1.     Основное направление фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований

Молекулярно-генетические механизмы формирования защитного ответа растений и функциональная организация генов защитного ответа злаков трибы Triticeae.

2.     Задачи, решаемые в настоящее время в рамках базового бюджетного проекта 

В рамках бюджетного проекта VI.53.1.5. («Геном злаков: изучение организации и вклада отдельных участков хромосом и генных локусов в проявление признаков и формообразование») подразделение выполняет работы по блоку «Структурно-функциональная организация ряда генов защитного ответа у злаков» и решает задачи, связанные с выделением нуклеотидных последовательностей отдельных структурных и регуляторных генов защитного ответа злаков трибы Triticeae (Пшеницевые), исследованием эволюции и организации выделенных генов, а также определением их функциональной роли в условиях абиотического стресса.

3.     При наличии прикладных результатов (что желательно) должен быть введен еще один раздел «Прикладные разработки».

4.     Иллюстрированное описание лучших результатов, полученных подразделением за последние 5 лет

Гены защитного ответа растений представлены несколькими группами генов, в том числе, генами, участвующими в биосинтезе флавоноидных соединений, к которым относятся растительные пигменты антоцианы. Исследования, проводимые в секторе, впервые продемонстрировали взаимосвязь регуляции биосинтеза антоцианов в перикарпе зерна и колеоптиле пшеницы с жизнеспособностью растений в неблагоприятных условиях. Например, показано, что проростки пшеницы с высоким содержанием антоцианов более устойчивы к засухе, чем слабо окрашенные растения. Установлено, что после длительного хранения семена пшеницы с окрашенным перикарпом (рис. 1) обладают лучшей всхожестью по сравнению с семенами, которые не окрашены антоцианами. Предположительно, повышенная жизнеспособность окрашенных семян связана с антиоксидантным действием пигментов. Этот фактор может быть учтен при производстве стратегических запасов зерна пшеницы с целью длительного хранения. 

Особое внимание уделяется использованию генетического потенциала дикорастущих и культурных сородичей для улучшения устойчивости основного хлебного злака пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.). За последние 5 лет коллективом подразделения впервые выделены и охарактеризованы полноразмерные последовательности более 10 генов защитного ответа злаков трибы Пшеницевые; получены фенотипические и молекулярно-цитологические характеристики новых чужеродно-замещенных линий пшеницы, в геноме которых скомбинированы гены защитного ответа, происходящие от разных видов злаков; разработаны ген-специфичные ДНК-маркеры для дальнейшего сравнительного анализа транскрипции генов защитного ответа в чужеродно-замещенных формах и для использования в селекционном процессе.

Исследование цитологически и генетически маркированных линий злаков трибы Пшеницевые, позволили установить, что гены, определяющие фенотип злаковых растений по признакам окраски, являются регуляторными (рис. 2.): разные аллели этих генов предопределяют различия в транскрипционной активности структурных генов биосинтеза антоцианов (или других растительных пигментов фенольной природы). Впервые для растений трибы Triticeae выделена нуклеотидная последовательность одного из регуляторных генов – MYC1, экспрессия которого необходима для активации биосинтеза антоцианов в перикарпе (рис. 2.)

При изучении генов защитного ответа особое внимание уделяется сравнительному исследованию ортологичных копий генов у разных видов (так, например, нами впервые описана элиминация интронов в генах, кодирующих халконфлаванонизомеразу (CHI), в геномах видов злаков, принадлежащих трибе Пшеницевые, рис. 3), а также дуплицированных копий генов в одном геноме (сохранение в одном геноме нескольких копий одного и того же гена может свидетельствовать о возникновении новой функции или о функциональной специализации дуплицированных генов). Так, у общего предка трибы Triticeae за счет небольшой сегментной дупликации в хромосоме 2 образовались две копии ключевого гена биосинтеза флавоноидов, кодирующего фермент флаванон-3-гидроксилазу, F3H (рис. 4). Несмотря на то, что в ходе эволюции у большинства видов одна из копий превратилась в псевдоген, в некоторых геномах злаков, в том числе, в геноме В пшеницы, сохранились две функционально активные копии, которые приобрели специализацию. Одна из копий экспрессируется в генеративных и наземных вегетативных органах и участвует, главным образом, в биосинтезе антоцианов, другая копия экспрессируется только в корнях, принимая участие в биосинтезе неокрашенных флавоноидных соединений (рис. 4).

Рисунок 3. Элиминация интронов в генах CHI трибы Пшеницевые

Рисунок 4. Структурные и функциональные различия между дуплицированными генами F3H

5.     Задачи, планируемые на перспективу: формулировки должны содержать как фундаментальные научные задачи, так и возможную прикладную направленность исследований в подразделении

• Реконструкция регуляторной сети биосинтеза флавоноидов растений с помощью экспериментально теоретических подходов.
• Выявление особенностей экспрессии генов защитного ответа на чужеродном генетическом фоне.
• Создание на основе химического мутагенеза и гибридизации новых генетических моделей для выявления дифференциально экспрессирующихся генов, связанных с защитным ответом, а также с важными характеристиками колоса злаковых растений и другими хозяйственно-ценными признаками; сравнительный анализ полученных линий на уровне фенома, транскриптома и протеома.

Бывшие сотрудники

Совместители

Публикации

2010	Мономорфность изоферментных локусов в природных и культивируемых популяциях амаранта (Amaranthus L.) Р. С. Юдина, А. В. Железнов, В. К. Шумный CYTOL GENET+, 2010, № 6. С.32-39
	Biosynthesis of flavonoids under salinity stress in Triticum aestivum L. Tereshchenko O.Yu., Klestkina E.K., Gordeeva E.I., Arbuzova V.S., Salina E.A. Русский, 2010, PlantGen, Novosibirsk, Russia, June 07-10, 2010
	Генетика и феногенетика малатдегидрогеназы растений Р.С. Юдина Информационный вестник ВОГИС, 2010, Т.14. № 2. С. 243-254
2009	Anthocyanin biosynthesis genes location and expression in wheat-rye hybrids Khlestkina E.K., Tereshchenko O.Yu., Salina E.A. MOL GENET GENOMICS, 2009, 282, 475-485
2008	Создание, сохранение, изучение и использование генофонда кормовых и лекарственных растений в ИЦиГ СО РАН А. В. Железнов, Н. Б. Железнова, Н. В. Бурмакина, Н. С. Леонова, Р. С. Юдина Информационный вестник ВОГИС, 2008, № 4, т. 12 с. 580-589
	Субклеточная локализация изоферментов НАД-зависимой малатдегидрогеназы сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) Р. С. Юдина, Е. В. Левитес RUSS J GENET+, 2008, №12, Т.44. С. 1638-1644
	Изменчивость и корреляционные связи некоторых признаков у амаранта печального Amaranthus hypochondriacus L Н. Б. Железнова, Р. С. Юдина, А. В. Железнов Сельскохозяйственная биология, 2008, № 1. С. 40-47
	Изучение структуры популяций амаранта (Amaranthus L.) по изоферментным локусам Р. С. Юдина, С. С. Ибрагимова, Н. Б. Железнова Информационный вестник ВОГИС, 2008, № 3, Т. 12, С. 385-391
2007	Formation and function of phragmoplast during successive cytokinesis stages in higher plant meiosis Shamina N.V., Gordeeva E.I., Kovaleva N.M., Seriukova E.G., Dorogova N.V. CELL BIOL INT, 2007, v.31, pp 626-635
	Malate dehydrogenase isozymes as markers of organelles physiological state in sugar beet (Beta vulgaris L.) Yudina R.S., Levites E.V. Sugar Tech, 2007, V. 9, N 1, 67-71
	Арест хромосом в "букете" и его последствия для асинаптического мейоза у злаков – гаплоидов и отдаленных гибридов первого поколения Н.В. Шамина, Ж.М. Мухина, Е.И. Гордеева, П.С. Орлов Cell and Tissue Biology, 2007, т. 49, №8, стр. 690-695
2006	Динамика микротрубочкового цитоскелета в мейозе у высших растений. VI. Механизмы последовательного цитокинеза Н.В. Шамина, Н.М. Ковалева, Е. И. Гордеева, Е.И. Серюкова Cell and Tissue Biology, 2006, 48 (2): 120-126
	Динамика микротрубочкового цитоскелета в мейозе у высших растений. VIII. Последовательный и одновременный цитокинез в сравнении Шамина Н.В., Е. И. Гордеева, Е.И. Серюкова. Cell and Tissue Biology, 2006, 48 (3): 220-225

Конференции

2010	Flavonoid biosynthesis genes in wheat and wheat-alien hybrids: studies into gene regulation in plants with complex genomes Khlestkina E.K., Tereshchenko O.Yu., Salina E.A. III International Conference "Modern problems of genetics, radiobiology, radioecology and evolution" dedicated to N.W.Timofeeff-Ressovsky, Alushta, October 9-14
	Gene expression upon genome complexification: studies on flavonoid biosynthesis genes in wheat and wheat-alien hybrids Khlestkina, E.K., Tereshchenko, O.Yu., Salina, E.A. International Conference "Plant Genetics, Genomics, and Biotechnology", Novosibirsk, June 7-10
	Biosynthesis of flavonoids under salinity stress in Triticum Tereshchenko O.Yu., Khlestkina E.K. Gordeeva E.I., Arbuzova V.S., Salina E.A. International Conference "Plant Genetics, Genomics, and Biotechnology", Novosibirsk, June 7-10
	The genetic basis of anthocyanin biosynthesis in wheat, rye and wheat-rye hybrids under normal and stress conditions. O.Yu. Tereshchenko, E.K. Khlestkina, E.I. Gordeeva, V.S. Arbuzova, E.A. Salina III International Conference "Modern problems of genetics, radiobiology, radioecology and evolution" dedicated to N.W.Timofeeff-Ressovsky, Alushta, October 9-14
2009	Экспрессия генов защитной реакции у гибридных форм пшеницы Хлёсткина, Е.К., Терещенко, О.Ю., Салина Е.А. Актуальные вопросы генетики, радиобиологии и радиоэкологии: второе чтение, посвященное памяти В.И. Корогодина и В.А. Шевченко 12 – 13 января 2009 г. – Дубна – Москва
	Структурно-функциональная организация генов биосинтеза флавоноидов в сложных геномах Хлёсткина Е.К., Терещенко О.Ю., Салина Е.А. Съезд генетиков и селекционеров, посвященный 200-летию со Дня рождения Ч. Дарвина 21 — 28 июня 2009 г. - Москва
2008	Клонирование, локализация и анализ экспрессии структурных генов F3H, ANS и 3RT биосинтеза антоцианов ржи (Secale cereale) Терещенко, О.Ю. XLVI Международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс" (МНСК-46) г.Новосибирск 26 – 30 апреля 2008 г.
	Генетическое разнообразие растений для создания уникальных коллекций и их использование для разработки новых методов селекции А. В. Железнов, Н. Б. Железнова, Н. В. Бурмакина, Р. С. Юдина Отчетная конференция по программе фундаментальных исследований РАН № 11 "Биоразнообразие и динамика генофондов" Подпрограмма II "динамика генофондов" Москва 17 декабря 2008 г.
	Мономорфность изоферментных локусов в диких и культивируемых популяциях амаранта Р. С. Юдина, А. В. Железнов Отчетная конференция по программе фундаментальных исследований РАН № 11 "Биоразнообразие и динамика генофондов" Подпрограмма II "динамика генофондов" Москва 17 декабря 2008 г.
2007	Approach to comparative mapping of structural genes in polyploid wheat and rye Khlestkina, E.K., Salina, E.A., Tereschenko, O.Yu., Leonova, I.N., Borner, A., Roder, M.S. The 14th International EWAC Workshop dedicated to 40th Anniversary of European Wheat Aneuploid Co-operative
	Создание вторичных генофондов – источников генов устойчивости к болезням мягкой пшеницы и их использование в селекции Е.Б. Будашкина, Е.И. Гордеева, Н.П. Калинина, Л.П. Россеева, И.Н.Леонова II Вавиловская международная конференция "Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке": состояние, проблемы, перспективы. 26-30 ноября 2007, г. Санкт-Петербург
	Клонирование и сравнительный анализ генов флаванон-3-гидроксилазы пшеницы (Triricum aestivum) и ржи (Secale cereale) Терещенко, О.Ю. XLV международная научная студенческая конференция: Студент и научно-технический прогресс, Новосибирск 10-12 апреля 2007г.
	Перенос в геном мягкой пшеницы генов устойчивости к патогенам и их идентификация у интрогрессивных форм Будашкина Е.Б., Гордеева Е.И., Калинина Н.П., Леонова И.Н. Материалы Всеросс. Конф. "Устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды", Иркутск
	Клонирование, локализация и сравнительный анализ генов флаванон-3-гидроксилазы пшеницы (Triricum aestivum) и ржи (Secale cereale) Терещенко, О.Ю., Хлёсткина, Е.К., Салина, Е.А Международная молодежная научно-методическая конференция "Проблемы молекулярной и клеточной биологии", г. Томск