ГенАгро» (ИЦиГ СО РАН) с использованием ПЦР-маркеров, разработанных для диагностики устойчивости к золотистой картофельной нематоде и раку картофеля. Семьдесят три образца из коллекции «ГенАгро» ИЦиГ СО РАН были генотипированы ДНК-маркерами 57R, CP113, Gro1-4, сцепленными с устойчивостью к нематоде, и маркером NL25 для устойчивости к раку. Результаты генотипирования сопоставлены с уровнем восприимчивости образцов к болезням. Высокий уровень корреляции (коэффициент корреляции Спирмена Spearman R = 0.722008, p = 0.000000, p < 0.05) между устойчивостью и наличием диагностического фрагмента был показан только для маркера 57R. Диагностическая эффективность маркера 57R составила 86.11 %. Данный маркер можно успешно использовать для поиска устойчивых генотипов и проведения маркер-ориентированной селекции. Для остальных маркеров достоверных корреляций не выявлено. Диагностическая эффективность применения маркера CP113 равнялась всего 44.44 %, а коэффициент корреляции Спирмена (Spearman R = –0.109218, p = 0.361104, p < 0.05) показывал отсутствие значимой корреляция между устойчивостью и ДНК-маркером. Диагностическая эффективность маркера NL25 составила 61.11 %. Значимой корреляции между маркером NL25 и устойчивостью не обнаружено (Spearman R = –0.017946, p = 0.881061, p < 0.05). Использование этих маркеров для поиска устойчивых образцов нецелесообразно.