Грибы арбускулярной микоризы (АМ) помогают растениям усваивать из почвы минеральные вещества, особенно фосфор, в то время как получают от растений продукты фотосинтеза – сахара. Выявление генов, контролирующих симбиотическую эффективность АМ, может иметь практическое применение при создании высокопродуктивных растительно-микробных систем. Поэтому целью работы была оценка уровней экспрессии генов семейства транспортеров сахаров SWEET – единственного семейства, где могут быть обнаружены специфические для АМ-симбиоза транспортеры сахаров. Нами разработана уникальная высокочувствительная к уровню фосфора и микоризации модельная система «растение-хозяин–АМ-гриб», включающая высокоотзывчивую на инокуляцию АМ-грибами экологически облигатно микотрофную линию MlS-1 люцерны хмелевидной (Medicago lupulina) и штамм АМ-гриба RCAM00320 Rhizophagus irregularis, обладающий высокой эффективностью на множестве видов растений. С использованием этой модельной системы в корнях растения оценены изменения в уровне экспрессии 11 генов, кодирующих транспортеры семейства SWEET, при развитии либо при отсутствии симбиоза M. lupulina с R. irregularis в различные фазы развития растения-хозяина в условиях среднего уровня доступного для питания растений фосфора в субстрате. У микоризованных растений обнаружены более высокие уровни экспрессии в большинстве фаз развития растения-хозяина для MlSWEET1b, MlSWEET3c, MlSWEET12, MlSWEET13 по сравнению с контролем без АМ. Повышенная относительно контроля экспрессия при микоризации наблюдалась также и для MlSWEET11 в фазу развития 2-го и 3-го листьев, для MlSWEET15с – в фазу стеблевания, для MlSWEET1а – в фазу 2-го листа, стеблевания и бокового ветвления. Ген MlSWEET1b с уверенностью можно считать хорошим маркером со специфической экспрессией для эффективного развития АМ-симбиоза M. lupulina с R. irregularis в условиях среднего уровня доступного для растений фосфора в субстрате.

Современные сорта мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), селекция которых велась в основном на увеличение продуктивности, часто имеют невысокое качество зерна. Обнаружение у сородичей пшеницы аллелей генов NAM-1, ассоциированных с высоким содержанием белка, увеличило значимость отдаленной гибридизации для повышения питательной ценности зерна T. aestivum L. Целью настоящей работы были изучение аллельного состава генов NAM-А1 и NAM-B1 у интрогрессивных линий пшеницы и их родительских форм и оценка эффекта различных вариантов генов NAM-1 на содержание белка в зерне и признаки продуктивности пшеницы в полевых условиях Беларуси. Исследовали родительские сорта яровой мягкой пшеницы, образцы тетраплоидных и гексаплоидных видов рода Triticum, а также 22 интрогрессивные линии, полученные с их участием (вегетационный период 2017–2021 гг.). Впервые установлены и зарегистрированы в международной молекулярной базе данных GenBank полноразмерные нуклеотидные последовательности гена NAM-A1 образцов T. dicoccoides к-5199, T. dicoccum к-45926, T. kiharаe, T. spelta к-1731. В исследуемой выборке выявлено шесть комбинаций аллелей NAM-A1/B1, частоты встречаемости которых варьировали от 40 до 3 %. Совместный вклад генов NAM-A1 и NAM-B1 в изменчивость хозяйственно важных признаков пшеницы составил от 8–10 % (масса зерна с растения и масса 1000 зерен) до 72 % (накопление белка в зерне). Для большинства изученных признаков доля изменчивости, обусловленная погодными условиями, была невелика (1.57–18.48 %). Показано, что наличие функционального аллеля NAM-В1 обеспечивает высокий уровень накопления белка в зерне независимо от погодных условий и при этом не приводит к существенному снижению массы 1000 зерен. Высокие показатели продуктивности и уровня накопления белка в зерне установлены для генотипов, сочетающих гаплотип NAM-А1d и функциональный аллель NAM-B1. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности интрогрессии функционального аллеля гена NAM-В1 от видов-сородичей для повышения питательной ценности мягкой пшеницы.

В обзоре рассмотрены процессы морфогенеза, задействованные при разработке методов размножения и создания нового исходного материала сахарной свеклы. Показано, что методы партикуляции, микроклонирования in vitro и клеточной селекции, отражая неполовые формы репродукции растений, повышают результативность селекционных экспериментов. Приведены данные применения методов культуры in vitro, сохраняющих склонность растений к вегетативному размножению и стимулирующих повышение генетической изменчивости при использовании мутагенов этилметансульфоната, методов генетической трансформации (бактериальные гены mf2 и mf3) и селективных агентов (ионы  Сd⁺⁺ и абсцизовая кислота). Отражены результаты применения методов оценки степени самонесовместимости растений: флуоресцентной микроскопии, цитофотометрии, и определения уровня фитогормонов и содержания нуклеиновых кислот в ядрах клеток для прогнозирования завязываемости семян. Выявлено, что длительное самоопыление растений вызывает снижение фертильности пыльцевых зерен, стерилизацию мужских гамет и образование пистилодийных цветков. Самофертильные растения, выделенные из этих линий, служат закрепителями стерильности. В обзоре продемонстрирована роль апомиксиса в реализации изменчивости при онтои филогенетическом развитии растений. Отражены морфологические особенности развития половых и соматических клеток зародышей in vitro при формировании проростков на основе флоральной и вегетативной эмбриоидогении. Применение молекулярно-генетических маркеров SNP и SSR, обладающих высоким уровнем полиморфизма, оказалось эффективным для характеристики создаваемого селекционного материала гибридов при проведении скрещиваний. Интерес для селекции представляют исследования исходных материалов сахарной свеклы на наличие минисателлитных локусов TRs, позволившие выявлять растения-опылители О-типа (закрепитель стерильности) и растения МС (мужскостерильные) формы. Созданный материал может найти широкое использование в селекционной работе при создании гибридных форм, сокращая сроки селекции в 2–3 раза. Обсуждаются перспективы разработки и возможности применения новых методов и оригинальных схем в генетике, биотехнологии и селекции сахарной свеклы.

Исследования характера изменчивости митохондриальной ДНК (мтДНК) в популяциях человека вы­явили, что белок­кодирующие гены находятся под действием отрицательного (очищающего) отбора, поскольку мутационные спектры генов мтДНК характеризуются выраженным преобладанием синонимичных замен над несинонимичными (величина параметра Ka/Ks < 1). Между тем в ряде исследований показано, что адаптация популяций к различным условиям природной среды может сопровождаться ослаблением отрицательного от­бора в некоторых генах мтДНК. Так, ранее было установлено, что в арктических популяциях отрицательный отбор ослаблен в митохондриальном гене ATP6, кодирующем одну из субъединиц АТФ­синтазы. В настоящей работе проведен Ka/Ks­анализ митохондриальных генов в больших выборках трех региональных групп населения Евразии: Сибири (N = 803), Западной Азии/Закавказья (N = 753) и Восточной Европы (N = 707). Основная цель работы – поиск следов адаптивной эволюции в генах мтДНК коренного населения Сибири, представлен­ного населением севера (коряки, эвены) и юга Сибири и прилегающей территории Северо­Восточного Китая (буряты, баргуты, хамнигане). С помощью стандартного Ka/Ks­анализа установлено, что все гены мтДНК во всех изученных региональных группах населения испытывают действие отрицательного отбора. Наиболее высокие значения Ka/Ks в различных региональных выборках обнаружены практически в одном и том же наборе генов, кодирующих субъединицы АТФ­синтазы (ATP6, ATP8), НАДН­дегидрогеназного комплекса (ND1, ND2, ND3) и ци­тохром bc₁­комплекса (CYB). Самое высокое значение Ka/Ks, указывающее на ослабление отрицательного от­бора, выявлено в гене ATP6 в сибирской группе. Результаты анализа, выполненного с помощью метода FUBAR (пакет программ HyPhy) и направленного на поиск кодонов мтДНК, находящихся под действием отбора, также показали преобладание влияния отрицательного отбора над положительным отбором во всех группах населе­ния. В сибирских популяциях нуклеотидные позиции, находящиеcя под действием положительного отбора и ассоциированные с гаплогруппами мтДНК, зарегистрированы не на севере (что ожидается в предположении адаптивной эволюции мтДНК), а на юге Сибири.

Гликозилирование является важной модификацией белков, которая влияет как на их физико-химические свойства, так и на выполняемые ими биологические функции. Масштабные популяционные исследования показали, что уровни различных N-гликанов белков плазмы крови ассоциированы с риском развития ряда мультифакторных заболеваний человека. Найденные ассоциации стали основанием для рассмотрения N-гликанов в качестве потенциального источника биомаркеров и терапевтических мишеней. Биохимические пути N-гликозилирования хорошо изучены, однако понимание механизмов общей и тканеспецифической регуляции этих биохимических реакций in vivo весьма ограниченно. Это затрудняет как интерпретацию наблюдаемых ассоциаций уровней N-гликанов с заболеваниями человека, так и разработку биомаркеров и молекулярных мишеней на их основе. Прогресс в области технологий анализа N-гликозилирования белков позволил к началу 2010-х годов проводить исследования регуляции N-гликозилирования с помощью методов генетического анализа, в том числе полногеномного исследования генетических ассоциаций. Применение этих методов дает возможность находить новые, ранее неизвестные регуляторы N-гликозилирования и расширяет представление о роли N-гликанов в контроле мультифакторных заболеваний и комплексных признаков человека. В данном обзоре мы рассматриваем современное состояние исследований генетического контроля популяционной изменчивости уровней N-гликозилирования белков плазмы крови человека. Описаны современные физико-химические методы измерения N-гликомного профиля, приведены базы данных, содержащие гены, вовлеченные в биосинтез N-гликанов. Систематизированы результаты исследований вклада средовых и генетических факторов в популяционную изменчивость N-гликанов, а также результаты картирования геномных локусов N-гликанов методом полногеномного исследования ассоциаций. Представлены результаты последующих функциональных исследований in vitro и in silico, позволивших предложить новые гены-кандидаты, регулирующие N-гликозилирование белков. В заключение кратко показан текущий прогресс в области гликогеномики человека и описаны возможные пути дальнейших исследований N-гликома.

Паутинные клещи (Acari: Tetranychidae) являются опасными вредителями сельскохозяйственных и декоративных культур; наиболее экономически значимые из них относятся к родам Tetranychus, Eutetra­ nychus, Oligonychus и Panonychus. Расширение ареалов распространения, усиление вредоносности и статуса по степени опасности отдельных видов тетранихид, инвазия опасных вредителей в новые регионы представляют серьезную угрозу для фитосанитарного состояния агрои биоценозов. Различные подходы к видовой диагностике акарофауны определяют достаточно разнообразный спектр существующих в настоящее время методов, общая информация по которым приведена в данном обзоре. Идентификация паутинных клещей по морфологическим признакам, считающаяся основным методом, осложнена вследствие трудоемкости подготовки биоматериала для диагностики и ограниченного числа диагностических признаков. В связи с этим важное значение приобретают биохимические и молекулярно-генетические методы, такие как аллозимный анализ, ДНК-штрихкодирование, полиморфизм длины рестрикционного фрагмента (ПЦР-ПДРФ), подбор видоспецифичных праймеров, ПЦР в реальном времени и изотермическая амплификация. В обзоре пристальное внимание уделено успехам применения этих методов для видовой дискриминации клещей подсемейства Tetranychinae. Для некоторых видов, например обыкновенного паутинного клеща (Tetranychus urticae), разработан спектр методов идентификации – от аллозимного анализа до петлевой изотермической амплификации (LAMP), тогда как для многих других видов доступно гораздо меньшее разнообразие подходов. Наибольшей точности в определении паутинных клещей можно добиться, используя комбинацию нескольких методов, например осмотр морфологических признаков и один из молекулярных подходов (ДНК-штрихкодирование, ПЦР-ПДРФ и др.). Обзор может быть полезен специалистам, находящимся в поиске эффективной системы для видовой дискриминации паутинных клещей, а также при разработке новых тест-систем, актуальных для конкретных культур растений или определенного региона.

Сигнальный каскад ремоделирования актина, в состав которого входят LIM-киназа 1 (LIMK1) и ее субстрат кофилин, участвует в регуляции различных процессов в нейронах позвоночных и беспозвоночных животных. Drosophila melanogaster широко используется как модельный объект для изучения механизмов формирования, сохранения и воспроизведения памяти, а также забывания. Ранее активное забывание у дрозофилы исследовали с помощью классического павловского ольфакторного обучения. Было показано, что в разных формах забывания участвуют специфические дофаминергические нейроны и компоненты актинового каскада. В данной работе мы оценивали роль LIMK1 в процессах памяти и забывания у дрозофилы в парадигме условно-рефлекторного подавления ухаживания. В мозге дрозофилы уровень LIMK1 и фосфокофилина избирательно снижен в отдельных структурах нейропиля, включая лопасти грибовидных тел и центральный комплекс. В то же время LIMK1 присутствует в телах нервных клеток, таких как кластеры дофаминергических нейронов, регулирующие формирование памяти при условно-рефлекторном подавлении ухаживания. С использованием системы бинарного скрещивания GAL4 × UAS мы инициировали РНК-интерференцию limk1 в различных типах нервных клеток. У гибридных линий с интерференцией limk1 в лопастях грибовидных тел и глии наблюдалось усиление 3-часовой краткосрочной памяти, без видимого влияния на долгосрочную память. Интерференция limk1 в холинергических нейронах приводила к снижению краткосрочной памяти, в дофаминергических и серотонинергических нейронах ее результатом было также существенное нарушение способности мух к обучению. Напротив, интерференция limk1 в нейронах fruitless усиливала 15–60-минутную краткосрочную память, что указывает на возможную роль LIMK1 в процессах активного забывания. У самцов с интерференцией limk1 в  холинергических и fruitless нейронах также были отмечены разнонаправленные изменения параметров брачной песни. Таким образом, эффекты LIMK1 на память и брачную песню самцов дрозофилы определяются типом нервных клеток или структурой мозга.

Считается, что пикобирнавирусы (Picobirnaviridae, Picobirnavirus, ПБВ) являются вирусами животных, так как их обычно находят в образцах стула животных. Однако до сих пор не найдена модель животного или клеточная культура для их размножения. В 2018 г. было выдвинуто и экспериментально обосновано гипотетическое предположение о принадлежности ПБВ к вирусам прокариот. Эта гипотеза основана на присутствии в геноме всех ПБВ перед тремя открытыми рамками считывания (ORF) в сайте связывания с рибосомой последовательностей Шайна–Дальгарно, которыми насыщен геном прокариот, тогда как в геноме эукариот такие участки встречаются с низкой частотой. Насыщенность генома последовательностями Шайна–Дальгарно, а также сохранение такой насыщенности у потомства, по мнению ученых, позволяет отнести ПБВ к вирусам прокариот. В то же время существует вероятность принадлежности ПБВ к вирусам эукариотических хозяев – грибов или беспозвоночных, поскольку были обнаружены ПБВ­подобные последовательности, сходные с геномом виру­ сов грибов из семейств митовирусов и партитивирусов. В связи с этим возникло представление, что по способу репродукции ПБВ напоминают вирусы грибов. Расхождение во взглядах на истинного хозяина (хозяев) ПБВ вызвало дискуссию среди ученых и потребовало дальнейших исследований для выяснения их природы. В обзоре освещены результаты исследований по поиску хозяина ПБВ. Проанализированы причины появления среди множества характерных для ПБВ последовательностей генома атипичных последовательностей, использующих для трансляции вирусной РНК­зависимой РНК­полимеразы (RdRp) вместо стандартного генетического кода альтернативный митохондриальный код низших эукариот (грибов и беспозвоночных). Цель обзора состояла в сборе аргументов в поддержку гипотезы, полагающей фаговую природу ПБВ и поиск наиболее реалистичного объяснения причин выявления нестандартных для ПБВ геномных последовательностей. Опираясь на гипотезу о генеалогическом родстве ПБВ с РНК­вирусами из других семейств со сходным сегментированным геномом, такими как Reoviridae, Cystoviridae, Totiviridae и Partitiviridae, вирусологи поддерживают предположение о решающей роли в происхождении атипичных ПБВ­подобных штаммов реассортации между ПБВ и вирусами перечисленных семейств. Собранные аргументы свидетельствуют о большой вероятности фаговой природы у ПБВ. Представленные в обзоре данные свидетельствуют, что принадлежность ПБВ­подобного потомства к вирусам прокариот или эукариот определяется не только степенью насыщения его генома прокариотическим мотивом, стандартным или митохондриальным генетическим кодом. Решающим фактором может являться также первичная структура гена, кодирующего белок вирусного капсида, отвечающего за наличие или отсутствие специфических протеолитических свойств у вируса, определяющих его способность к самостоятельному гори­ зонтальному распространению в новые клетки.

Многие представители рода Rhodococcus известны как активные биодеструкторы компонентов нефти (в том числе алканов) и ароматических соединений. Пристальное внимание, которое стали уделять родококкам в последнее время, является следствием их высокого катаболического потенциала. Ранее нами выделен штамм Rhodococcus qingshengii VKM Ac-2784D из ризосферы пырея, произраставшего на нефтезагрязненной почве. По результатам филогенетического анализа этот штамм может быть отнесен к виду Rhodococcus qingshengii. На сегодняшний день расшифрованы пути и идентифицированы гены деструкции многих загрязнителей. Для оценки способности рассматриваемого штамма к деградации нефти и нефтепродуктов мы исследовали генные кластеры, ассоциированные с такой способностью. Ферменты деструкции алканов представлены двумя кластерами и пятью отдельно расположенными генами alkB. Деструкция ароматических соединений состоит из двух этапов: периферического и центрального. Геном R. qingshengii VKM Ac-2784D содержит четыре из восьми известных центральных путей деструкции ароматических соединений. Структура генных кластеров сходна с описанными в литературе штаммами R. jostii RHA1 и R. ruber Chol-4. Периферические пути представлены кластерами генов, кодирующих белки деструкции бензойной кислоты, ген бифенил 2,3-диоксигеназы и два гена бифенил-2,3-диол 1,2-диоксигеназы, участвующих в катаболизме бифенила. Присутствие генов бифенил 2,3-диоксигеназы, кластера генов бензоатного и 2-гидроксипентадиеноатного путей указывает на способность исследуемого штамма деструктировать полихлорированные бифенилы. Усилить активность биодеструкции загрязнителей помогают сурфактанты, улучшающие доступность разлагаемых веществ. Для некоторых видов Rhodococcus описаны биосурфактанты на основе трегалозы. В геноме R. qingshengii VKM Ac-2784D присутствуют гены, кодирующие белки биосинтеза сурфактантов – otsA, otsB, treY, treZ. Данные биоинформационного анализа согласуются с результатами ранее проведенных биохимических исследований. Знание метаболического потенциала отдельного организма, полученное в результате анализа генома, позволит создавать адаптированные к заданным условиям смеси бактериальных штаммов, объединяющие микроорганизмы с разным спектром метаболических путей деструкции.

Теломеры – это концевые участки хромосом, обеспечивающие их стабильность в ходе клеточного деления. Укорочение теломер инициирует процесс старения клеток, что может приводить к дегенерации и атрофии тканей. Укорочение теломер связано с сокращением продолжительности жизни и с предрасположенностью к ряду заболеваний, поэтому данный показатель может быть использован в качестве предиктора продолжительности жизни и состояния здоровья отдельного индивида. Длина теломер – сложный фенотипический признак, который определяется многими факторами, в том числе генетическими. Многочисленные исследования (включая полногеномный анализ ассоциаций, ПГАА) свидетельствуют о полигенном характере контроля длины теломер. Цель работы – охарактеризовать генетические основы регуляции длины теломер на основе данных ПГАА, полученных при исследовании различных популяционных выборок человека и других животных. Для этого авторами была собрана компиляция генов, ассоциированных с длиной теломер по данным ПГАА, которая включала сведения о 270 генах человека, а также 23, 22 и 9 генах, выявленных у крупного рогатого скота, домового воробья и нематоды соответственно. Среди них присутствовали два гена-ортолога, кодирующих белок шелтеринового комплекса (POT1 у человека и pot-2 у C. elegans). Функциональный анализ показал, что на длину теломер могут влиять генетические варианты в генах, кодирующих: 1) структурные компоненты теломеразы; 2) белковые компоненты теломерных участков хромосом (шелтериновый комплекс и CST комплекс); 3) белки, участвующие в биогенезе теломеразы и регулирующие ее активность; 4) белки, регулирующие функциональную активность компонентов шелтеринового комплекса; 5) белки, участвующие в репликации и/или кэпировании теломер; 6) белки, контролирующие альтернативный путь удлинения теломер;

7) белки, реагирующие на повреждения ДНК и отвечающие за репарацию; 8) компоненты РНК экзосом. В работе выявлены гены человека, идентифицированные несколькими исследовательскими группами в популяциях различного этнического происхождения. Это гены, кодирующие компоненты теломеразы (TERC и TERT), а также ген STN1, кодирующий белок CST комплекса. По-видимому, полиморфные локусы, затрагивающие функции этих генов, могут быть наиболее надежными маркерами предрасположенности к заболеваниям, связанным с длиной теломер. Систематизированные нами данные о генах и их функциях будут полезны при разработке прогностических критериев заболеваний человека, для которых показана связь с длиной теломер. Сведения о генах и процессах, контролирующих длину теломер, могут быть востребованы для маркер-ориентированной и геномной селекции сельскохозяйственных животных, направленной на повышение продолжительности их хозяйственного использования.