При многих видах стресса эукариотические клетки быстро снижают общий уровень трансляции большинства мРНК. Однако некоторые молекулярные механизмы ингибирования синтеза белка, такие как фосфорилирование эукариотического фактора элонгации трансляции (eEF2), функционируют у животных и дрожжей, но не реализуются у растений. Мы предполагаем, что существует альтернативный механизм ингибирования синтеза белка в клетках растений и, возможно, других эукариот, основанный на дискретной фрагментации молекул 18S рРНК внутри малых субъединиц рибосомы. Мы идентифицировали четыре малые РНК, индуцированные стрессом, которые представляют собой 5’и 3’-концевые фрагменты 18S рРНК. В настоящей работе мы исследовали индукцию дискретной фрагментации 18S рРНК и фосфорилирование α-субъединицы эукариотического фактора инициации 2 (eIF2α) в проросших зародышах пшеницы в присутствии глифосата, имитирующего состояние аминокислотного голодания. Используя нозерн- и вестерн-блоттинг, мы показали, что индуцированные стрессом фрагменты 18S рРНК начинают накапливаться в зародышах пшеницы при концентрациях глифосата, не вызывающих фосфорилирования eIF2α. Также установлено, что расщепление 18S рРНК вблизи 5’-конца начинается гораздо раньше, чем становится заметным фосфорилирование eIF2α при высокой концентрации глифосата (500 мкМ). Этот результат указывает на то, что дискретная фрагментация 18S рРНК может представлять собой регуляторный механизм трансляции мРНК в ответ на стресс и происходить в растительных клетках параллельно с фосфорилированием eIF2α и независимо от него. Выявленные 5’и 3’-концевые малые фрагменты 18S рРНК, накапливающиеся при различных стрессах, могут служить маркерами стрессоустойчивости в процессе селекции хозяйственно важных культур растений.

Мейотический кроссинговер является основным механизмом конструирования нового аллельного состава индивидуальных хромосом и необходим для равнозначного распределения гомологичных хромосом между гаметами. Сложившиеся в ходе эволюции параметры мейотического кроссинговера определены естественным отбором и не полностью соответствуют задачам селекционных исследований. В настоящем обзоре суммированы результаты экспериментальных работ, направленных на повышение частоты кроссоверов и перераспределение их позиций вдоль хромосом с помощью генетических манипуляций на разных этапах мейотической рекомбинации. Обсуждаются последствия инактивации и/или сверхэкспрессии генов SPO11, продукты которых генерируют мейотические двуцепочечные разрывы в ДНК, для перераспределения позиций кроссоверов в геноме различных организмов. Обобщены результаты исследований по влиянию инактивации или сверхэкспрессии генов RecA-подобных рекомбиназ на мейотический кроссинговер, в том числе у культурного томата (Solanum lycopersicum L.) и его межвидовых гибридов. Обсуждаются последствия инактивации ключевых генов системы мисмэтч-репарации. Их подавление позволило достоверно повысить частоту мейотической рекомбинации между гомеологами у межвидового гибрида дрожжей Saccharomyces cerevisiae × S. paradoxus и между гомологами у растений арабидопсиса (Arabidopsis thaliana L.). Рассматриваются попытки экстраполировать эти результаты на другие виды растений, у которых отмечены снижение репродуктивных свойств и микросателлитная нестабильность в геноме. Отдельно описаны наиболее значимые результаты по увеличению частоты мейотической рекомбинации при инактивации генов-репрессоров кроссинговера FANCM, TOP3α, RECQ4, FIGL1 и при сверхэкспрессии гена-энхансера кроссинговера HEI10. В некоторых экспериментах удалось практически на порядок повысить частоту мейотической рекомбинации и частично перераспределить позиции кроссоверов вдоль хромосом при полном сохранении плодовитости у арабидопсиса. Сходные результаты были получены для некоторых сельскохозяйственных культур.

Многолетний злак ежа сборная (Dactylis glomerata L.) – ценная ранняя высокопитательная культура, используемая в качестве зеленого корма в сельскохозяйственном производстве. Вид широко распространен на территории евразийского континента, характеризуется пластичностью и высокой эколого-географической изменчивостью. В статье рассмотрены метаболитные профили 15 образцов ежи сборной из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР). Материал представлен сортами и дикорастущими формами различного происхождения: европейская часть РФ, Норвегия и Финляндия. Исследование проводили с помощью газо-жидкостной хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией. Выполнено изучение и сравнение групп метаболитов образцов ежи сборной различного эколого-географического происхождения. Статистическая обработка включала вычисление основных параметров изменчивости, факторный анализ системы корреляций (Qи R-техника), кластерный анализ по методу Варда и дискриминантный анализ. Выявлена изменчивость количественного и качественного состава идентифицированных веществ. На основе статистической обработки полученных результатов выделили пять групп образцов ежи, различающихся по профилю метаболитов. В одной группе с похожим составом метаболитов оказались образцы из одного эколого-географического региона, в другой – образцы различного происхождения. Отмечены значительные отличия метаболомных профилей позднеспелого дикорастущего образца ежи из Карелии в фазе выхода в трубку от раннеи среднеспелых образцов в фазе колошения: он содержал наибольшее количество свободных аминокислот и наименьшее число выявленных первичных и вторичных метаболитов. Дикорастущий образец к-44020 из Норвегии в фазе колошения превзошел остальные дикорастущие образцы по содержанию свободных аминокислот, сахаров и фосфатов. Дикорастущие образцы отличались от селекционных сортов высоким содержанием пролина и треонина, устойчивостью к недостатку влаги и высокой температуре воздуха.

Изучали содержание алкалоидов в семенах люпина узколистного (Lupinus angustifolius L.) у 59 образцов из коллекции ВИР в условиях Ленинградской области. В выборку были включены образцы разного статуса (дикие формы, староместные сорта, сорта научной селекции) и различных лет поступления в коллекцию. Алкалоиды определяли методом газожидкостной хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией. Определены концентрации основных алкалоидов в семенах: люпанина, 13-гидроксилюпанина, спартеина, ангустифолина, изолюпанина и их суммарное содержание. Выявленная изменчивость суммарного содержания алкалоидов в семенах изучаемой выборки составляла 0.0015–2.017 %. В большинстве случаев значение признака соответствует статусу образца: сорта современной селекции, за исключением сидеральных, входят в группу с показателями 0.0015–0.052 %, в то время как старые, местные сорта и дикие формы имеют значения 0.057–2.17 %. Характерно, что ко второй группе относятся преимущественно образцы, поступавшие в коллекцию до 1950-х гг., т. е. до периода активной селекции низкоалкалоидных сортов. Отмечена сильная межгодовая изменчивость признака у образцов, выращиваемых в одних и тех же почвенно-климатических условиях в течение двух лет. В 2019 г. в среднем по выборке содержание алкалоидов было в 1.9 раза выше, чем в 2020 г. Анализ погодных условий вегетации позволяет предположить, что снижение содержания алкалоидов произошло за счет значительного увеличения суммы осадков в 2020 г. При поиске связей содержания алкалоидов с типом боба (не вскрывающийся без обмолота – культурный, спонтанно вскрывающийся – дикий и промежуточный) наблюдается тенденция к более высокому (примерно в 2 раза в оба года исследования) суммарному содержанию алкалоидов у образцов с диким типом боба и приближенным к нему промежуточным по сравнению с не вскрывающимся без обмолота бобом. Связь среднего суммарного содержания алкалоидов с окраской семени, сведенной к трем категориям (темная – дикая, светлая – культурная и промежуточная), была достоверно выше у группы с темными семенами: в 5.2 раза в 2019 г. и в 3.7 раза в 2020 г. Не обнаружено достоверных различий процентного содержания отдельных алкалоидов в общей сумме алкалоидов как между годами исследования, так и между группами с различным типом боба и с разной окраской семени.

Милдью – одно из наиболее распространенных и вредоносных заболеваний виноградной лозы, возбудителем которого считают Plasmopara viticola. Сорта Vitis vinifera, выступая основой высококачественного виноградарства, практически не обладают генетической устойчивостью к милдью. Генотипы, имеющие природную устойчивость к поражению P. viticola, принадлежат видам винограда Северной Америки и Азии (V. aestivalis, V. berlandieri, V. cinerea, V. labrusca, V. amurensis и др.), а также к Muscadinia rotundifolia. По этой причине создание сортов винограда с повышенной устойчивостью к патогену основано на межвидовой гибридизации. В настоящее время молекулярногенетические методы анализа все активнее используют на этапах предселекционной работы и непосредственно в селекции. Один из крупных локусов устойчивости к милдью – ген Rpv10 – впервые идентифицирован в сорте межвидового происхождения Солярис и изначально происходит от дикого амурского винограда. Известны ДНК-маркеры данного гена, позволяющие детектировать наличие Rpv10 в генотипах винограда. Методом ПЦР-анализа выполнен поиск доноров гена устойчивости среди генотипов 30 сортов винограда, которые, согласно родословным, могли бы нести ген Rpv10. Работа выполнена с использованием автоматического генетического анализатора, что позволяет получать высокоточные данные. По результатам ДНК-маркерного анализа в 10 генотипах винограда выявлено наличие аллели гена Rpv10, определяющей устойчивость к возбудителю милдью. Выполнено генотипирование сортов винограда, в которых обнаружен Rpv10, с помощью шести стандартных для ДНК-профилирования винограда SSR-маркеров. ДНК-маркерный анализ показал наличие аллели устойчивости у сорта Коринка русская, который, по общедоступным данным, является потомком сорта Заря Севера, не обладающим геном устойчивости Rpv10. С использованием анализа полиморфизма микросателлитных локусов и базы данных VIVC уточнена родословная сорта винограда Коринка русская. Установлено, что Коринка русская происходит от сорта Северный – донора локуса устойчивости Rpv10.

Ряд факторов окружающей среды ограничивают производство нута, поэтому исследование сортов в различных средах является важной составляющей селекционных программ. Цель представленного исследования заключалась в поиске высокоурожайных и устойчивых к условиям богарного земледелия генотипов нута. Четырнадцать перспективных генотипов нута с двумя контрольными сортами выращены в рандомизированном полном факторном эксперименте в четырех регионах Ирана в вегетационные периоды 2017–2020 гг. Первые два главных компонента объясняют 84.6 и 10.0 % генотипа взаимодействиями с окружающей средой (GEI) соответственно. Лучшими генотипами на основе индексов одновременной селекции ASV (ssiASV), ssiZA, ssiDi и ssiWAAS стали G14, G5, G9 и G10, на основе ssiEV и ssiSIPC – G14, G5, G10 и G15, на основе ssiMASV – G14, G5, G10 и G15. Результаты AMMI1-биплот-анализа позволили идентифицировать G5, G12, G10 и G9 как стабильные и высокоурожайные генотипы. По данным модели AMMI2-биплот наиболее стабильными определены генотипы G6, G5, G10, G15, G14, G9 и G3. На основе гармонического среднего и относительной эффективности генотипических значений (HMRPGV) G11, G14, G9 и G13 отмечены как четыре лучших генотипа. Факторная регрессия показала, что количество осадков крайне важно в начале и конце вегетационного периода. Генотип G14 продемонстрировал хорошую урожайность и стабильность во многих различных условиях среды и при использовании всех аналитических и экспериментальных подходов. Методом частичной регрессии наименьших квадратов генотип G5 был идентифицирован как наиболее устойчивый к неблагоприятным условиям – как по влажности, так и по температуре. Следовательно, G14 и G5 могут быть кандидатами для интродукции новых сортов.

Дождевые черви – важная экологическая группа, которая оказывает значительное влияние как на состав почвенной фауны, так и на растительность. Генетическое разнообразие и филогения дождевых червей при этом остаются относительно слабо изученными. В настоящее время большинство работ по генетическому разнообразию дождевых червей основывается на единичных митохондриальных и ядерных генах. В связи с этим для реконструкции филогенетических отношений у дождевых червей перспективными становятся митохондриальные геномы. Почти все работы по этой теме посвящены видам из Западной Европы или Восточной Азии, другие регионы практически не затронуты. В настоящей работе мы провели секвенирование, сборку и анализ митохондриального генома Dendrobaena tellermanica Perel, 1966. Этот вид ранее входил в состав кавказского вида D. schmidti (Michaelsen, 1907) – политипического вида, в пределах которого выделяли множество таксонов. Геном был собран в виде одного контига длиной 15 298 п. н., содержащего типичный набор генов: 13 белок-кодирующих генов (три субъединицы цитохромоксидазы, семь субъединиц NADH дегидрогеназы, две субъединицы АТФ синтетазы, цитохром b), гены 12S и 16S рибосомальной РНК и 22 гена тРНК. Все гены были расположены на одной цепи ДНК. На контрольный регион, находящийся между генами tRNA-Arg и tRNA-His, приходилось 727 п. н. Контрольный регион содержал множество шпилек, а также тандемные повторы мономера AACGCTT. Филогенетический анализ на основе полных митохондриальных геномов показал, что род Dendrobaena является базальным в семействе Lumbricidae. D. tellermanica оказалась довольно далеким родственником космополитного вида D. octaedra, что говорит о высоком генетическом разнообразии в этом роде. Вид D. schmidti был парафилетичным по отношению к D. tellermanica. Поскольку для D. schmidti характерна очень высокая генетическая изменчивость, можно рассматривать эти данные как свидетельство в пользу разделения D. schmidti на несколько видов.

Проведен биоинформационный анализ первичной структуры района ITS1–ITS2 образцов S. vaginata и S. pectinata, взятых из публичных баз данных, ссылки на которые приведены в опубликованных работах. Показано, что межвидовые различия S. vaginata и S. pectinata обусловлены делециями/вставками и одноили двунуклеотидными заменами. Более того, вид S. pectinata по структуре района ITS1–ITS2 представлен двумя генотипами, которые обозначены как S. pectinata тип A и S. pectinata тип B, различия между которыми обусловлены одноили двунуклеотидными заменами. Это демонстрирует возможность применения данного района для определения видовой принадлежности у представителей рода Stuckenia. Для экспериментальной проверки возможности использования данного района у 28 образцов, определенных на основании морфологиче ских признаков как S. pectinata, S. vaginata, S. macrocarpa и S. chakassiensis, выполнено определение первичной структуры района ITS1–ITS2. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что они распадаются на три группы, третья группа представлена двумя подгруппами. Эти группы соответствуют S. vaginata, S. pectinata тип A и S. pectinata тип B. В группу S. vaginata попали образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. vaginata. В группу S. pectinata тип A попали образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. pectinata. Группу S. pectinata тип B на основании первичной структуры района ITS1–ITS2 можно разделить на две подгруппы: S. pectinata тип B и S. chakassiensis. В подгруппу S. pectinata тип B вошли образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. pectinata, S. vaginata и S. macrocarpa. В подгруппу P. chakassiensis в основном вошли образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. chakassiensis. На основании выравнивания последовательностей подгруппы S. pectinata тип B сделано предположение, согласно которому в данную подгруппу объединены последовательности, принадлежащие S. pectinata тип B, S. macrocarpa и их гибридам.

Проведено геногеографическое изучение породы овец киргизский горный меринос (КГМ). Проанализированы образцы ДНК 109 овец данной породы, разводимых в трех государственных племенных заводах (ГПЗ) в Республике Кыргызстан: ГПЗ «Оргочор» (Иссык-Кульская область), ГПЗ «Катта-Талдык» (Ошская область) и ГПЗ им. М.Н. Лущихина (Таласская область). В 12 исследованных микросателлитных маркерах (McM042, INRA006, McM527, ETH152, CSRD247, OarFCB20, INRA172, INRA063, MAF065, MAF214, INRA005, INRA023) идентифицировано 126 аллелей. Число аллелей в каждом локусе варьировало от 6 до 16 при среднем значении 10.500 ± 0.957 аллелей на локус. Определено 67 редких аллелей (с частотой встречаемости менее 5.0 %), что составляет 53.2 % от общего количества выявленных аллелей. Наибольшее количество редких аллелей установлено для STR-маркеров CSRD247, INRA023, INRA005, INRA006, MAF214 и OarFCB20. Для каждой группы имеются индивидуальные различия в профиле распределения частот аллелей по всем исследуемым STR-локусам, наиболее значимые из которых следующие: в группах TALAS и OSH для локуса McM042 в мажорном состоянии находится аллель 87 (35.6 и 45.7 % соответственно), в то время как для группы ISSYK-KUL наибольшую распространенность получил аллель 95 (36.2 %); для локуса INRA172 во всех группах мажорным аллелем был 154, однако в сравнении с группой TALAS его распространенность была меньше в 1.25 (ISSYK-KUL) и 1.66 (OSH) раза – 55.2 и 41.4 % соответственно, а аллели 156 и 158 встречались только в группе ISSYK-KUL; для локуса ETH152 частота встречаемости аллеля 186 в группе TALAS составила 51.1 %, для групп ISSYK-KUL и OSH значительную распространенность приобретает аллель 190 – 34.5 и 34.3 % соответственно. При оценке генетической подразделенности исследуемых выборок КГМ (при К от 3 до 10) показана однородность структуры – вклад каждого субкластера равноценный. При анализе AMOVA обнаружено, что выборки расположены равноудаленно. Таким образом, генетическое разнообразие овец породы КГМ среди трех государственных племенных заводов Кыргызской Республики достаточно высокое и сопоставимое между собой.

Проанализирован генетический профиль популяции домашней кошки острова Аошима (Япония). Популяция возникла в середине прошлого века в результате завоза небольшой группы животных для борьбы с грызунами. По трем фотографиям определен фенотипический состав групп животных (75, 56 и 70 особей). Рассчитаны частоты мутантных аллелей сцепленного с полом локуса Orange и трех аутосомных локусов (Auguti, White и Long hair), отвечающих за окраску и длину шерсти. В популяции отсутствуют мутантные аллели d (локус Dilution), W и w^g (White), ta^b (Tabby), Ti^A (Ticked), отмеченные в других популяциях Японии. Фенотипически это практически мономорфная популяция с преобладающим большинством рыжих и черепаховых особей. Большинство кошек имеют прерванные полосы (генотип Ti⁺Ti⁺Ta^M-). Популяция острова резко отличается от остальных популяций островов Японии по частотам двух мутантных аллелей, O и a. Частота аллеля O (q(O) = 0.580) – одна из самых высоких частот в регионе, а аллеля a (q(a) = 0.276) – меньше в два раза, чем в других популяциях. В обоих случаях отличие от частот в окружающих портовых популяциях статистически значимо (p < 0.0001). Генетический состав, частоты мутантных аллелей в популяции и характер ее происхождения указывают на значительное влияние эффекта основателя на генетическую структуру популяции домашней кошки о-ва Аошима. Независимое исследование популяции кошек о-ва Аошима обнаружило сходную генетическую структуру. Однако в популяции найдены особи, носители аллеля d. Возможно, это может быть вызвано различиями в методике определения фенотипа таких кошек. Частота аллеля a статистически значимо выше (0.534 против 0.276, p < 0.020). Все это, однако, не влияет на общий вывод о действии эффекта основателя при возникновении популяции кошек этого острова.

В мире наблюдается рост случаев расстройств аутистического спектра (РАС). Исследование механизмов и причин возникновения РАС, а также поиск мишеней для терапии этих расстройств являются актуальной задачей. Многие исследователи сходятся во мнении, что возникновение аутизма связано с нарушением развития нервной системы. Линия мышей Clstn2-KO, нокаутов по гену кальсинтенин-2, полученная на основе C57BL/6J, моделирует симптомы РАС. Данное исследование было направлено на изучение у самцов Clstn2-KO социального предпочтения места и плотности дофаминергических нейронов в вентральном тегментуме, который представляет собой часть системы вознаграждения головного мозга, в сравнении с контрольной линией мышей C57BL/6J дикого типа. Тест «социально обусловленное предпочтение места» отражает социальное вознаграждение. Результаты этого теста показали, что у самцов Clstn2-KO наблюдаются отклонения от контрольных мышей в социальном вознаграждении, так как они проводили одинаковое время в обоих отсеках установки, ассоциированных либо с изоляцией, либо с социализацией со знакомым партнером. При этом животные из группы Clstn2-KO заходили в обе части камеры значительно чаще, но проводили меньше времени в социально-ассоциированном отсеке по сравнению с контрольной группой. Самцы контрольной линии C57BL/6J, напротив, проводили больше времени в отсеке, ассоциированном с социализацией, где было взаимодействие с сородичем, и меньше в отсеке, в котором ранее особь находилась в одиночестве. В вентральном тегментуме, отвечающем за процессы, связанные с вознаграждением, у мышей Clstn2-KO было обнаружено повышенное число дофаминергических нейронов и, возможно, ГАМК-ергических нейронов, меченных антителами против дофаминового рецептора второго типа и тирозингидроксилазы. На основании полученных результатов можно заключить, что у мышей Clstn2-KO имеет место изменение значимости социального вознаграждения, а также обнаружено повышенное число нейронов, экспрессирующих дофаминовые рецепторы второго типа и тирозингидроксилазу, в одной из важных структур мезолимбического дофаминергического пути – вентральном тегментуме, который является частью системы вознаграждения.