Коронавирусы относятся к семейству Coronaviridae подсемейства Orthocoronavirinae и представляют собой оболочечные (+) РНК-вирусы с необычно длинным геномом. В настоящее время часто идентифицируются, вызывая продолжающуюся пандемию во всем мире, коронавирусы Severe Acute respiratory syndrome CoV (SARS-CoV), Middle East respiratory syndrome CoV (MERS-CoV) и новый коронавирус (2019-nCoV, SARS-CoV-2). Для сдерживания быстро распространяющейся, острой и часто тяжело протекающей инфекции широко применяют прошедшие клинические испытания вакцины, однако эффективных лекарств по-прежнему нет. Геномы SARS-CoV-2 и SARS-CoV идентичны на ~80 %, а SARS-CoV-2 и MERS-CoV – на ~50 %. Это свидетельствует об общих механизмах патогенеза коронавирусов и одних и тех же потенциальных терапевтических мишенях. Ферменты и эффекторные белки, входящие в состав репликационно-транскрипционного комплек-са (РТК) коронавирусов, кодируются весьма крупным геном репликазы и представляют собой перспективные мишени действия потенциальных эффективных лекарств. Эти мишени включают папаин- и 3С-подобные цистеиновые протеиназы, осуществляющие процессинг двух больших вирусных полипротеинов, РНК-зависимую РНК-полимеразу, РНК-хеликазу, ферменты, модифицирующие вирусный геном, ферменты, обладающие 3’–5’-экзорибонуклеазной и уридилат-специфичной эндонуклеазной активностью, а также важные эффекторные белки. В настоящее время изучение сложных молекулярных механизмов сборки и функционирования РТК находится на пике изучения. Обзор посвящен актуальным и современным исследованиям свойств индивидуальных неструктурных субъединиц РТК и их комплексов и включает изучение структур индивидуальных субъединиц РТК коронавирусов, доменной организации субъединиц и их функций, белок-белковых взаимодействий, свойств и архитектуры комплексов субъединиц, влияния мутаций, а также выявления мутаций, влияющих на жизнеспособность вируса в клеточной культуре.

Мутантные аллели генов Rht-B1 и Rht-D1 (Reduced height) широко используют для создания короткостебельных сортов мягкой пшеницы интенсивного типа. Эти гены и фланкирующие их области секвенированы, в последовательностях описаны ассоциированные с изменением высоты растения однонуклеотидные замены, приводящие к образованию нонсенс-кодонов (аллели Rht-B1b, Rht-B1e, Rht-B1p и Rht-D1b), и различные инсерции (аллели Rht-B1c, Rht-B1h и Rht-B1i-1). Для идентификации такого типа однонуклеотидных мутаций разработаны ДНК-маркеры, основанные на принципе аллель-специфичной полимеразной цепной реакции (ПЦР). Однако идентификация аллелей этим методом предъявляет повышенные требования к соблюдению условий реакции, а получаемые результаты не всегда однозначны. Альтернативой может быть CAPS-технология, детектирующая различия в последовательностях путем рестрикции ПЦР-продуктов. В случае отсутствия рестриктаз, способных расщеплять ДНК в месте локализации точковой мутации, рестрикционные сайты могут быть искус- ственно внесены в последовательность праймера (derived CAPS). Цель настоящей работы – разработать CAPS-и dCAPS-маркеры для выявления замен оснований, подобрать по литературным источникам STS-маркеры для детекции инсерций и тем самым предложить систему молекулярных маркеров для идентификации аллелей генов короткостебельности, часто используемых и перспективных для селекции. Разработано три CAPS-маркера для выявления аллелей Rht-B1b, Rht-D1b, Rht-B1p и два dCAPS-маркера для Rht-B1b и Rht-B1e, предложены программы для их амплификации. По литературным источникам подобраны STS-маркеры аллелей Rht-B1c, Rht-B1h, Rht-B1i-1, содержащих инсерции. Предложенная система маркеров апробирована при генотипировании 11 образцов мягкой пшеницы из коллекции ВИР, несущих вышеуказанные мутантные аллели генов короткостебельности и аллели дикого типа Rht-B1a и Rht-D1a. Наличие нонсенс-мутаций подтверждено также при помощи аллель-специфичной ПЦР. Эта система маркеров наряду с уже существующими может быть использована для идентификации аллелей генов короткостебельности Rht-B1 и Rht-D1 у мягкой пшеницы с целью генетического скрининга образцов ex situ коллекций и/или в маркер-ориентированной селекции.

Отдаленная гибридизация злаков является одним из самых эффективных способов обогащения генетического разнообразия и решения множества селекционных задач в отношении устойчивости и толерантности к биотическому и абиотическому стрессу. Поэтому создано большое количество амфидиплоидов между отдельными видами, которые наделены разными морфологическими, генетическими и физиологическими характеристиками. Дикий вид Dasypyrum villosum – один из самых ценных видов с точки зрения возможности интродуцирования ценных качеств и свойств в разные сорта пшеницы. Для изучения реакции амфидиплоидов Triticum durum-D. villosum исследованы два образца, их родительские формы – сорта твердой пшеницы Гергана и Аргонавт, а также местная популяция вида D. villosum. Установлены следующие параметры: индукция каллусов, частота всех проростков к 100 эмбриоподобным структурам, частота альбиносных проростков и частота зеленых проростков. По полученным результатам выявлено, что индукция каллусов двух амфидиплоидов статистически достоверно отличается от родительских форм (2.1–7.2 %), будучи значительно выше, 30.7 и 16.5 % соответственно. Несмотря на разницу в индукции каллусов, амфидиплоиды практически не отличаются от родительских форм своей регенерирующей способностью. Частота альбиносных проростков значительно превышает частоту зеленых проростков, следуя тенденции, наблюдаемой в индукции каллусов. Зеленые проростки зарегистрированы только у амфидиплоида Гергана-D. villosum и у родительской формы твердой пшеницы Гергана. Растения вида D. villosum были регенерированы, и то, что были только альбиносные проростки, показывает хорошую отзывчивость вида на культивирование пыльников. Установленные характеристики испытанных амфидиплоидов и их родительских форм делают практическое использование этих амфидиплоидов особенно ценным для селекции различных видов злаков.

Выявление корреляций между морфологическими признаками бутонов и стадиями развития мужского гаметофита представляет большой практический интерес, так как наличие надежного маркера ускоряет и упрощает отбор подходящего растительного материала для культуры изолированных микроспор. Культура изолированных микроспор позволяет в короткие сроки получать чистые линии многих овощных культур, однако для дыни (Cucumis melo L.) эта технология пока не получила распространения. Чтобы успешно применить данную технологию для новой культуры, необходимо оптимизировать множество ее элементов, прежде всего подобрать морфологические маркеры, позволяющие отбирать бутоны, которые содержат микроспоры определенных стадий развития. В нашей работе приведена оценка корреляции между длиной бутонов, диаметром бутонов, длиной видимой части венчика, длиной пыльников и стадиями развития мужского гаметофита дыни F1 гибрида Kim Hong Ngoc. Наиболее сильная корреляция установлена для диаметра бутонов, коэффициент корреляции составил 0.885. Сильная корреляция выявлена также для длины бутона, коэффициент корреляции 0.880. Длина видимой части венчика являлась менее надежным признаком, а длину пыльников не следует использовать в качестве параметра для прогнозирования стадий развития мужского гаметофита дыни. Отмечено, что в одном пыльнике одновременно находились микроспоры и пыльцевые зерна разных стадий развития. В бутонах длиной менее 4.00 мм и диаметром до 1.51 ± 0.02 мм преобладали тетрады; в бутонах длиной 4.0–4.9 мм и диаметром 2.30 ± 0.02 мм обнаружена наибольшая доля ранних микроспор, при этом преобладали микроспоры средней стадии развития; в бутонах длиной 5.0–5.9 мм и диаметром 2.32 ± 0.00 мм преобладали средние и поздние вакуолизированные микроспоры; в бутонах длиной 6.0–8.9 мм и диаметром 2.96 ± 0.37 мм – поздние вакуолизированные микроспоры; в бутонах длиной 9.0 мм и более, диаметром 3.97 ± 0.34 мм и более – двухклеточная пыльца.

Фермент орнитинаминотрансфераза (OAT) катализирует перенос дельта-аминогруппы от L-орнитина на альфа-кетоглутарат. В растениях эта реакция связывает цикл мочевины, пролина и путь биосинтеза пролина. В литературе активность OAT связывают с ответом на биотические и абиотические стрессы, метаболизмом азота, но физиологическая роль этого фермента до сих пор остается неясной. В нашем исследовании мы изучали транскрипционную регуляцию гена OAT в Arabisopsis thaliana в нормальных условиях и в ответ на различные ростовые регуляторы. Репортерная конструкция, содержащая ген β-глюкуронидазы (gus) Escherichia coli под контролем промотора гена OAT из A. thaliana была интродуцирована в геном растений A. thaliana. Активность GUS оценивалась в различных экспериментальных условиях, включающих воздействие гормонов, низких и высоких содержаний азота, солевой стресс. Для выявления активности GUS мы использовали гистохимический метод, растения обрабатывали раствором, содержащим X-Gluc. В нормальных условиях промотор был активен при прорастании семени и в развивающихся пестиках и пыльниках. Промотор гена OAT специфично активируется в ответ на различные формы ауксина (IAA, NAA, 2,4D), цитокинина (6-BAP), предшественника этилена (ACC), высокие концентрации азота и NaCl. Результаты анализа экспрессии гена ОАТ соответствуют наблюдаемому паттерну активности промотора, полученному с использованием репортерной системы GUS. Экспрессия гена OAT значимо повышалась в четырехдневных проростках и в ответ на ауксины и цитокинины. При анализе структуры промотора гена OAT обнаружены цис-элементы, связанные с ответами на ауксин и абиотические стрессы. Наши результаты позволяют сделать вывод о связи гена ОАТ с процессами развития растений и о его регуляции ауксинами и цитокининами.

Синтезируемый в печени фактор роста фибробластов 21 (FGF21), действуя как гормон, повышает чувствительность к инсулину и расход энергии. Введение FGF21 оказывает мощное благотворное воздействие у людей, обезьян и грызунов с ожирением и диабетом второго типа. Терапевтические эффекты FGF21 исследованы главным образом на самцах, они не всегда проявляются у самок и сопровождаются поло-специфической активацией экспрессии генов в тканях. Мы предположили, что одной из причин полового диморфизма в ответе на FGF21 является действие эстрадиола (Е2). В настоящее время неизвестно, как эстрадиол влияет на проявление фармакологических эффектов FGF21. Задачей данного исследования было изучение влияния FGF21 на метаболические характеристики, потребление пищи и экспрессию генов углеводного и жирового обмена в печени, жировой ткани и гипоталамусе у самок мышей с алиментарным ожирением на фоне низкого (овариэктомия) и высокого (овариэктомия + Е2) уровня эстрадиола в крови. У овариэктомированных самок развитие ожирения индуцировали потреблением сладко-жирной диеты (стандартный корм, сало, печенье) в течение 8 недель. Мы оценили эффекты FGF21 на массу тела, показатели крови, выбор компонентов диеты, экспрессию генов в тканях при раздельном и совместном введении с Е2 в течение 13 дней. У овариэктомированных самок с ожирением FGF21, независимо от введения Е2, не влиял на массу тела и жировой ткани, толерантность к глюкозе, повышал потребление стандартного корма, снижал уровень глюкозы в крови, подавлял в печени собственную экспрессию (Fgf21), а также экспрессию генов G6pc и Acacα. Впервые показано влияние эстрадиола на эффекты FGF21: ингибирование FGF21-влияния на экспрессию Irs2 и Pklr в печени и потенцирование FGF21-стимулированной экспрессии Lepr и Klb в гипоталамусе. Кроме того, на фоне введения эстрадиола не проявлялось ингибирующее влияние FGF21 на уровень инсулина в крови, а в подкожной белой жировой ткани проявлялось ингибирующее влияние FGF21 на экспрессию Cpt1α и не проявлялось активирующее влияние FGF21 на экспрессию генов Insr и Acacβ. Полученные данные позволяют заключить, что у овариэктомированных самок с ожирением отсутствие эффектов FGF21 на массу тела и жировой ткани и его благотворное влияние на потребление пищи и уровень глюкозы в крови не связаны с действием эстрадиола. Однако эстрадиол влияет на транскрипционные эффекты FGF21 в печени, белом жире и гипоталамусе, что может лежать в основе половых различий в его действии на экспрессию метаболических генов и, возможно, половых различий его фармакологических эффектов.

Hsp67Bc Drosophila melanogaster – индуцируемый в ответ на тепловой и холодовой стресс малый белок теплового шока, участвующий в предотвращении агрегации поврежденных белков и в регуляции макроаутофагии. Было показано, что повышенная экспрессия гена Hsp67Bc стимулирует макроаутофагию в клетках S2 дрозофилы, а его делеция приводит к небольшому увеличению количества аутофагических вакуолей в нейронах мозга мух. Недавно нами обнаружено, что нуль-аллельные по гену Hsp67Bc особи D. melanogaster имеют сниженную устойчивость к холодовому стрессу (0 °C) различной длительности. В настоящей работе мы исследовали, как наличие делеции в гене Hsp67Bc повлияет на жизнеспособность D. melanogaster в нормальных условиях и на их устойчивость к повышенной температуре на разных стадиях развития. Делеция Hsp67Bc не оказала на личинок и куколок дрозофил неблагоприятного воздействия; нуль-аллельные по гену Hsp67Bc имаго имели увеличенную по сравнению с контролем продолжительность жизни при нормальной (24–25 °C) и повышенной (29 °C) температуре, а также после кратковременного теплового стресса (37 °C, 2 ч). В то же время плодовитость мутантных самок была снижена на 6–13 % по сравнению с контролем при всех исследованных температурных режимах, за исключением постоянного содержания при 29 °C, при котором среднее число откладываемых яиц не различалось между контрольной и мутантной линиями. Мы связываем этот феномен со сниженным количеством овариол у нуль-аллельных по гену Hsp67Bc самок, а также с усиленной макроаутофагией в их гермариях, приводящей к росту числа гибнущих формирующихся яйцевых камер. Кроме того, кратковременный тепловой стресс (37 °C, 2 ч), приводивший к увеличению продолжительности жизни D. melanogaster контрольной линии (что является распространенной реакцией у живых организмов), отрицательно влиял на продолжительность жизни мух с делецией Hsp67Bc. Таким образом, D. melanogaster с делецией в гене Hsp67Bc имеют увеличенную продолжительность жизни в нормальных условиях и при повышенной температуре и сниженные плодовитость и устойчивость к температурному стрессу.

Невербальный интеллект – один из компонентов когнитивных функций мозга, использующий визуальные образы и невербальные методы для решения поставленных задач. Особую роль в развитии индивидуальных различий в уровне когнитивных функций мозга отводят взаимодействию нервной и иммунной систем. Гены, кодирующие про- и противовоспалительные цитокины, могут являться кандидатами при изуче- нии невербального интеллекта. Проведен анализ ассоциаций шести локусов генов, белковые продукты которых принимают участие в регуляции воспалительного ответа в центральной нервной системе: CRP (rs3093077), IL1А (rs1800587), IL1B (rs16944), TNF/LTA (rs1041981, rs1800629), P2RX7 (rs2230912), с уровнем невербального интеллекта у здоровых индивидов без когнитивных нарушений в возрасте 18–25 лет с включением половой, этнической принадлежности и наличия «рискового» аллеля ε4 гена APOE в качестве ковариат. С учетом важной роли средовых факторов, влияющих на формирование когнитивных функций мозга в целом и невербального интеллекта в частности, осуществлен анализ ген-средовых (G×E) взаимодействий. В результате статистического анализа показано, что полиморфные варианты rs1041981 и rs1800629 гена фактора некроза опухоли альфа (TNF) ассоциированы с фенотипическими вариациями в показателе невербального интеллекта на уровне гаплотипов (для гаплотипа АА: βST = 1.19; р = 0.033; pperm = 0.047) в группе носителей «рискового» варианта ε4 гена APOE. Построены модели ген-средовых взаимодействий, детерминирующие межиндивидуальные различия в уровне невербального интеллекта: число детей в семье и табакокурение модулируют ассоциацию вариантов генов TNF/LTA (rs1041981) (β = 2.08; βST = 0.16; p = 0.001) и P2RX7 (rs2230912) (β = –1.70; βST = –0.10; р = 0.022) c уровнем невербального интеллекта. Полученные данные свидетельствуют о том, что эффект гена TNF/LTA на формирование особенностей когнитивной сферы наблюдается только в случае наличия «неблагоприятного» варианта гена АРОЕ и при сочетании определенных социальных факторов.

Исследование частот функционально значимых вариантов генов в медико-биологическом и геногеографическом контексте является актуальным направлением в изучении генетической структуры популяций человека. С переходом человечества от традиционного к урбанизированному образу жизни все большее распространение получают болезни цивилизации, связанные с нарушением метаболизма, в том числе сахарный диабет 2-го типа. Цель настоящей работы – проанализировать частоты функционально значимых аллелей генов метаболического профиля у коренных народов Сибири, чтобы определить «запас прочности» генофонда, оценить степень подверженности разных этнических групп заболеваниям метаболического спектра в меняющихся условиях внешней среды и спрогнозировать эпидемиологическую ситуацию в ближайшем будущем. Материалом исследования послужили этнические выборки восточных и западных бурят, телеутов, долган и двух территориальных групп якутов. Методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени определены частоты полиморфных вариантов, обусловленных однонуклеотидными заменами G103894T, rs12255372, и C53341T, rs7903146 гена TCF7L2. Полученные показатели сравнены с частотами в выборке русских Восточной Сибири и с литературными данными. В соответствии с общим географическим градиентом распределения полиморфных вариантов, частоты их в выборках коренных сибирских народов находятся в промежуточном положении между европеоидами и популяциями Восточной Азии. Показана статистически значимо меньшая встречаемость аллелей риска сахарного диабета 2-го типа TCF7L2 (103894T) и TCF7L2 (53341T) в выборках коренных сибирских народов по сравнению с русскими, что согласуется с их меньшей подверженностью метаболическим нарушениям, чем у пришлого европеоидного населения. В условиях урбанизации можно также прогнозировать сниженный рост заболеваемости сахарным диабетом 2-го типа у коренных народов Сибири – бурят, якутов, долган и телеутов, по сравнению с пришлым европеоидным населением. Для более полного понимания молекулярно-генетических основ адаптивного потенциала коренных народностей Сибири необходимо дальнейшее изучение структуры популяций по другим генам метаболического профиля.

Прошло более 40 лет с начала использования инфракрасного термометра для оценки засухо- и жаростойкости в селекции растений. За это время метод широко распространился во всем мире. Однако в России описываемый способ оценки стрессоустойчивости сортов до сих пор не применяется. Нами сделан обзор результатов использования инфракрасного термометра в селекции растений. На примере пшеницы описаны основные достоинства и недостатки показателя CTD (сanopy temperature depression), оцениваемого посредством инфракрасного термометра. Генотипы с более высоким значением CTD, а значит, более прохладным пологом в условиях засухи, используют большее количество доступной почвенной влаги для охлаждения за счет транспирации. CTD – интегрирующий признак, который диагностирует текущий водный статус растений. Коэффициент вариации показателя CTD находится в пределах 10–43 %. В значительном количестве работ показана его тесная взаимосвязь с урожайностью и высокая наследуемость, однако в целом больший коэффициент наследуемости имела урожайность. Применение показателя CTD в практической селекции пшеницы оспаривается рядом исследователей из-за значительного количества влияющих на него факторов. CTD тесно связан с другими признаками, отражающими водный статус растений или результат адаптации к засухе или жаре. Локусы количественных признаков, ассоциированные с CTD, обнаружены на всех хромосомах, за исключением хромосомы 3D. Выявленные локусы часто описывают небольшую часть фенотипической изменчивости (10–20 %, чаще менее 10 %), что затруднит пирамидирование генов, связанных с температурой полога, посредством маркерной селекции. Оценка показателя CTD надежна, технически проста и производительна и при надлежащем ее использовании позволяет объективно определить одну из сторон жаро- и засухоустойчивости сортов, сохранив растения в живом виде, что выгодно отличает ее от других методов. Наилучший результат описываемый метод демонстрирует в условиях терминальной засухи.

Болезни растений приводят к значительным экономическим потерям в секторе сельскохозяйственного производства во всем мире. Раннее выявление, количественная оценка и идентификация болезней имеют решающее значение для целенаправленного применения мер защиты в растениеводстве. В настоящее время ведутся интенсивные научные исследования по разработке инновационных методов диагностики болезней растений, основанных на гиперспектральных технологиях. Анализ спектра отражения растительной ткани позволяет проводить классификацию здоровых и больных растений, оценивать тяжесть заболевания, дифференцировать виды патогенов и выявлять симптомы биотических стрессов на ранних стадиях, в том числе в инкубационный период, когда симптомы не видны человеческому глазу. В обзоре описаны основные принципы измерения спектра отражения растительной ткани. Обсуждаются и оцениваются возможности применения различных типов гиперспектральных сенсоров и платформ для диагностики болезней растений. Гиперспектральный анализ является новой областью, соединяющей в себе методы оптической спектроскопии и методы анализа изображений, которые позволяют одновременно оценивать как физиологические, так и морфологические параметры. Описаны главные этапы анализа гиперспектральных данных: получение и предварительная обработка изображения; извлечение и обработка данных; моделирование и анализ данных. Приведен перечень алгоритмов и методов, применяемых на каждом из этапов. Рассмотрены основные области применения гиперспектральных сенсоров в диагностике болезней растений, такие как обнаружение болезни, дифференциация и идентификация типа заболевания, оценка степени поражения, оценка устойчивости генотипов. Приведен всесторонний обзор научных публикаций, подчеркивающий преимущества гиперспектральных технологий при исследовании взаимодействий между растениями и патогенами в различных масштабах измерений. Несмотря на обнадеживающий прогресс, достигнутый за последние несколько десятилетий в мониторинге болезней растений на основе гиперспектральных технологий, остаются нерешенными некоторые технические проблемы, препятствующие применению этих методов на практике. В заключение обсуждаются проблемы и перспективы практического использования новых технологий в сельскохозяйственном производстве.

ВИЧ-инфекция по-прежнему остается одной из глобальных проблем здравоохранения во всем мире. Борьба с инфекцией ведется по нескольким направлениям. Во-первых, это профилактические мероприятия, которые включают просвещение населения по проблеме ВИЧ/СПИДа, пропаганду здорового образа жизни, защищенные половые контакты, доконтактную профилактику уязвимых групп населения. Во-вторых, прохождение своевременного тестирования на ВИЧ и применение антиретровирусной терапии в случае его обнаружения. В-третьих, это научные исследования, связанные как с поиском новых лекарственных агентов, так и с разработкой вакцины против ВИЧ-1. Ключевой момент при определении эффективности вакцин и химиотерапевтических препаратов – выбор инструмента, позволяющего быстро и точно оценить их эффективность in vitro. Классическим методом вирусологии, позволяющим оценить нейтрализующую активность сывороток животных, иммунизированных экспериментальными вакцинами, и эффективность химиотерапевтических агентов, является метод нейтрализации с использованием вирусных изолятов, а также инфекционных молекулярных клонов, которые представляют собой инфекционные вирусные частицы, полученные путем трансфекции клеток плазмидным вектором, содержащим полноразмерный геном ВИЧ-1, кодирующий структурные, регуляторные и вспомогательные белки вируса, необходимые для образования репликационно-компетентных вирусных частиц в культуре клеток. При этом метод нейтрализации с использованием вирусных изолятов и инфекционных молекулярных клонов отличается трудоемкостью, продолжительностью и требует повышенных мер биобезопасности. Альтернативным решением, устраняющим указанные недостатки и позволяющим проводить быстрый скрининг, является использование для анализа нейтрализующей активности псевдовирусов, которые представляют собой рекомбинантные вирусные частицы. В отличие от инфекционных вирусов, работа с псевдовирусами безопасна, поскольку геном псевдовирусов нарушен для того, чтобы их инфекция ограничивалась лишь одним циклом. Данный обзор посвящен описанию модельных вирусных систем, используемых для оценки эффективности вакцин и лекарственных препаратов против ВИЧ-1 in vitro: первичных изолятов ВИЧ-1 и лабораторно-адаптированных штаммов, инфекционных молекулярных клонов и env-псевдовирусов. Кратко представлена их сравнительная характеристика. Более подробно описана технология env-псевдовирусов ВИЧ-1.