Современные подходы к обнаружению и анализу низкокопийных РНК часто основываются на использовании РНК-зависимых ДНК-полимераз, например, метод ОТ-ПЦР. Точность и эффективность синтеза кДНК в реакции обратной транскрипции (ОТ), катализируемой ревертазой (РНК-зависимой ДНКполимеразой), значительно влияют на корректность результатов ПЦР-диагностики и/или секвенирования РНК. В связи с этим множество исследований посвящено оптимизации реакции ОТ, в том числе поиску более совершенных праймеров, необходимых для наработки полноразмерной ДНК-копии исследуемой РНК. Наиболее известные полностью незаряженные аналоги олигонуклеотидов – морфолиновые олигонуклеотиды и пептидонуклеиновые кислоты – не могут являться субстратами для ферментов, процессирующих НК. Целью нашей работы было пилотное исследование незаряженных фосфорилгуанидиновых олигодезоксирибонуклеотидов (ФГО) в качестве праймеров для обратной транскриптазы вируса лейкемии мышей (MMLV H-). Изучены особенности превращения частично и полностью незаряженных ФГОпраймеров. Продемонстрировано, что ФГО способны эффективно удлиняться, в том числе в присутствии фрагмента рРНК человека, обладающего сложной пространственной структурой. Доля абортивных продуктов удлинения ФГО-праймера зависит от ионной силы использованного буферного раствора, нуклеотидной последовательности праймера и наличия и расположения в его составе ФГ-групп. Полученные данные показывают возможность использования ФГО, включая полностью электронейтральные, как праймеров в реакциях ОТ-ПЦР, что открывает новые перспективы для создания систем анализа высокоструктурированных РНК.

Стромальные элементы опухоли могут стимулировать прогрессию опухолевого роста и метастазирование. В структуру опухолевой стромы входят соединительнотканные элементы, сосуды, нервы и внеклеточный матрикс. Одним из клеточных элементов стромы опухоли являются опухоль-ассоциированные фибробласты (ОАФ), происхождение и функции которых активно изучают на протяжении последних тридцати лет. ОАФ продуцируют основной каркасный белок внеклеточного матрикса – коллаген, избыток которого в строме опухоли стимулирует фиброз, повышает жесткость опухолевой ткани и нарушает передачу сигналов пролиферации и дифференцировки. ОАФ контролируют ангиогенез в опухоли, подвижность опухолевых клеток, иммуногенные свойства опухоли и развитие резистентности к химиопрепаратам и иммунотерапии. В результате метаболической адаптации быстрорастущей опухолевой ткани к нехватке питательных веществ и кислорода, при конверсии основного типа производства энергии в клетках с окислительного фосфорилирования на анаэробный гликолиз инициируются молекулярные изменения, в том числе индукция определенных транскрипционных факторов, которые обусловливают активацию ОАФ. Молекулярный фенотип активированных ОАФ имеет сходство с фибробластами, активированными в процессе воспаления. В активированных ОАФ происходит de novo синтез альфа-актина гладкой мускулатуры (α-SMA), продукция различных протеаз и фибронектина. Поскольку ОАФ обнаружены во всех типах карцином, эти клетки могут быть мишенями для разработки новых подходов противоопухолевой терапии. Часть ОАФ происходит из резидентных фибробластов пораженного опухолью органа, другие берут свое начало из опухолевых эпителиоцитов, претерпевая эпителиально-мезенхимальный переход. На сегодняшний день обнаружено большое количество молекулярных и метаболических индукторов эпителиально-мезенхимального перехода, к которым относят трансформирующий фактор роста бета (TGF-β), гипоксию и воспаление. В данном обзоре систематизированы современные представления о молекулярных маркерах ОАФ, их функциональных особенностях, этапах эпителиально-мезенхимального перехода и обсуждается возможность использования ОАФ в качестве мишеней для противоопухолевой терапии.

Уникальным примером травянистых растений, характеризующихся высокими значениями нарастания надземной вегетативной массы и практическим применением в качестве источника альтернативной энергетики, является родовой комплекс Miscanthus Anderss. (Poaceae). Мискантус относится к числу наиболее  эффективных аккумуляторов солнечной энергии, и поскольку фитомелиоративное использование подразумевает выращивание этих ресурсных видов на неудобьях и полутенистых участках, то встает вопрос о влиянии недостаточного освещения на показатели продуктивности мискантуса. В результате длительной интродукции в Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН создана перспективная для условий лесостепи Западной Сибири популяция Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Benth. Целью данного исследования было изучение особенностей побегообразования, оценка целлюлозы и лигнина в популяциях M. sacchariflorus при различных условиях освещенности и паспортизация перспективной популяции с помощью ISSR-маркиров. Оценка побегообразования и количества накапливаемой целлюлозы и лигнина у растений проводилась в зависимости от освещенности (один вариант выращивался на солнечном участке, а другой – в полутени). В результате дисперсионного анализа установлено, что число побегов зависит не от экологических условий, а от возраста растения, в то время как на высоту растений существенно воздействуют экологические условия. Несмотря на то что для образцов обоих вариантов M. sacchariflorus была характерна различная скорость создания сплошного проективного покрытия, растения на полутенистых участках образовывали до 89.34 % побегов в сравнении с растениями на освещенных участках, что не оказывало существенного влияния на величину надземной массы и содержание в ней целлюлозы. В результате электрофореза геномной ДНК в популяции M. sacchariflorus при амплификации с пятью ISSR-праймерами выявлены уникальные молекулярные полиморфные фрагменты, которые были применены для идентификации и паспортизации данной популяций. Таким образом, комплексное использование M. sacchariflorus в качестве средоулучшающей и биоэнергетической культуры обусловлено высоким адаптивным потенциалом вида. Обнаружено, что фактор освещенности практически не влияет на количество целлюлозы в стебле, а пониженное содержание технологически нежелательного компонента, лигнина, отмечено при выращивании в условиях полутени.

Для производства натурального пищевого красителя красного цвета используется широко распространенная корнеплодная культура – столовая свекла, характеризующаяся лечебными, антиоксидантными свойствами, скороспелостью, длительной сохранностью корнеплодов, высоким содержанием биологически активных веществ, витаминов и минеральных элементов. Актуальность исследования продиктована недостатком знаний о динамических изменениях в содержании бетанина в течение вегетации при создании сортов свеклы, ориентированных на получение красителя. В работе приведены результаты изучения 29 красноокрашенных образцов коллекции столовой свеклы Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова. Наблюдение за динамическими изменениями содержания пигмента в процессе вегетации выполнено на двух образцах свеклы: ‘Русская односемянная’ и ‘Бордо односемянная’. Приведены результаты тестирования четырех вариантов pH буферного раствора. Рекомендован буферный раствор с pH 6.5. В результате исследования определена амплитуда изменчивости содержания бетанина в кожице (39.9–239.2 мг/100 г) и мякоти (14.4–127.5 мг/100 г) корнеплодов столовой свеклы. Подтверждено, что содержание бетанина в кожице у всех образцов превышало его содержание в мякоти. Выявлена положительная взаимосвязь этих показателей (r = 0.74, p ≤ 0.05). Установлено, что в процессе вегетации значимой аккумуляции бетанина в корнеплодах не происходит. Показаны значительные колебания пигмента, сопряженные с абиотическими факторами среды. Определены корреляционные связи между температурой воздуха и бетанином в мякоти корнеплода (r = 0.32–0.31, p ≤ 0.05). Отрицательный эффект температуры среды на бетанин в кожице проявлялся на третьи сутки (r = –0.34…–0.35, p ≤ 0.05). Негативная реакция на осадки была менее выражена у сорта ‘Бордо односемянная’, благодаря более активному метаболизму и пластичности генотипа. Описаны морфологические особенности строения фотосинтетического аппарата опытных образцов, отмечены взаимосвязи с изучаемым признаком. Даны рекомендации по выбору схемы посадки и сроков уборки урожая столовой свеклы для выделения красителя.

Дисбаланс активации транспозонов – один из важнейших факторов нестабильности генома при старении. Причинами этого явления могут быть ассоциированные с возрастом изменения экспрессии ламинов, которые влияют на эпигенетическую регуляцию мобильных генетических элементов. Взаимосвязь ламинов и транспозонов может быть обусловлена специфическим физическим контактом между молекулами, а также опосредована эпигенетическими регуляторами, такими как SIRT7, BAF и микроРНК. Характерна взаиморегуляция ламинов с мобильными элементами, которые являются источниками микроРНК, влияющими на ламины. Ламины входят в состав NURD (nucleosome remoldeling deacetylase complex), взаимодействуют с гистоновыми деацетилазами и регулируют экспрессию генов без изменения структуры нуклеотидных последовательностей. Роль ядерной ламины в этиопатогенезе синдромов преждевременного старения может быть обусловлена взаимодействием с транспозонами, так как истощение ламинов приводит к активации мобильных генетических элементов. В различных клетках человека LINE1 представлены в связанных с ламинами гетерохроматиновых доменах генома, при этом SIRT7 способствует взаимодействию данного ретроэлемента с ядерной ламиной. В противовирусном ответе организмов важную роль играют как ретроэлементы, так и ядерная ламина. Это согласуется с ролью ламинов в защите как от вирусов, так и от транспозонов, которые характеризуются филогенетическим родством. Мобильные генетические элементы и ламины – вторичные мессенджеры средовых стрессорных воздействий, которые могут служить пусковыми факторами для старения и канцерогенеза. Транспозоны играют роль в развитии злокачественных новообразований, при этом происходящие от них микроРНК, участвующие в этиопатогенезе опухолей, имеют значение в старении человека. Сходные свойства типичны для ламинов, поскольку при злокачественных новообразованиях выявлена дисрегуляция ламинов, а влияющие на них микроРНК участвуют в канцерогенезе. Изменение экспрессии специфических микроРНК отмечено также при ламинопатиях. Определение точных эпигенетических механизмов взаимодействия ламинов с мобильными генетическими элементами при старении может стать основой для разработки методов продления жизни и таргетной терапии ассоциированных с возрастом злокачественных новообразований.

Исследовали транскрипционную активность генов, вовлеченных в поддержание генетического гомеостаза клетки (репарации, клеточного цикла и апоптоза: TP53, MDM2, ATM, BAX, BCL-2, CDKN1A, OGG1, XPC, PADI4, MAPK8, NF-KB1, STAT3, GATA3), у лиц, подвергшихся хроническому радиационному облучению, с повышенной интенсивностью раннего, позднего апоптоза и некроза лимфоцитов периферической крови. Объектом изучения служили мононуклеарные клетки периферической крови, полученные от 132 жителей прибрежных сел реки Течи, подвергшихся хроническому облучению. Доза облучения красного костного мозга составляла 426.4±48.2 мГр (1.3–2930.0 мГр), доза облучения тимуса и периферических органов иммунной системы – 58.9±7.9 мГр (0.1–489.0 мГр). Исследование проводили в отдаленные сроки (более 60 лет с начала облучения), возраст людей на время проведения обследования был 68±0.6 года (55–86 лет). Анализ апоптотической и некротической гибели лимфоцитов периферической крови основывался на наличии на поверхности мембраны клеток фосфолипида фосфатидилсерина, а также ее проницаемости для интеркалирующего ДНК-красителя. Оценку относительного содержания мРНК генов репарации, клеточного цикла и апоптоза проводили с использованием полимеразной цепной реакции в реальном времени. В группе хронически облученных людей с повышенной интенсивностью раннего апоптоза отмечено увеличение относительного содержания мРНК гена PADI4 (p = 0.006). Для хронически облученных людей с повышенной интенсивностью позднего апоптоза зафиксирована модуляция относительного содержания мРНК генов TP53 (p = 0.013) и BCL-2 (p = 0.021). В отдаленные сроки у хронически облученных людей с повышенной интенсивностью некроза лимфоцитов периферической крови отмечен статистически значимый рост транскрипционной активности гена TP53 (p = 0.015). Установлено, что у облученных людей с повышенной интенсивностью апоптоза регистрируются в первую очередь изменения со стороны транскрипционной активности апоптотических генов, что согласуется с существующими представлениями об активации программированной гибели клеток.

Риск рака шейки матки вызван персистирующей инфекцией вируса папилломы человека (ВПЧ). Наша цель – исследовать связь между полиморфизмами генов TP53 215C>G (Pro72Arg), MDM2 -410T>G и NQO1 609C>T с риском формирования высокой вирусной нагрузки при ВПЧ-инфекции. Восемьдесят девять женщин с высокой вирусной нагрузкой ВПЧ и 114 здоровых женщин были вовлечены в исследование случай–контроль. Генотипирование для SNP TP53 Pro72Arg и MDM2 -410T>G проводили методом аллельспецифичной ПЦР, а для NQO1 609C>T – путем анализа ПЦР в реальном времени с использованием TaqMan зондов. Количественный анализ ДНК ВПЧ выполняли с использованием тест-системы «АмплиСенс ВПЧ ВКР скрин-титр-FL». Анализ межгенных взаимодействий осуществляли с помощью алгоритма многофакторного снижения размерности (MDR). Исследование отдельных SNP генов, MDM2 -410T>G и NQO1 609C>T, не выявило статистически значимой разницы в частотах генотипов и аллелей среди женщин в двух группах. Частота аллеля 72Arg и генотипа 72Arg/Arg гена TP53 в группе ВПЧ-инфицированных женщин была значительно выше, чем в контрольной группе (OR = 1.74, 95 % CI = 1.10–2.73; p = 0.02 и OR = 1.97, 95 % CI = 1.13–3.46; p = 0.04 соответственно). MDR-анализ показал значимость межгенных взаимодействий исследуемых локусов TP53 (rs1042522) – MDM2 (rs2279744) – NQO1 (rs1800566) для формирования высокой нагрузки ВПЧ (OR = 3.05, 95 % CI = 1.73–5.46; p = 0. 0001).

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) занимают одно из ведущих мест по уровню смертности в развитых странах. На сегодняшний день значительное число геномных локусов продемонстрировали ассоциации с ССЗ, в основном в полногеномных исследованиях (GWAS), но лишь в немногих случаях установлены молекулярно-генетические механизмы, лежащие в основе ассоциации. Таким образом, задача определения функционально значимых для предрасположенности к ССЗ генетических вариантов остается актуальной. Ранее мы разработали биоинформатический подход, позволяющий эффективно идентифицировать регуляторные SNP (rSNP) – функциональные однонуклеотидные полиморфизмы, влияющие на экспрессию генов, путем анализа комплекса полногеномных данных. В данной работе с использованием данных проекта «1000 геномов» найден 773471 кодирующий SNP, являющийся косегрегирующим маркером для 1361 идентифицированного нами rSNP. Проанализировано расположение этих маркеров в пределах геномного окна размером 10 Кб вокруг маркеров GWAS, ассоциированных с риском развития ССЗ или потенциально связанными с этим риском фенотипическими признаками. Влияние rSNP на сайты связывания транскрипционных факторов исследовано с помощью моделей DeFine. Анализ межбелковых взаимодействий и обогащения биологических путей для соответствующих генов-мишеней проведен с использованием баз STRING и DAVID. Найдено восемнадцать rSNP, функционально связанных с риском развития ССЗ. В клеточной линии K562 выявлено значительное влияние этих rSNP на сайты связывания тринадцати транскрипционных факторов, в том числе участвующих в процессах кроветворения, функционирования макрофагов, воспаления и вазоконстрикции. Для двадцати одного соответствующего генамишени, а также пяти функционально взаимодействующих с ними генов показано обогащение биологическими категориями сплайсосомы и эндоцитоза (KEGG), комплекса сортировки эндосом и процессов сплайсинга (REACTOME), а также некоторыми терминами генетических онтологий, в том числе сплайсинга и процессинга мРНК. В целом полученные результаты расширяют имеющиеся представления о роли rSNP и связанных с ними изменений экспрессии генов в развитии ССЗ и подчеркивают важность точной регуляции процессов сплайсинга мРНК и альтернативного сплайсинга для формирования определенного фенотипа.

В статье рассматривается система зеленых микроводорослей рода Micractinium, построенная на основании морфологических, физиологических, экологических и молекулярно-генетических данных. Обсуждаются главные диагностические признаки видов, а также систематическое положение некоторых таксонов. Филогенетический анализ показал, что род Micractinium характеризуется достаточно высоким криптическим разнообразием. Используемые алгоритмы разграничения видов имели различные результаты по количеству выделенных кластеров потенциально видового уровня. Метод ABGD, основанный на дистанциях, является менее «чувствительным». Алгоритмы GMYC и PTP, анализирующие топологию филогенетического дерева, более реалистично отражают систематику рода Micractinium и служат эффективными вспомогательными инструментами для разграничения видов. Кластеризация, полученная двумя последними методами, хорошо согласуется с морфологическими (размеры и форма клеток, способность формировать колонии, продуцирование щетинок, тип хлоропласта), физиологическими (потребность в витаминах, реакция на воздействие высоких и низких температур), молекулярно-генетическими (наличие интронов и их длина, уровень генетических различий, наличие компенсаторных замен (СВС) или характерных особенностей вторичной структуры в ITS1 и ITS2) и экологическими признаками (среда обитания). Показана полифилетичность типового вида рода M. pusillum, а также M. belenophorum. Интрон был эффективен как вспомогательный инструмент для разграничения видов, однако результаты анализа интронов необходимо учитывать в совокупности с другими признаками. Применение СВС-подхода, базирующегося на поиске компенсаторных замен в консервативных регионах ITS2, было успешным только для отграничения криптических видов от «истинных» представителей M. pusillum. При разграничении видов эффективнее учитывать все СВС в ITS1 и ITS2 и анализировать характерные структурные различия (молекулярные подписи) во вторичной структуре внутренних транскрибируемых спейсеров. Анализ генетических дистанций нуклеотидных последовательностей 18S–ITS1–5.8S–ITS2 показал, что внутривидовые различия у представителей рода колебались в пределах 0−0.5 %, межвидовые – 0.6–4.7 %. Благодаря полифазному подходу удалось охарактеризовать 29 кластеров и филогенетических линий видового уровня в рамках рода Micractinium и выдвинуть предположения о видах внутри выделенных групп.

Впервые приводится оценка разнообразия фитобентосных сообществ на основе ДНК-метабаркодинга с использованием ампликонов фрагмента гена 18S рРНК и технологии Illumina MiSeq. Исследование проведено в связи с цветением нитчатых водорослей (преимущественно рода Spirogyra) и цианобактерий в прибрежной зоне озера Байкал в условиях изменения климата и антропогенного воздействия. С помощью ДНК-метабаркодинга определен видовой состав водорослей, а также таксономическое разнообразие ассоциированных с ними эукариот в разных районах Байкала (у острова Большой Ушканий, в заливе Лиственничный) и в р. Кая (в черте г. Иркутска), находящейся в одном водосборном бассейне с оз. Байкал. С помощью NGS (next generation sequencing) получено более 15 тыс. прочтений 18S рРНК маркера. Выявлены виды водорослей, доминирующие по количеству прочтений, а также трудно идентифицируемые таксоны Stramenopiles, Alveolata, Euglenozoa, Chromista, Rhizaria, Amoebozoa и др., играющие важную роль в функционировании и формировании структуры водорослевых сообществ. Охарактеризовано разнообразие грибов и грибоподобных организмов в изучаемых сообществах. Индекс Шеннона рассмотренных сообществ колеблется от 1.56 до 2.72. Показаны преимущества и слабые стороны использования ДНК-метабаркодинга на основе фрагмента гена 18S рРНК для изучения структуры сообществ водорослей. Метод позволяет более полно учесть разнообразие таксонов эукариот, трудно идентифицируемых по морфологии, без привлечения большого числа специалистов, что характеризует его преимущество. Недостатком метода являются искажения, возникающие при проведении ПЦР. Предложены пути решения для устранения этого недостатка. Результаты исследования показывают, что для анализа минорной компоненты сообщества эукариот в образцах (организмы с малой биомассой), состоящих из смеси многоклеточных и одноклеточных организмов, требуется глубина прочтения не менее чем 100000 последовательностей на пробу. В целом метод ДНК-метабаркодинга рекомендован для исследования структуры сообществ водорослей и ассоциированных с ними эукариот.

Одним из крупнейших достижений генетики ХХ в. стало открытие Д.К. Беляевым дестабилизирующего отбора при одомашнивании животных, который затрагивает регуляцию экспрессии генов, но не их структуру, и влияет на системы нейроэндокринного контроля онтогенеза при стрессовом воздействии окружающей среды. Среди экспериментов, результаты которых были обобщены этим открытием, были также наблюдения ускоренного угасания гормональной функции семенников и нарушения сезонности размножения одомашненных лисиц по сравнению с дикими сородичами. На сегодняшний день открытие Д.К. Беляева уже многократно подтверждено независимыми наблюдениями при одомашнивании, например, оленя, использовании крыс как лабораторных животных, восстановлении таких исчезающих видов, как лошадь Пржевальского, а также при создании резервной популяции дикуши, оказавшейся на грани исчезновения в естественных местах обитания. В результате сравнения геномов человека, ряда домашних животных и некоторых их диких сородичей был введен термин «синдром самодоместикации», в симптомы которого включены расстройства аутистического спектра. Ранее мы создали биоинформатическую модель синдрома самодоместикации человека с использованием дифференциально экспрессируемых генов (ДЭГ) домашних животных по сравнению с дикими сородичами, ортологичных генам преимущественно нервной системы человека, чьи изменения экспрессии могут влиять на репродуктивный потенциал, т.е. рост численности людей при отсутствии ограничений со стороны лимитирующих факторов. В настоящей работе мы применили эту модель к 68 генам человека, изменения экспрессии которых влияют на репродуктивное здоровье женщин и мужчин, и к 3080 ДЭГ животных. Обнаружено 16 и 4 ДЭГ домашних животных, изменения экспрессии которых являются сонаправленными изменениям экспрессии генов-ортологов человека, соответственно понижающим и повышающим его репродуктивный потенциал, тогда как у диких животных было 9 и 11 таких ДЭГ. Это различие было достоверно по критерию χ2 Пирсона (p < 0.05) и точному критерию Фишера (p < 0.05). Полученный результат обсуждается в связи с восстановлением видов животных, исчезающих под антропогенной нагрузкой.

Сибирская лягушка Rana amurensis Boulenger, 1886 – наиболее устойчивый к гипоксии вид амфибий. Она может прожить несколько месяцев при почти полном отсутствии кислорода. О механизмах этой замечательной устойчивости мало что известно, отчасти потому, что исследования геномов амфибий затруднены из-за их большого размера. Чтобы сделать сибирскую лягушку более доступной для генетического анализа, мы провели секвенирование и сборку de novo транскриптома мозга R. amurensis в условиях гипоксии и нормоксии, а также для сердца – в нормоксии. Для сборки транскриптома de novo использовали парные прочтения длиной 125 п.н., полученные для мозга сибирской лягушки в нормоксии и гипоксии, а также для сердца контрольных особей. В транскриптоме, собранном из примерно 100 млн ридов, 81.5 % транскриптов были аннотированы как полные, 5.3 – как фрагментированные и 13.2 % – как отсутствующие. Мы обнаружили 59 078 известных транскриптов, которые были сгруппированы в 22251 ген, 11482 из них были отнесены к определенным категориям Gene Ontology. Среди них – 6696 генов, участвующих в белок-белковом взаимодействии, 3531 ген, кодирующий белок с каталитической функцией, и 576 генов, связанных с транспортной активностью. Для большинства транскриптов были установлены тканеспецифичные различия в экспрессии. Известно, что нейротрансмиттеры играют важную роль в ответе на гипоксию различных организмов, устойчивых к недостатку кислорода. Поиск генов, кодирующих рецепторы важнейших нейромедиаторов, которые могут участвовать в реакции на гипоксию, выявил набор экспрессируемых рецепторов дофамина, серотонина, гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), глутамата, ацетилхолина и норадреналина. При этом не обнаружено транскриптов для рецепторов гистамина. Данные, полученные в нашей работе, представляют собой ценный ресурс для исследования механизмов толерантности к гипоксии у сибирской лягушки, а также для изучения амфибий в целом