Экологическая генетика

Актуальность. Одна из стратегий адаптации к затоплению у растительных организмов заключается в усилении роста с целью избежать повреждающего воздействия недостатка кислорода. К модельным объектам для изучения данного типа роста относят колеоптили проростков риса, обладающего способностью к прорастанию под водой. Длина колеоптилей служит маркером жизнеспособности при гипоксии.

Цель — сравнительный анализ роста колеоптилей и участия субъединиц B и E вакуолярной Н⁺-АТФазы в его реализации у двух сортов риса отечественной селекции, различающихся по исходной скорости удлинения (быстро растущий Кубань 3 и медленно растущий Аметист).

Материалы и методы. Исследование проведено на этилированных проростках колеоптилей риса двух сортов отечественной селекции Кубань 3 и Аметист. Детекцию субъединиц B и E V-АТФазы в составе общей микросомальной фракции реализовывали с использованием иммуно-блотт-анализа. Интенсивность транскрипции генов, кодирующих субъединицы B и E V-АТФазы, определяли методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией.

Результаты. Динамика роста в условиях аэрации более соответствовала изменениям субъединиц, происходящих на протеомном уровне, тогда как динамика роста при затоплении имела большее сходство с изменением транскрипции генов, кодирующих эти субъединицы. Сортовые различия были выявлены только при сравнении интенсивности транскрипции, что в конечном итоге не сказывалось на динамике роста колеоптилей.

Выводы. Показано участие субъединиц B и E V-АТФазы в обеспечении вакуолизации в процессе роста растяжением колеоптилей риса при различном содержании кислорода.

Изучена динамика состава популяции Adalia bipunctata L. в Архангельске на протяжении 21 года. Доля черных особей снизилась почти в 2 раза; среднегодовая температура в то же время возросла с 1,92° до 2,95°. Сопоставление состава популяции со средней годовой температурой показало, что доля черных особей отрицательно коррелирует со среднегодовой температурой. Наблюдаемое изменение состава популяции является, вероятно, эффектом глобального потепления.

В связи со стремительным изменением климата засуха, экстремально высокие температуры и засоление почв стали заметными экологическими стрессорами, которые на данный момент встречаются в большинстве наземных экосистем. В связи с исключительным влиянием этих факторов на сельское хозяйство, биохимия и молекулярная биология стрессовых реакций растений последние несколько десятилетий остается в центре исследовательского интереса во всем мире. Так, протеомика «снизу-вверх» стала универсальным инструментом исследования растений в целом и биологии клеточного стресса в частности. Растения считаются сложным объектом для исследования: их клетки богаты полисахаридами, полифенолами и труднорастворимыми в воде белками, поэтому их протеом обычно анализируют с помощью электрофоретических методов. Однако последние достижения в области методов пробоподготовки (в первую очередь, солюбилизации и переваривания белков) позволили создать «безгелевые» методы для образцов растительного происхождения. Внедрение высокопроизводительной нанопоточной обратно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии, соединенной с масс-спектрометрией с ионизацией электрораспылением (nanoRP-HPLC-ESI-MS), обеспечило доступ к массивам данных с высокой скоростью идентификации белков. Кроме того, высокая воспроизводимость высокоэффективной жидкостной хроматографии позволяет проводить высокочувствительное и точное количественное определение. Поэтому в последнее десятилетие дробовая протеомика стала методом выбора при изучении адаптивных стрессовых реакций протеома растений. В данном обзоре рассматриваются стратегии шотган-протеомики «снизу-вверх» в биологии растений и обсуждается ее применение для изучения стрессовых реакций растений. В статье также обсуждаются основные этапы анализа протеома растений, возникающие проблемы и перспективы.

Обзорная статья описывает достижения в области геномного редактирования гороха посевного (Pisum sativum L.) при помощи технологии CRISPR/Cas9. Несмотря на более чем десятилетнее использование CRISPR/Cas9 в биотехнологии растений, первый успех в редактировании генома гороха был достигнут только в 2023 г.: ученым удалось получить мутации в модельном гене PsPDS, нарушение работы которого приводит к альбинизму растений. К настоящему моменту при помощи CRISPR/Cas9 удалось внести мутации в ген PsLOX2, кодирующий липоксигеназу, в результате чего в семенах снизилась концентрация летучих соединений, придающих им непривлекательный запах, и в ген PsBAS1, что привело к блокированию синтеза сапонинов в семенах гороха и, как следствие, к улучшению их вкусовых качеств. Авторы данных исследований подчеркивают необходимость дальнейшей оптимизации существующих протоколов трансформации для повышения их эффективности и решения проблемы низкой регенерационной способности гороха. В обзоре также кратко описана история открытия метода CRISPR-Cas9 и его становления как одного из ведущих инструментов геномного редактирования. Кроме того, рассмотрены модификации метода CRISPR/Cas9, повышающие точность вносимых изменений, и потенциал их применения к редактированию генома гороха. Ключевым моментом статьи является представление перспективы использования CRISPR/Cas9 в качестве инструмента для управления специфичностью и эффективностью симбиоза гороха с клубеньковыми бактериями, что может способствовать созданию устойчивых и продуктивных агроэкосистем.

Генетический анализ как основополагающий метод генетики возможен при обязательном выполнении условия — наличие наследственно различающихся вариантов одних и тех же признаков. Успешность проведения анализа зависит от широты разнообразия наследственных форм, имеющихся у исследователя. В этой связи создание и поддержание генетических коллекций представляет собой первый этап осуществления генетического анализа. В настоящее время генетические коллекции, в том числе дрозофилы, не потеряли своей первостепенной значимости даже несмотря на очевидное превосходство молекулярных методов в генетике и смещение исследований на уровень признаков, характеризующих особенности отдельных молекул. Во многом именно коллекционный материал служит отправной точкой в становлении новых направлений исследований в современной генетике. Кроме того, нельзя не отметить, что задача образовательного процесса в университете — это формирование у учащегося способности к анализу, критическому оцениванию результатов эксперимента, понимание студентом логики постановки эксперимента. В этой связи использование генетических коллекций — неотъемлемая часть образовательного процесса, позволяющая стимулировать развитие требуемых качеств.

Сборник тезисов Четвертой Международной конференции «Генетически модифицированные организмы: история, достижения, социальные и экологические риски» содержит 38 тезисов, охватывающих широкую область исследований генетически модифицированных организмов. В настоящее время генетически модифицированные организмы, их создание и изучение является неотъемлемой частью многих исследований, а также частью современного сельского хозяйства. Результаты, представленные в сборнике, относятся к различным областям исследований и выполнены на широком спектре организмов (растениях, животных, грибах и водорослях).