Аннотация. В настоящее время самой распространенной моделью поиска сайтов связывания транскрипционных факторов (ССТФ) в пиках ChIP-seq является позиционная весовая матрица (position weight matrix, PWM). Но эта модель не учитывает взаимосвязи между частотами встреч нуклеотидов в разных позициях ССТФ, поэтому не способна гарантировать определение всех возможных структурных вариантов ССТФ. На сегодняшний день уже предложены альтернативные модели, например BaMM и InMoDe, которые учитывают такие взаимосвязи. Однако применение этих моделей обычно сводилось к сравнению их точности с точностью традиционной модели PWM, тогда как анализ совместной встречаемости и относительного расположения ССТФ разных моделей в пиках не производился. В нашей работе мы предлагаем конвейер программ MultiDeNA, позволяющий сочетать разные модели de novo поиска ССТФ для выявления структурной гетерогенности ССТФ в данных ChIP-seq. Разработанный конвейер включает этапы построения моделей на основе заданного набора пиков, оценки точности распознавания моделей с помощью перекрестных тестов, выбора порогов, сканирования пиков ChIP-seq и классификацию пиков по результатам сканирования. С применением конвейера нами проведен анализ 22 экспериментов ChIP-seq для ТФ FOXA2 с помощью четырех моделей: PWM, diPWM, BaMM и InMoDe. Показано, что сочетание моделей позволяет существенно увеличить общее количество распознанных пиков (на 26.3 %) по сравнению с применением только PWM; при этом основной вклад в распознавание внесла модель BaMM. В значительной доле пиков разные модели распознают совпадающие ССТФ; однако для моделей PWM, diPWM, BaMM и InMoDe медианы доли пиков, которые содержали ССТФ только одной модели, составили 1.08, 0.49, 4.15 и 1.73 % соответственно. Таким образом, совокупность ССТФ FOXA2 не описывается полностью только одной моделью, что свидетельствует о наличии структурной гетерогенности в ССТФ у FOXA2.
Ключевые слова: сайты связывания транскрипционных факторов (ССТФ); de novo поиск ССТФ; СhIP-seq; гетерогенность ССТФ.
Для цитирования: Цуканов А.В., Левицкий В.Г., Меркулова Т.И. Метод поиска структурной гетерогенности сайтов связывания транскрипционных факторов с использованием альтернативных de novo моделей на примере FOXA2. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(1):7-17. DOI 10.18699/VJ21.002

Аннотация. Полногеномные и полноэкзомные технологии секвенирования играют важную роль в исследованиях генетических аспектов патогенеза различных заболеваний. Широкое применение методов полногеномного и полноэкзомного анализа ассоциаций позволяет идентифицировать множество вариантов геномной изменчивости (ГИ), ассоциированных с заболеваниями. Эта информация накапливается в базах данных GWAS central, GWAS catalog, OMIM, ClinVar и др. Большинство вариантов, идентифицированных методикой полногеномного анализа ассоциаций, располагается в некодирующих областях генома человека. По данным проекта ENCODE, доля участков в геноме человека, потенциально задействованных в регуляции транскрипции, во много раз превышает долю кодирующих областей. Таким образом, геномная изменчивость в некодирующих областях генома может повышать предрасположенность к заболеваниям, нарушая функционирование различных регуляторных элементов (промоторов, энхансеров, участков, определяющих 3D структуру хроматина и т. д.). Однако идентификация механизмов влияния патогенных вариантов ГИ на риск развития заболеваний затруднена ввиду большого разнообразия регуляторных элементов. В обзоре рассмотрены молекулярно-генетические механизмы влияния патогенных вариантов ГИ на экспрессию генов. При этом внимание сосредоточено на транскрипционном уровне регуляции как ключевой стадии, запускающей последовательность этапов экспрессии любого гена. Пусковым событием, опосредующим влияние патогенного варианта ГИ на уровень экспрессии гена, может быть, например, изменение функциональной активности сайтов связывания транскрипционных факторов или уровня метилирования ДНК, что, в свою очередь, отражается на функциональной активности промоторов или энхансеров. Выявление регуляторных эффектов полиморфных локусов невозможно без тесной интеграции современных экспериментальных подходов с компьютерным анализом больших массивов генетических данных, получаемых на основе омиксных технологий. В обзоре кратко описаны наиболее известные открытые полногеномные информационные ресурсы, содержащие данные, полученные на основе омиксных технологий, в том числе: ресурсы, накапливающие сведения о состоянии хроматина и участках его связывания с транскрипционными факторами, выявленными с помощью технологии ChIP-seq; ресурсы по геномным локусам, для которых на основе данных ChIP-seq выявлено аллель-специфичное связывание с транскрипционными факторами; а также ресурсы, содержащие предсказанные in silico данные о потенциальном влиянии геномной изменчивости на сайты связывания транскрипционных факторов.
Ключевые слова: регуляция транскрипции; геномная изменчивость; патогенные геномные варианты; районы, регулирующие транскрипцию; сайты связывания транскрипционных факторов; геномные базы данных.
Для цитирования: Игнатьева Е.В., Матросова Е.А. Геномная изменчивость в регуляторных районах генов, ассоциированная с заболеваниями человека: механизмы влияния на транскрипцию генов и полногеномные информационные ресурсы, обеспечивающие исследование этих механизмов. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(1): 18-29. DOI 10.18699/VJ21.003

Аннотация. Реконструкция транскриптома de novo – важная стадия биоинформатического анализа данных RNA-seq, которая позволяет получить последовательности транскриптов, присутствующих в изучаемом биологическом образце. Наличие точной и полной последовательности транскриптома организма, в свою очередь, является необходимым условием для дальнейшей работы с данными RNA-seq. Биоинформатическим сообществом было создано множество программ-сборщиков для реконструкции транскриптома из коротких прочтений RNA-seq. Сборщики позволяют проводить как de novo реконструкцию транскриптома, так и реконструкцию, основанную на картировании коротких прочтений RNA-seq на последовательность референсного генома организма. Большинство de novo сборщиков, работающих с данными RNA-seq, применяют технологию реконструкции последовательностей методом графов де Брёйна. Однако детали их работы могут существенно различаться, поэтому различия могут встречаться и в результатах. Некоторые авторы рекомендуют для получения более полной и качественной сборки использовать гибридную сборку транскриптома – подход, основанный на комбинации результатов работы нескольких сборщиков. Преимущество такого подхода было продемонстрировано в ряде исследований по анализу транскриптомов на платформе Illumina. Нами предложен гибридный подход по созданию сборок транскриптома ячменя Hordeum vulgare изогенной линии Bowman и двух почти изогенных линий, полученных на основе Bowman и контрастных по окраске колоса, используя данные, полученные при секвенировании матричной РНК на платформе IonTorrent. В данном подходе применяются несколько индивидуальных сборщиков: Trans-ABySS, rnaSPAdes и Trinity. Были оценены некоторые показатели, характеризующие полноту и точность сборки: доля обнаруженных в сборке известных транскриптов ячменя, доля задействованных в сборке прочтений из библиотек RNA-seq, значение критерия BUSCO. По совокупности этих показателей метасборки демонстрируют более высокое качество полученного транскриптома по сравнению с индивидуальными сборщиками.
Ключевые слова: RNA-seq; транскриптомика; de novo реконструкция транскриптома; IonTorrent.
Для цитирования: Шмаков Н.А. Улучшение качества сборки de novo транскриптомов ячменя на основе гибридного подхода для линий с изменениями окраски колоса и стебля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(1):30-38. DOI 10.18699/VJ21.004

Аннотация. Активный полярный транспорт гормона растений ауксина, осуществляемый его транспортерами, – ключевое звено в формировании и поддержании распределения ауксина, которое, в свою очередь, определяет морфогенез растения. Пластичность распределения ауксина в большой степени реализуется через молекулярно-генетическую регуляцию им экспрессии транспортеров семейства PIN-FORMED (PIN) белков. Регуляция ауксином экспрессии чувствительных к нему генов происходит через ARF-Aux/IAA-зависимый сигнальный путь. Однако неизвестно, какие ARF-Aux/IAA белки участвуют в регуляции ауксином экспрессии генов PIN. У Arabidopsis thaliana семейства белков PIN, ARF и Aux/IAA многочисленны, возможны различные комбинации представителей этих семейств в реализации сигнального пути, что создает сложность для понимания механизмов этого процесса. Использование данных высокопроизводительного секвенирования транскриптомов, индуцированных ауксином (RNA-Seq), делает возможным обнаружение генов-кандидатов, участвующих в регуляции экспрессии белков PIN. Мы разработали алгоритм метаанализа ауксин-индуцированных транскриптомов, с помощью которого отобрали гены, изменяющие свою экспрессию в ответе на ауксин вместе с PIN1, PIN3, PIN4, PIN7, и предсказали возможные регуляторы ARF-Aux/IAA сигнального пути для каждого из дифференциально экспрессирующихся PIN. Применяя сравнительный анализ, мы определили общие и специфичные аспекты в регуляторных контурах, исследуемых PIN. Реконструкция генных сетей и их оценка показали возможные взаимодействия между генами и послужили дополнительным подтверждением большинства сигнальных путей, полученных в метаанализе. С помощью комплексного подхода мы предсказали, что регуляция ауксином экспрессии PIN происходит через несколько ARF-Aux/IAA регуляторных контуров, опосредованных комбинацией ARF4, ARF10 и IAA4, IAA12, IAA17, IAA18 и IAA32. Часть из них являются специфичными при формировании ауксинового ответа с участием отдельных белков PIN, тогда как другие – общими для нескольких белков PIN. Разработанный алгоритм метаанализа можно применять для решения других задач поиска регуляторов экспрессии генов с привлечением полногеномных данных.
Ключевые слова: Arabidopsis thaliana; ауксин; PIN-FORMED; ауксин-регулируемые гены; метаанализ полногеномных данных; генные сети.
Для цитирования: Коврижных В.В., Мустафин З.С., Багаутдинова З.З. Поиск участников сигнального пути ауксина к его транспортерам PIN на основе метаанализа транскриптомов, индуцированных ауксином. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(1):39-45. DOI 10.18699/VJ21.005

Аннотация. Филостратиграфический анализ – это подход к исследованию эволюции генов, позволяющий определить время возникновения генов за счет анализа филогенетических деревьев организмов, обладающих ортологичными к исследуемому генами. Такой анализ может открыть важные этапы в эволюции как организма в целом, так и групп функционально связанных генов, в частности генных сетей. В дополнение к исследованию времени возникновения гена изучается уровень его генетической изменчивости и то, какому типу отбора подвержен ген по отношению к наиболее близкородственным организмам. С помощью приложения Orthoscape были проанализированы генные сети из базы данных KEGG Pathway, Human Diseases, ассоциированные с заболеваниями человека. Выявлено, что большинство генов, описанных в генных сетях, подвержены стабилизирующему отбору, обнаружена высокая достоверная корреляция между временем возникновения гена и уровнем генетической изменчивости, которой он подвержен, – чем моложе ген, тем выше уровень генетической изменчивости. Было также показано, что среди проанализированных генных сетей наибольшая доля эволюционно молодых генов обнаружена в сетях, связанных с заболеваниями иммунной системы (65 %), а эволюционно древних генов – в сетях, ответственных за формирование зависимостей человека от веществ, вызывающих привыкание к химическим соединениям (88 %); генные сети, связанные с развитием инфекционных заболеваний, вызванных паразитами, достоверно обогащены эволюционно молодыми генами, а генные сети, ответственные за развитие специфических типов рака, – эволюционно древними генами.
Ключевые слова: эволюция; филостратиграфия; ортолог; генная сеть; возраст гена.
Для цитирования: Мустафин З.С., Лашин С.А., Матушкин Ю.Г. Филостратиграфический анализ генных сетей заболеваний человека. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(1):46-56. DOI 10.18699/VJ21.006

Аннотация. Cеквенирование генома организма – важный этап в его генетических исследованиях. Расшифровка геномной последовательности открывает широкие возможности для изучения строения структуры хромосом, распределения повторенных и кодирующих последовательностей, идентификации и аннотации генов. При исследовании сельскохозяйственных растений это позволяет анализировать функции генов, разрабатывать маркеры для поиска ассоциаций с фенотипическими признаками. При решении этих задач геном вида часто представлен последовательностью одного организма (так называемым референсным геномом). В последнее время, однако, появляется много свидетельств в пользу того, что большие структурные изменения генома, включая вариации числа копий генов и вариации наличия/отсутствия генов, преобладают в сельскохозяйственных культурах, играют ключевую роль в генетическом определении агрономически важных признаков и приводят к значительным вариациям функционального набора генов и генного состава у представителей одного вида. Такие структурные вариации не могут быть представлены на основе одной лишь референсной последовательности и описываются исходя из концепции пангенома. Пангеном – это информация о полном наборе генов таксона, среди которых можно выделить набор универсальных генов, общих для всех представителей таксона, и вариабельных генов, которые являются частично или полностью специфичными для его представителей. Анализ пангеномов дает более точное понимание генетического разнообразия генофонда. Технологии секвенирования и анализа пангеномов позволяют обеспечить возможность масштабного изучения геномных вариаций, доступ к более широкому спектру геномных данных в селекционных программах и помогут ускорить селекцию культурных растений для создания сортов со стабильно высокой урожайностью и устойчивостью к стрессам. В работе представлен краткий обзор исследования пангеномов сельскохозяйственных растений, описаны их структурные особенности, методы и программы биоинформатического анализа пангеномных данных.
Ключевые слова: сельскохозяйственные растения; геномы; пангеномы; гены; эволюция; биоинформатический анализ; вычислительные конвейеры.
Для цитирования: Пронозин А.Ю., Брагина М.К., Салина Е.А. Пангеномы сельскохозяйственных растений. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(1):57-63. DOI 10.18699/VJ21.007

Аннотация. Определение количественного содержания хлорофиллов в листьях растений по их спектрам отражения – важная задача как при мониторинге состояния естественных и промышленных фитоценозов, так и в лабораторных исследованиях нормальных и патологических процессов в ходе роста растения. Применение для этих целей методов машинного обучения является перспективным, поскольку они позволяют «автоматически» строить решающие правила для получения результата (модель предсказания), а исследователю (для повышения качества предсказания) остаются модификация предикторов и выбор множества параметров метода. В статье приведены результаты построения решающих правил алгоритмом случайного леса (random forest) для предсказания суммарной концентрации хлорофиллов a и b по спектрам отражения листьев растений в видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах длин волн. Набор данных взят из открытых источников. Они включали 276 образцов листьев 39 видов растений. При этом 181 образец получен при анализе листьев белого клена (Acer pseudoplatanus L.). Спектр отражения представлен в диапазоне 400–2500 нм с шагом 1 нм. Обучение происходило на 85 % образцов A. pseudoplatanus L., оценка качества предсказания – на оставшихся 15 % образцов этого вида (валидационная выборка). Построено шесть моделей на основе алгоритма случайного леса с разными предикторами. Подбор управляющих параметров осуществляли при помощи перекрестной проверки на пяти разбиениях. Предикторами первой модели выступали имеющиеся значения по спектру отражения без какой-либо обработки с нашей стороны. После проведения анализа этой модели были выбраны диапазоны длин волн предикторов для оставшихся пяти моделей. Лучшие предсказания имеют модели с разностной производной спектра отражения в видимом диапазоне длин волн. Модель с первой производной спектра отражения в диапазоне 400–800 нм с шагом 1 нм брали для сравнения с моделью других авторов. Этой моделью выступает функциональная зависимость с двумя неизвестными параметрами, подбираемыми методом наименьших квадратов и двумя коэффициентами отражения, выбор которых описывается в настоящей статье. Сравнение результатов предсказаний модели с применением алгоритма случайного леса проводили как на валидационной выборке клена, так и на выборке из других видов растений. В первом случае предсказания метода на основе случайного леса имели меньшую оценку среднеквадратического отклонения. Во втором случае предсказания этого метода были с большой ошибкой при малых значениях хлорофилла, в то время как сторонний метод имел приемлемые предсказания. В статье приводятся анализ результатов и рекомендации по применению этого метода машинного обучения для оценки количественного содержания хлорофиллов в листьях.
Ключевые слова: случайный лес; дистанционные методы; оптика листа растения; пигменты.
Для цитирования: Урбанович Е.А., Афонников Д.А., Николаев С.В. Определение количественного содержания хлорофиллов в листьях по спектрам отражения алгоритмом случайного леса. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(1):64-70. DOI 10.18699/VJ21.008

Аннотация. Внутривидовая классификация культурных растений необходима для эффективного сохранения биологического разнообразия видов, изучения их происхождения, определения филогении и проведения межвидовой гибридизации при селекции. Современные возделываемые виды пшениц произошли от трех диких диплоидных предков в результате гибридизации и нескольких раундов удвоения геномов и представлены ди-, тетра- и гексаплоидными видами. Поэтому идентификация плоидности пшениц и определение их геномного состава являются одними из основных этапов их классификации на основе визуального анализа фенотипических признаков колоса. Цель работы – исследование морфологических характеристик колосьев полиплоидных видов пшеницы методами высокопроизводительного фенотипирования. Выполнено фенотипирование количественных характеристик колоса 17 видов пшеницы (595 растений, 3348 изображений), включая восемь тетраплоидных: Triticum aethiopicum, T. dicoccoides, T. dicoccum, T. durum, T. militinae, T. polonicum, T. timopheevii, T. turgidum и девять гексаплоидных: T. compactum, T. aestivum (в том числе изогенная линия сорта Новосибирская 67 АНК-23), T. antiquorum, T. spelta (включая стародавний сорт T. spelta Rother Sommer Kolben), T. petropavlovskyi, T. yunnanense, T. macha, T. sphaerococcum, T. vavilovii. Морфология колоса описана на основе девяти количественных признаков, включающих форму, размер и остистость. Признаки были получены в результате анализа цифровых изображений с помощью программы WERecognizer. Кластерный анализ растений по характеристикам формы колоса и сравнение их распределений у тетра- и гексаплоидных видов показали более высокую вариабельность признаков у гексаплоидных видов по сравнению с тетраплоидными. При этом сами виды в пространстве характеристик колоса формируют два кластера. К первому относятся преимущественно гексаплоидные виды, за исключением одного тетраплоидного, дикорастущего T. dicoccoides, ко второму – тетраплоидные, за исключением трех гексаплоидных, T. compactum, T. antiquorum, T. sphaerococcum, и i:АНК-23. Показано, что морфологические характеристики колосьев для гекса- и тетраплоидных видов, полученные на основе компьютерного анализа изображений, демонстрируют различия, которые в дальнейшем могут быть использованы для разработки методики эффективной классификации растений по плоидности и их видовой принадлежности в автоматическом режиме.
Ключевые слова: пшеница; морфология колоса; феномика; обработка изображений; компьютерное зрение; машинное обучение; биотехнологии.
Для цитирования: Пронозин А.Ю., Паулиш А.А., Заварзин Е.А., Приходько А.Ю., Прохошин Н.М., Кручинина Ю.В., Гончаров Н.П., Комышев Е.Г., Генаев М.А. Автоматическое фенотипирование морфологии колоса тетра- и гексаплоидных видов пшеницы методами компьютерного зрения. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021; 25(1):71-81. DOI 10.18699/VJ21.009

Аннотация. Разработан алгоритм анализа чувствительности и идентифицируемости математических моделей распространения эпидемии COVID-19 в Новосибирской области, основанных на системах дифференциальных уравнений и законе действующих масс. Основу алгоритма составляет анализ матрицы чувствительности методами дифференциальной и линейной алгебры, показывающей степень зависимости неизвестных параметров моделей от заданных измерений. В результате работы алгоритма выявляются наименее и наиболее чувствительные к измерениям параметры, что способствует построению регуляризующего алгоритма решения задачи идентификации параметров для построения более точных сценариев развития эпидемии в регионе. Анализ чувствительности математических моделей распространения коронавирусной инфекции COVID-19 показал, что параметр контагиозности вируса устойчиво определяется по количеству ежедневно выявляемых заболевших, критических и вылечившихся больных. С другой стороны, прогнозируемая доля госпитализированных больных, находящихся в критическом состоянии и требующих подключения аппарата ИВЛ, а также коэффициент смертности определяются гораздо менее устойчиво. Для построения более реалистичного прогноза необходимо добавить дополнительную информацию о процессе (например, о количестве ежедневных случаев госпитализации). Задачи уточнения идентифицируемых параметров по дополнительной информации о количестве выявленных, критических и смертельных случаев в Новосибирской области были сведены к задачам минимизации соответствующих целевых функционалов. Задача минимизации была решена с помощью метода дифференциальной эволюции, широко используемого в задачах стохастической глобальной оптимизации. Показано, что более общая камерная модель, состоящая из семи обыкновенных дифференциальных уравнений, описывает основную тенденцию распространения коронавирусной инфекции, чувствительна к пикам выявленных случаев, однако некачественно описывает небольшие статистики (количество ежедневных критических, смертельных случаев), что может приводить к ошибочным выводам. Более подробная агентно-ориентированная математическая модель, учитывающая поведение отдельных агентов, позволяет улавливать небольшие шумы в данных и строить сценарии развития распространения эпидемии в регионе.
Ключевые слова: чувствительность параметров; идентифицируемость; обыкновенные дифференциальные уравнения; обратные задачи; эпидемиология; COVID-19; прогнозирование; Новосибирская область.
Для цитирования: Криворотько О.И., Кабанихин С.И., Сосновская М.И., Андорная Д.В. Анализ чувствительности и идентифицируемости математических моделей распространения эпидемии COVID-19. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(1):82-91. DOI 10.18699/VJ21.010

Abstract. In eukaryotes, trans-splicing is a process of nuclear pre-mRNA maturation where two different RNA molecules are joined together by the spliceosomal machinery utilizing mechanisms similar to cis-splicing. In diverse taxa of lower eukaryotes, spliced leader (SL) trans-splicing is the most frequent type of trans-splicing, when the same sequence derived from short small nuclear RNA molecules, called SL RNAs, is attached to the 5’ ends of different non-processed pre-mRNAs. One of the functions of SL trans-splicing is processing polycistronic pre-mRNA molecules transcribed from operons, when several genes are transcribed as one pre-mRNA molecule. However, only a fraction of trans-spliced genes reside in operons, suggesting that SL trans-splicing must also have some other, less understood functions. Regenerative flatworms are informative model organisms which hold the keys to understand the mechanism of stem cell regulation and specialization during regeneration and homeostasis. Their ability to regenerate is fueled by the division and differentiation of the adult somatic stem cell population called neoblasts. Macrostomum lignano is a flatworm model organism where substantial technological advances have been achieved in recent years, including the development of transgenesis. Although a large fraction of genes in M. lignano were estimated to be SL trans-spliced, SL trans-splicing was not studied in detail in M. lignano before. Here, we performed the first comprehensive study of SL trans-splicing in M. lignano. By reanalyzing the existing genome and transcriptome data of M. lignano, we estimate that 30 % of its genes are SL trans-spliced, 15 % are organized in operons, and almost 40 % are both SL trans-spliced and in operons. We annotated and characterized the sequence of SL RNA and characterized conserved cis- and SL transsplicing motifs. Finally, we found that a majority of SL trans-spliced genes are evolutionarily conserved and significantly over-represented in neoblast-specific genes. Our findings suggest an important role of SL trans-splicing in the regulation and maintenance of neoblasts in M. lignano.
Key words: flatworms; regeneration; splicing; trans-splicing; neoblasts; spliced leader; Macrostomum lignano.
For citation: Ustyantsev K.V., Berezikov E.V. Computational analysis of spliced leader trans-splicing in the regenerative flatworm Macrostomum lignano reveals its prevalence in conserved and stem cell related genes. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii=Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(1):101-107. DOI 10.18699/VJ21.012

Аннотация. Из всех известных способов передвижения бактерий скольжение является наименее изученным. Впервые описанное для микобактерий и некоторых других бактериальных видов, скольжение представляет собой пассивный способ перемещения по поверхности полужидких питательных сред у видов, лишенных органелл движения. Несмотря на отсутствие механизмов перемещения, некоторые микобактерии способны быстро колонизировать поверхности, в том числе ткани многоклеточных организмов, за счет присутствия в составе наружного слоя их клеточной стенки гликопептидолипидов, регулирующих силу трения о поверхность при перемещении. Это представляет серьезную проблему для эффективной терапии микобактериозов, вызываемых нетуберкулезными микобактериями. Кроме того, ткани многоклеточных животных содержат биогенные полиамины, которые способны повышать устойчивость микроорганизмов к различным стрессам, в том числе к антибиотикам, и модулировать коллективное движение. Поэтому исследование совместного действия биогенных полиаминов и антибиотиков на процессы распространения микобактерий представляет большой интерес для медицины. В качестве объектов исследования использованы штаммы микобактерий, включая родительский штамм Mycolicibacterium smegmatis mc2 155, а также его производные, содержащие одинарную (ΔrelMsm) или двойную (ΔrelMsmΔrelZ) хромосомные делеции. Содержание гликопептидолипидов определяли с помощью метода тонкослойной хроматографии. Интенсивность скольжения оценивали путем измерения площади скользящей колонии. Эффективность действия антибиотиков характеризовали сравнением площадей скользящих колоний в присутствии сопоставимых концентраций антибиотиков, выраженных в значениях, кратных минимальной подавляющей концентрации. Показано, что полиамины спермидин и спермин оказывают разнонаправленные эффекты на скольжение микобактерий по поверхностям полужидких сред, соответственно повышая или снижая площади колоний. При этом использовали концентрации спермидина и спермина, которые сами по себе не оказывали бактерицидный или бактериостатический эффект. Однако их совместное применение с антибиотиками стрептомицином или изониазидом приводило к снижению антибактериального эффекта, но усиливало действие синтетического аналога природного антибиотика эрогоргиаена (DMNP). Наиболее эффективным в этих условиях был рифампицин. Более того, нами установлено, что гликопептидолипиды, по-видимому, являются не единственными регуляторами скольжения микобактерий.
Ключевые слова: микобактерии; скольжение; антибиотикочувствительность; полиамины.
Для цитирования: Цыганов И.В., Ткаченко А.Г. Влияние биогенных полиаминов на скольжение микобактерий в присутствии антибиотиков. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(5):458-466. DOI 10.18699/VJGB-22-56

Аннотация. Представлены первые результаты по изучению окислительного стресса фитопланктона из озера Байкал и его адаптивных свойств к изменению среды обитания в условиях повышенной антропогенной нагрузки. Анализ фитопланктона, отобранного в поверхностном слое воды (~0.3 м) на прибрежной (глубина 5 м, расстояние от берега 10 м) и пелагической станциях (глубина 543 м, расстояние от берега 1000 м), показал смену доминирующих видов с февраля по июнь 2021 г. В феврале доминировали динофитовые (~40 %), диатомовые (до 33 %) и зеленые (до 12 %) водоросли с низкой биомассой – 100 мг/м3. В марте преобладали золотистые (до 50 %), криптофитовые (до 40 %) и динофитовые (до 30 %) (биомасса 160–270 мг/м3). В апреле наблюдалось увеличение биомассы до 700–3100 мг/м3 с доминированием крупноклеточных динофитовых (до 99 %), золотистых (до 50 %) и криптофитовых (до 35 %) водорослей. К концу первой декады мая доля динофитовых снизилась и увеличилась доля золотистых. Уровень развития диатомовых повышался во второй декаде мая до ~26–38 % при минимальной биомассе фитопланктона (13–30 мг/м3). К июню доля диатомовых в пробах достигала 44–75 % при биомассе 60–550 мг/м3. Окислительный стресс фитопланктона как неспецифическую адаптационную реакцию на длительное, интенсивное либо повторяющееся воздействие стресс-фактора оценивали по содержанию в пробах веществ, вступающих в реакцию с тиобарбитуровой кислотой. Среднее содержание данных веществ – маркеров перекисного окисления липидов – было оценено спектрофотометрически. Окислительный стресс фитопланктона выявлен только в период доминирования в пробах диатомовых водорослей. Это может быть объяснено лучшей адаптацией водорослей других отделов к стресс-фактору. Содержание маркеров перекисного окисления липидов в прибрежном фитопланктоне, отобранном вблизи населенного пункта и крупного туристического центра пос. Листвянка, составило от 100 до 500 мкг/г сухой массы пробы. В 2016 и 2018 гг. в период массового развития диатомовых водорослей обнаружен окислительный стресс фитопланктона вблизи крупных населенных пунктов. В фитопланктоне глубоководных пелагических станций, максимально удаленных от населенных пунктов, стресс не найден. С помощью метода газовой хроматографии показано более низкое (до 15 %) содержание полиненасыщенных жирных кислот в планктоне, характеризующемся наличием стресса. Это свидетельствует о повреждении мембран клеток. Повышенное содержание анионных синтетических поверхностно-активных веществ, а именно алкилбензолсульфонатов натрия, являющихся компонентами моющих средств и вызывающих окислительный стресс гидробионтов, обнаружено в поверхностной воде оз. Байкал (до 30±4 мкг/дм3). Наличие данных соединений в водной экосистеме может приводить к исчерпанию ресурсов фитопланктона, нарушению гомеостаза, стрессу, патологическим изменениям и перестройкам планктонного сообщества.
Ключевые слова: Байкал; окислительный стресс фитопланктона; стресс диатомовых; алкилбензолсульфонаты; тиобарбитуровая кислота; адаптационная реакция фитопланктона.
Для цитирования: Никонова А.А., Воробьёва С.С. Неспецифическая адаптационная реакция байкальского фитопланктона в ответ на антропогенную нагрузку. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(5):467-476. DOI 10.18699/VJGB-22-57

Аннотация. Растительно-микробные ассоциации в результате своей физиолого-биохимической активности способны определять подвижность, биодоступность и накопление в растительных тканях тяжелых металлов. Указанные способности являются основой для использования растений и ассоциированных с ними микроорганизмов в разработке подходов, обеспечивающих как предотвращение попадания токсичных металлов в пищевые культуры, так и извлечение поллютантов из загрязненных земель с помощью технологий фиторемедиации. Успешное применение растительно-микробных комплексов в той или иной области зависит от изученности механизмов взаимодействий в системе конкретных организмов с тяжелыми металлами. Целью представленных исследований была оценка влияния ионов меди на эффекты бактеризации растений пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.) тремя штаммами Azospirillum, обладающими свойствами стимуляции роста растений (PGPR). В ходе эксперимента анализировали ростовые параметры 14-суточных проростков пшеницы, содержание пигментов фотосинтеза, активность растительных оксидоредуктаз и аккумуляцию металла растительными тканями. Все штаммы в той или иной степени компенсировали фитотоксическое воздействие меди на развитие проростков и увеличивали ее аккумуляцию в корнях и побегах. Показано отчетливое усиление воздействия меди на фотосинтетический аппарат бактеризованных растений, выражающееся в изменении содержания основных пигментов, в первую очередь уменьшении хлорофилла b. Анализ активности растительных оксидоредуктаз (пероксидаз и фенолоксидаз) как участников физиологических ответов растений на стрессовые воздействия выявил их штаммоспецифичный характер и существенное влияние меди на бактеризованные растения. В целом полученные результаты показали отчетливое разноплановое влияние исследованных штаммов азоспирилл на физиологобиохимический статус растений пшеницы. Выявленный компенсаторный эффект бактерий на фитотоксическое воздействие меди и одновременно повышение ее накопления в растительных тканях могут рассматриваться как взаимоисключающие аспекты растениеводства, связанные с выращиванием пищевых растений на загрязненных тяжелыми металлами площадях.
Ключевые слова: Azospirillum; Triticum aestivum; медь; проростки; фотосинтетические пигменты; пероксидаза; лакказа; тирозиназа.
Для цитирования: Муратова А.Ю., Любунь Е.В., Голубев С.Н., Турковская О.В. Влияние ионов меди на ассоциации бактерий рода Azospirillum с проростками пшеницы (Triticum aestivum L.). Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(5):477-485. DOI 10.18699/VJGB-22-58

Аннотация. Крупный рогатый скот является резервуаром патогенных и потенциально патогенных Escherichia coli (E. coli), которые могут представлять угрозу для здоровья людей и животных. Цель исследования – оценить встречаемость 22 вирулент-ассоциированных генов, а также распространенность антибиотикоустойчивости и трех генов bla различных типов среди штаммов E. coli, выделенных от здорового крупного рогатого скота. Сорок девять штаммов E. coli были проанализированы методом ПЦР на присутствие генов, распространенных среди представителей диареегенной E. coli (DEC) и внекишечной патогенной E. coli (ExPEC). Обнаружены следующие детерминанты, ассоциированные с DEC: east1 – 24.5 %, estI – 10.2 %, ehxA – 8.2 %, stx2 – 6.1 %, eltA – 4.1 %, estII и stx1 – 2.0 %. Распространенность генов ExPEC составила: fimH – 91.8 %, afa/draBC – 61.2 %, iutА – 44.9 %, flu – 32.7 %, sfaDE и hlyF – 30.6 %, iroN – 22.4 %, ompT и papC – 20.4 %, kpsMTII и hlyA – 18.4 %, iss – 14.3 %, usp – 2.0 %, cnf1 и iha не детектированы. На основании установленных комбинаций генов были определены «классические», гетеропатогенные и гибридные штаммы. Эшерихии, выделенные от коров, обладали более высоким диареегенным потенциалом, а E. coli, изолированные от телят, чаще содержали гены, ассоциированные с патотипом ExPEC. Среди исследованных штаммов были устойчивыми: к ампициллину – 77.6 % культур, тетрациклину – 49.0 %, хлорамфениколу – 20.4 %, цефоперазону, цефтриаксону, азтреонаму – 16.3 %, цефепиму – 14.3 %, норфлоксацину и ципрофлоксацину – 10.2 %, левофлоксацину – 6.1 %, гентамицину – 2.0 %, все штаммы были чувствительны к меропенему и амикацину. Фенотип множественной лекарственной устойчивости имели 32.7 % культур, так как они были устойчивы к трем и более группам антибиотиков. Специфическая амплификация выявлена: к blaTEM – у 100 % штаммов, к blaSHV – у 31.6 %, к blaCTX-M – у 26.3 % штаммов, устойчивых хотя бы к одному препарату из группы бета-лактамных антибиотиков. Штаммы E. coli, изолированные от здоровых коров и телят, обладали высоким гетеропатогенным потенциалом, поэтому молекулярно-генетическая характеристика этих бактерий должна стать важной частью эпизоотического мониторинга.
Ключевые слова: Escherichia coli; гены, ассоциированные с вирулентностью; устойчивость к антибиотикам; крупный рогатый скот.
Для цитирования: Михайловская В.С., Ремезовская Н.Б., Жданова И.Н., Старчич Эрьявец М., Кузнецова М.В. Патогенный потенциал интестинальных штаммов Escherichia coli, выделенных от здоровых коров и телят в хозяйствах Пермского края. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(5):486-494. DOI 10.18699/VJGB-22-59