Аннотация. Экспрессию эукариотических генов можно регулировать на нескольких этапах, включая трансляцию мРНК. Известно, что структура мРНК способна влиять как на эффективность взаимодействия с аппаратом трансляции в целом, так и на выбор сайтов инициации трансляции. Для исследования транслируемой фракции транскриптома были разработаны экспериментальные методы анализа, наиболее информативным из которых является рибосомное профилирование (РП, Ribo-seq). Первоначально созданный для использования в дрожжевых системах, этот метод был адаптирован для трансляционных исследований на многих видах растений. Технология включает выделение полисомной фракции и высокопроизводительное секвенирование пула сегментов мРНК, связанных с рибосомами. Сравнение результатов покрытия транскриптома прочтениями, полученными по протоколу рибосомного профилирования, с аналогичным результатами по секвенированию транскриптома дает возможность оценить эффективность трансляции для каждого транскрипта. Точные положения рибосом, определенные на последовательностях мРНК, позволяют определять трансляцию открытых рамок считывания и переключение между трансляцией нескольких рамок считывания – феномен, при котором с одной матрицы РНК происходят считывание двух или более перекрывающихся рамок и биосинтез разных белков. Преимущество метода заключается в том, что он дает возможность получить количественные оценки покрытия рибосомами мРНК и может выявлять относительно редкие события трансляции. Использование этой технологии позволило классифицировать гены растений по типу регуляции их экспрессии на уровне транскрипции, трансляции или на обоих уровнях. Обнаружены особенности структуры мРНК, которые влияют на уровни трансляции: формирование квадруплексов G2 и наличие специфических мотивов в области 5’-UTR, GC-состав, наличие альтернативных стартов трансляции, влияние uORF на трансляцию нижестоящих mORF. Показано, что изменения регуляции экспрессии генов на уровне трансляции возникают в ответ на биотический и абиотический стрессы, а также в процессе развития растений. В обзоре кратко рассмотрены методология РП и перспективы ее применения для исследования структурно-функциональной организации и регуляции экспрессии генов растений.
Ключевые слова: рибосомное профилирование; Ribo-seq; RNA-seq; трансляция; растения; абиотический стресс; биотический стресс.
Для цитирования: Афонников Д.А., Синицына О.И., Голубева Т.С., Шмаков Н.А., Кочетов А.В. Рибосомное профилирование как инструмент исследования трансляции у растений: основные итоги, проблемы и перспективы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3):251-259. DOI 10.18699/VJ21.028

Аннотация. В отделе генетических ресурсов пшеницы ВНИИ генетических ресурсов растений (ВИР) разработана и в 1979 г. опубликована система рода Triticum L., базирующаяся на учете геномного состава видов и наличии или отсутствии у них ряда главных генов, контролирующих «классификационные» признаки. Она основана на исследованиях F. Körnicke и J. Percival, дополненных Н.И. Вавиловым и К.А. Фляксбергером. Эту систему, известную как “Classification of Triticum by Dorofeev et al.”, относят к ряду основных современных классификаций рода. Это первая в мире стандартизированная система, содержащая все известные внутривидовые (инфраспецифические) таксоны диких и культурных видов пшеницы. Она дает возможность идентификации большого разнообразия форм при работе с родом Triticum L. и отдельными его видами, что особенно важно для коллекций, сохраняемых в генетических банках семян. Применение внутривидовой классификации рода Triticum L. для идентификации образцов коллекции ВИР, интродуцированных из различных источников или поступивших после полевого размножения для пополнения репродукции образцов, значительно упрощает этот процесс. Однако прямое использование такой объемной классификации связано с рядом трудностей. Поэтому нами предлагается унифицированная внутривидовая классификация твердой пшеницы лишь 16 из 131 разновидности, описанной к настоящему времени, которые обладают наиболее часто встречающимися в коллекциях твердой пшеницы комплексами морфологических признаков колоса и зерновки. Остальные 115 разновидностей, имеющих дополнительные признаки, получают свое название путем добавления к основному названию сокращенного латинского названия того или иного дополнительного признака. Владение таким способом описания морфологических признаков образцов может помочь любому пользователю легко ориентироваться в систематизированном внутривидовом разнообразии коллекций. Цель данной статьи – познакомить читателя с внутривидовой классификацией твердой пшеницы (Triticum durum Desf.), разработанной в ВИР, и предложить ее упрощенный вариант, построенный на выделении главных и дополнительных морфологических признаков колоса и зерновки.
Ключевые слова: твердая пшеница (Triticum durum); внутривидовая классификация; комплексы морфологических признаков; наследование признаков; ботаническая разновидность.
Для цитирования: Ляпунова О.А. Внутривидовое разнообразие твердой пшеницы (Triticum durum Desf.): унифицированная классификация. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3):260-268. DOI 10.18699/VJ21.029

Аннотация. Вироиды, небольшие кольцевые молекулы РНК, которые вызывают патогенез у растений, остаются одним из самых необычных биологических объектов, привлекающих внимание не только фитопатологов, но и специалистов в области молекулярной эволюции. В статье приведен обзор последних литературных данных о генетике вироида веретеновидности клубней картофеля (ВВКК) и генетических механизмах формирования патологических состояний у растений-хозяев. ВВКК способен передаваться вертикально (через генеративные клетки зараженного растения), но, в отличие от некоторых других вироидов, не передается через пыльцу от зараженного растения. Большой интерес у исследователей вызывает структура геномной РНК вироида размером 359 нуклеотидов: хорошо известно, что особенности 3D конформации определяют основные параметры взаимодействия с клеточными факторами на стадии репликации, транспорта между различными тканями в процессе системной инфекции, а также степень выраженности симптомов заболевания. При репликации геномной РНК вироидов часто происходят ошибки, приводящие к появлению гетерогенной популяции молекул РНК в тканях зараженного растения. Примечательно, что через 7 дней после инокуляции только 25 % молекул геномной РНК ВВКК соответствовали исходной матрице, использованной для инокуляции, однако эта доля увеличилась до 70 % через 14 дней и далее оставалась на том же уровне. По-видимому, при сохранении у мутантных вариантов геномной РНК способности к репликации вироид обладает высоким потенциалом к отбору эффективных инфекционных форм. ВВКК вызывает у пораженных растений развитие иммунного ответа, механизмы индукции которого недостаточно изучены. Известны сильно- и слабопатогенные штаммы ВВКК, вызывающие разные проявления болезни, фенотипические проявления от которых у пораженных растений в значительной мере различны. Сама по себе репликация вироида не обязательно приводит к выраженным фенотипическим проявлениям, в случае ВВКК они могут быть связаны с участками гомологии между геномной РНК и мРНК некоторых регуляторных генов, например транскрипционного фактора StTCP23 картофеля, участвующего в регуляторном контуре гиббереллиновой кислоты и в контроле морфогенеза клубня. Другой пример – индукция РНК-интерференции против мРНК гена FRIGIDA-like protein 3 у томата, что приводит к раннему цветению. В связи с этим обсуждаются потенциальные способы борьбы с вироидом, основанные на удалении из генома растений таких участков гомологии, расположенных в нетранслируемых областях мРНК и не выполняющих каких-либо функций. В целом вироиды представляют собой уникальную модель для исследования основ организации живых систем, многие из которых возникли на ранних этапах эволюции и остаются до сих пор не выявленными.
Ключевые слова: генетика вироида; патогенез растений.
Для цитирования: Кочетов А.В., Пронозин А.Ю., Шацкая Н.В., Афонников Д.А., Афанасенко О.С. Вироид веретеновидности клубней картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3):269-275. DOI 10.18699/VJ21.030

Аннотация. Производство удвоенных гаплоидов in vitro – актуальный биотехнологический способ ускоренного создания родительских линий для селекции гибридов F1. В отличие от классического инбридинга время создания гомозиготных линий свеклы (Beta vulgaris) с помощью технологии удвоенных гаплоидов сокращается с пяти–шести до двух поколений. Гиногенез является наиболее распространенным биотехнологическим методом производства удвоенных гаплоидов сахарной и столовой свеклы. Протоколы производства удвоенных гаплоидов для видов B. vulgaris немногочисленны и разработаны в основном для сахарной свеклы (B. vulgaris convar. saccharifera Alef.). Наибольший успех достигнут в производстве удвоенных гаплоидов сахарной свеклы гиногенезом в культуре изолированных семязачатков. Для столовой свеклы (B. vulgaris convar. esculenta Salisb.) проведены единичные исследования с показанной низкой эффективностью производства гаплоидных растений андро- и гиногенезом. В итоге протоколы производства удвоенных гаплоидов столовой свеклы отсутствуют, а протоколы, разработанные для сахарной свеклы, неэффективны для столовой, несмотря на принадлежность к одному виду. Исследования производства удвоенных гаплоидов путем андрогенеза у представителей рода Beta активно проводились в 70–80-х гг. прошлого столетия и не закончились получением растений-регенерантов, однако в настоящее время среди ученых снова возник интерес к данному методу и в разных странах возобновлены работы по изучению андрогенеза у представителей рода Beta. Статья содержит обзор исследований, посвященных созданию удвоенных гаплоидов; обсуждение подходов решения основных проблем при получении удвоенных гаплоидов и методов, позволяющих повысить выход эмбриоидов и растений-регенерантов, а также удвоенных гаплоидов у растений вида B. vulgaris.
Ключевые слова: Beta vulgaris; гаплоидные технологии; гиногенез; культура микроспор; эмбриогенез; удвоенные гаплоиды.
Для цитирования: Григолава Т.Р., Вишнякова А.В., Синицына А.А., Воронина А.В., Зубко О.Н., Зудова О.В., Монахос С.Г. Методические подходы создания удвоенных гаплоидов сахарной и столовой свеклы (Beta vulgaris L.). Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3):276-283. DOI 10.18699/VJ21.031

Аннотация. В статье представлен обзор проблем разведения и селекции лабораторных мини-свиней. Наиболее очевидные из них – отсутствие централизованного учета селекционных групп, единых стандартов отбора для воспроизводства и оценки племенных животных, а также минимизация накопления снижающих приспособленность мутаций и поддержание генетического разнообразия. По последним данным, в мире насчитывают не менее 30 селекционных групп мини-свиней, систематически используемых в качестве лабораторных животных. Среди них существуют как породные образования, представленные несколькими колониями, так и селекционные группы, состоящие из одного стада. Показано, что основная стратегия отбора включает селекцию на живую массу взрослых особей 50–80 кг и приспособленность животных к конкретному типу биомедицинских экспериментов. Для ее реализации в разведении зарубежных мини-свиней практикуют отбор по живой массе в 140- и 154-дневном возрасте. Указано, что в стадах мини-свиней представлены разные селекционные методы противодействия инбредной депрессии и поддержания генетического разнообразия. Примерами служат максимизация фенотипов масти, цикличная система подбора родительских пар и структурирование стад на субпопуляции. Кроме того, в разведении зарубежных минисвиней для мониторинга гетерозиготности используют молекулярно-генетические методы. Количество инбредных скрещиваний в разведении лабораторных мини-свиней стараются минимизировать, что не всегда возможно из-за их малочисленности. Подсчитано, что во избежание тесного инбридинга численность селекционной группы должна быть не менее 28 особей, включающих хряков как минимум четырех генеалогических линий и свиноматок из не менее четырех семейств. Накопление генетического груза в стадах мини-свиней возможно, но вредоносный эффект является скорее следствием ошибочных решений селекционеров. Несмотря на то что при выведении ряда минисвиней стояла цель укомплектовать стада исключительно белыми животными, в большинстве селекционных групп наблюдается полиморфизм по фенотипу масти.
Ключевые слова: лабораторные мини-свиньи; инбридинг; генетическое разнообразие; рецессивные мутации; отбор; линии; семейства; сельское хозяйство.
Для цитирования: Шатохин К.С. Проблемы селекции лабораторных мини-свиней. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3):284-291. DOI 10.18699/VJ21.032

Аннотация. Белок дрозофилы GAGA (GAF) является фактором эпигенетической регуляции транскрипции большой группы генов с широким разнообразием клеточных функций. GAF кодируется геном Trithorax-like (Trl), который экспрессируется в различных органах и тканях на всех стадиях онтогенеза дрозофилы. Мутации этого гена вызывают множественные нарушения развития. В предыдущих работах мы показали, что этот белок необходим для развития половой системы как самцов, так и самок дрозофилы. Снижение экспрессии гена Trl приводило ко множественным нарушениям спермато- и оогенеза. Одно из значительных нарушений было связано с массовой деградацией и потерей клеток зародышевого пути, что позволило предположить, что этот белок вовлечен в регуляцию клеточной гибели. В представленной работе мы провели более детальное цитологическое исследование, чтобы определить, какой тип гибели клеток зародышевого пути характерен для Trl-мутантов, и происходят ли нарушения или изменения этого процесса по сравнению с нормой. Полученные результаты показали, что недостаток белка GAF вызывает массовую гибель клеток зародышевого пути как у самок, так и самцов дрозофилы, но проявляется эта гибель в зависимости от пола по-разному. У самок, мутантных по гену Trl, фенотипически этот процесс не отличается от нормы и в гибнущих яйцевых камерах выявлены признаки апоптоза и аутофагии клеток зародышевого пути. У самцов, мутантных по гену Trl, в отличие от самок, не обнаружены признаки апоптоза. У самцов мутации Trl индуцируют массовую гибель клеток через аутофагию, что не характерно для сперматогенеза дрозофилы и не описано ранее ни в норме, ни у мутаций по другим генам. Таким образом, недостаток GAF у мутантов Trl приводит к усилению апоптотической и аутофагической гибели клеток зародышевого пути. Эктопическая клеточная гибель и атрофия зародышевой линии, вероятно, связаны с нарушением экспрессии генов-мишеней GAGAфактора, среди которых есть гены, регулирующие как апоптоз, так и аутофагию.
Ключевые слова: дрозофила; GAGA-фактор; клетки зародышевого пути; апоптоз; аутофагия; сперматогенез; оогенез.
Для цитирования: Дорогова Н.В., Зубкова А.Е., Федорова Е.В., Болоболова Е.У., Баричева Е.М. Недостаток белка GAGA у мутантов Trl вызывает массовую клеточную гибель в спермато- и оогенезе дрозофилы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3):292-300. DOI 10.18699/VJ21.033

Abstract: The innate immune system is the first to respond to invading pathogens. It is responsible for invader recognition, immune-cell recruitment, adaptive-immunity activation, and regulation of inflammation intensity. Previously, two single-nucleotide polymorphisms of innate-immunity genes – rs5743708 (Arg753Gln) of the TLR2 gene and rs8177374 (Ser180Leu) of the TIRAP gene – have been shown to be associated with both pneumonia and tuberculosis in humans, but the data are contradictory among different ethnic groups. It has also been reported that rs10902158 at the PKP3-SIGGIR-TMEM16J genetic locus belongs to a haplotype race-specifically associated with tuberculosis. Meanwhile, a gradient of its frequency is observed in Asia. The aim of this work was to assess the effect of selection for the genotypes of the above-mentioned SNPs on the gene pools of populations living in harsh climatic conditions that contribute to the development of infectious lung diseases. We estimated the prevalence of these variants in white and Asian (Chukchis and Yakuts) population samples from Northern Asia and among patients with community-acquired pneumonia (CAP). Carriage of the rs5743708 A allele was found to predispose to severe CAP (odds ratio 2.77, p = 0.021), whereas the GG/CT genotype of rs5743708/rs8177374 proved to be protective against it (odds ratio 0.478, p = 0.022) in white patients. No association of rs10902158 with CAP (total or severe) was found among whites. Stratification of CAP by causative pathogen may help eliminate the current discrepancies between different studies. No significant difference in rs5743708 or rs8177374 was found between adolescent and long-lived white samples. Carriage of the alleles studied is probably not associated with predisposition to longevity among whites in Siberia. Both white and Asian populations studied were different from Western European and East Asian populations in the variants’ prevalence. The frequency of the rs8177374 T (Ser180Leu) variant was significantly higher in the Chukchi sample (p = 0, χ2 = 63.22) relative to the East Asian populations. This result may confirm the hypothesis about the selection of this allele in the course of human migration into areas with unfavorable climatic conditions.
Key words: community-acquired pneumonia; pulmonary tuberculosis; genetic predisposition; genetic polymorphism; TLR2; TIRAP; PKP3-SIGGIR-TMEM16J; long-lived people.
For citation: Mikhailova S.V., Shcherbakova L.V., Logvinenko N.I., Logvinenko I.I., Voevoda M.I. Polymorphism of genes associated with infectious lung diseases in Northern Asian populations and in patients with community-acquired pneumonia. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii=Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(3):301-309. DOI 10.18699/VJ21.51-o

Abstract. The presence of humans and animals under long-term continuous lighting leads to a suppression of melatonin synthesis, that is, to light-induced functional pinealectomy (LIFP), and the development of desynchronosis. To create LIFP, C57Bl/6 mice were kept under 24-hour lighting (24hL) for 14 days. The animals in the control group were kept under standard lighting conditions. In the next series of experiments, mice with LIFP received daily intragastrically either melatonin (1 mg/kg body weight in 200 μl of distilled water) or 200 μl of water as a placebo. The comparison group consisted of intact animals that received placebo under standard lighting conditions. Immunohistochemical analysis (using an indirect avidin-biotin peroxidase method) revealed the expression of the antiapoptotic protein Bcl-2 and the proapoptotic protein Bad in sinusoid liver cells (a heterogeneous population consisting of the endotheliocytes, Kupffer cells, Ito cells, and Pit cells) and in individual hepatocytes. The Bad expression area in the liver of LIFP mice increased 4 times against a background of the unchanged Bcl-2 expression area. Changes in the brightness (a parameter inversely proportional to the marker concentration) of Bad and Bcl-2 areas did not reach significance. Our results indicate a weakening of the antiapoptotic protection of liver cells of LIFP animals, which creates conditions for activation of the “mitochondrial branch” of apoptosis. Melatonin treatment of LIFP mice resulted in a 3.3-fold increase in Bcl-2 expression area and a 2.7 % decrease in Bcl-2 region brightness compared with the experimental untreated group. Bad protein parameters were unreliable. Thus, melatonin treatment of animals cancels the effect of LIFP, restoring the Bcl-2 expression area and increasing this protein concentration, which indicates an increase in antiapoptotic protection and creates conditions for blocking the development of the “mitochondrial branch” of apoptosis in liver cells.
Key words: melatonin; 24-hour lighting; light-induced functional pinealectomy; liver; Bad; Bcl-2.
For citation: Michurina S.V., Ishchenko I.Yu., Arkhipov S.A., Letyagin A.Yu., Korolev M.A., Zavjalov E.L. The expression of apoptosis-regulating proteins Bcl-2 and Bad in liver cells of C57Bl/6 mice under light-induced functional pinealectomy and after correction with melatonin. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii=Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(3):310-317. DOI 10.18699/VJ21.034

Аннотация. Многие процессы в живых организмах подвержены периодическим колебаниям на различных иерархических уровнях их организации: от молекулярного-генетического до популяционного и экологического. Осциллирующие процессы отвечают за клеточные циклы как у прокариот, так и у эукариот, за циркадные ритмы, синхронную связь дыхания с сердечными сокращениями и др. Колебания численностей организмов в природных популяциях могут быть обусловлены собственными свойствами популяций, их возрастной структурой, а также экологическими взаимоотношениями с другими видами. Наряду с экспериментальными подходами, для исследования осциллирующих биологических систем широко применяется математическое и компьютерное моделирование. В данной статье представлены классические математические модели, которые описывают осциллирующее поведение в биологических системах. Приведены методы поиска осциллирующих молекулярно-генетических систем на примере их частного случая – осциллирующих ферментативных систем. Рассмотрены факторы, влияющие на циклическую динамику в живых системах, характерные не только для молекулярно-генетического уровня, но и для более высоких уровней организации. Обсуждается применение различных способов описания генных сетей для моделирования осциллирующих молекулярно-генетических систем, где важнейшим фактором возникновения циклического поведения является наличие обратных связей. Представлены технологии поиска потенциально осциллирующих ферментативных систем. С помощью метода, описанного в статье, проводится поэтапный процесс построения и анализа сначала структурных моделей (графов) генных сетей, а затем реконструкции математических моделей и вычислительных экспериментов с ними. Структурные модели идеально подходят для задач автоматического поиска потенциальных осциллирующих контуров (связных подграфов), структура которых может соответствовать математической модели молекулярно-генетической системы, демонстрирующей осциллирующее поведение в динамике. При этом именно численное исследование математических моделей для отобранных контуров позволяет подтвердить наличие в них устойчивых предельных циклов. В качестве примера применения технологии проанализирована сеть из 300 метаболических реакций бактерии Escherichia coli с использованием инструментов математического и компьютерного моделирования. В частности, показано осциллирующее поведение для контура, реакции которого входят в путь биосинтеза триптофана.
Ключевые слова: осцилляции; обратная связь; циклические процессы; моделирование биологических систем.
Для цитирования: Лахова Т.Н., Казанцев Ф.В., Лашин С.А., Матушкин Ю.Г. Технологии поиска и исследования потенциально осциллирующих ферментативных систем. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3): 318-330. DOI 10.18699/VJ21.035

Abstract. Caseins are major milk proteins that have an evolutionarily conserved role in nutrition. Sequence variations in the casein genes affect milk composition in livestock species. Regulatory elements of the casein genes could be used to direct the expression of desired transgenes into the milk of transgenic animals. Dozens of casein alleles have been identified for goats, cows, sheep, camels and horses, and these sequence variants are associated with altered gene expression and milk protein content. Most of the known mutations affecting casein genes’ expression are located in the promoter and 3’-untranslated regions. We performed pronuclear microinjections with Cas9 mRNA and sgRNA against the first coding exon of the mouse Csn1s1 gene to introduce random mutations in the α-casein (Csn1s1) signal peptide sequence at the beginning of the mouse gene. Sanger sequencing of the founder mice identified 40 mutations. As expected, mutations clustered around the sgRNA cut site (3 bp from PAM). Most of the mutations represented small deletions (1–10 bp), but we detected several larger deletions as well (100–300 bp). Functionally most mutations led to gene knockout due to a frameshift or a start codon loss. Some of the mutations represented in-frame indels in the first coding exon. Of these, we describe a novel hypomorphic Csn1s1 (Csn1s1c.4-5insTCC) allele. We measured Csn1s1 protein levels and confirmed that the mutation has a negative effect on milk composition, which shows a 50 % reduction in gene expression and a 40–80 % decrease in Csn1s1 protein amount, compared to the wild-type allele. We assumed that mutation affected transcript stability or splicing by an unknown mechanism. This mutation can potentially serve as a genetic marker for low Csn1s1 expression.
Key words: сasein; CRISPR; pronuclear microinjection; hypomorphic mutation.
For citation: Smirnov A.V., Shnaider T.А., Korablev A.N., Yunusova A.M., Serova I.A., Battulin N.R. A hypomorphic mutation in the mouse Csn1s1 gene generated by CRISPR/Cas9 pronuclear microinjection. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii=Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(3):331-336. DOI 10.18699/VJ21.036

Аннотация. Нематоды относятся к числу значимых вредителей сельскохозяйственных растений. В обзоре рассмотрены последние данные о молекулярных механизмах устойчивости растений к цистообразующим и галловым нематодам, среди которых одни из наиболее вредоносных видов: Globodera rostochiensis, G. pallida, Heterodera schachtii, Meloidogyne chitwoodi и M. incognita. Например, золотистая картофельная нематода G. rostochiensis, зарегистрированная в 61 субъекте РФ на общей площади 1.8 млн га, способна приводить к потере от 19 до 90 % урожая картофеля. Биологические особенности нематод затрудняют разработку агротехнических способов борьбы с ними: цисты G. rostochiensis сохраняют жизнеспособность в почве в течение многих лет, нематициды токсичны или малоэффективны, поэтому предпочтительным методом борьбы с ними является интрогрессия генов устойчивости от родственных культурных и дикорастущих видов. Стратегия жизненного цикла цистообразующих и галловых нематод основана на способности личинок проникать в корни восприимчивых видов растений, репрограммировать клетки растения-хозяина, формирующие гигантские клетки или синцитии в качестве питающих структур, а также ингибировать иммунный ответ. Молекулярные механизмы, лежащие в основе такого взаимодействия в системе «патоген–хозяин», вызывают значительный интерес как с точки зрения управления морфогенезом растений, так и в аспекте разработки безопасных и эффективных способов борьбы с паразитическими нематодами. В обзоре рассмотрены данные об эффекторах, с помощью которых разные виды нематод контролируют иммунный ответ растения-хозяина, а также гены устойчивости (R-гены) и некоторые молекулярные механизмы, прерывающие формирование питающих структур и развитие паразита. Приведены новые данные о способах генетического контроля, основанных на одном из активно обсуждаемых в последнее время варианте механизма РНК-интерференции – HIGS (host induced gene silencing), представляющем собой адресное выключение экспрессии гена-мишени в клетках личинки нематоды с помощью специфических двуцепочечных РНК, синтезирующихся в клетках растения-хозяина. Индукция РНК-интерференции в клетках растений приводит к появлению молекул-медиаторов, способных инициировать аналогичный процесс в клетках фитофагов, взаимодействующих с растением, в том числе у личинок нематод. Описаны случаи, в которых такое адресное выключение экспрессии генов-мишеней приводило к нарушениям развития личинок и высокому уровню защиты сельскохозяйственных растений от наиболее опасных видов нематод.
Ключевые слова: цистообразующие нематоды; галловые нематоды; картофель; гены-эффекторы; R-гены; РНКинтерференция; хозяин-индуцированный генетический сайленсинг.
Для цитирования: Кочетов А.В., Гавриленко Т.А., Афанасенко О.С. Новые генетические технологии защиты растений от паразитических нематод. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3):337-343. DOI 10.18699/VJ21.037

Аннотация. Корректное развертывание генетических программ развития и дифференцировки опирается на тонко координированную регуляцию экспрессии специфических наборов генов. Исключительную роль в управлении этим процессом играют регуляторные элементы генома, к которым относятся промоторы, энхансеры, инсуляторы и сайленсеры. Нарушения в их работе могут приводить к развитию различных патологий, включая онкологические заболевания, пороки развития и аутоиммунные заболевания. Развитие технологий высокопроизводительного геномного анализа позволило значительно ускорить накопление информации о специфичных эпигенетических характеристиках регуляторных элементов. В совокупности с полногеномными исследованиями распределения эпигенетических меток, регуляторных белков и пространственной структуры хроматина такие данные значительно расширяют представления о принципах эпигенетической регуляции генов и позволяют осуществлять поиск потенциальных регуляторных элементов in silico. Вместе с тем основные экспериментальные подходы, используемые для исследования локальных характеристик хроматина, имеют ряд технических ограничений, которые снижают достоверность биоинформатической идентификации регуляторных областей генома. В связи с этим, а также с учетом вариабельности функций эпигенетических детерминант и многокомпонентной регуляции работы элементов генома определение их регуляторной роли часто требует функциональной проверки. Разработано множество методов, позволяющих провести исследование функциональной роли регуляторных элементов в масштабе генома. В настоящем обзоре кратко описаны основные экспериментальные подходы для проведения идентификации регуляторных элементов in silico и присущие им технические ограничения. Рассмотрены оригинальные методы высокопроизводительного репортерного анализа активности энхансеров, которые используют для валидации предсказанных регуляторных элементов и de novo поиска. Описанные методы анализа дают возможность оценить функциональную роль нуклеотидной последовательности регуляторного элемента, определить его точные границы, а также оценить влияние локального состояния хроматина на активность энхансеров и экспрессию генов. Применение таких методологических подходов обеспечило значительный вклад в понимание фундаментальных принципов регуляции генной экспрессии.
Ключевые слова: регуляторные элементы генома; энхансеры; высокопроизводительные методы анализа.
Для цитирования: Романов С.Е., Калашникова Д.А., Лактионов П.П. Методы высокопроизводительного репортерного анализа энхансеров. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(3):344-355. DOI 10.18699/VJ21.038