Экологическая генетика

Актуальность. Оценка генетической структуры популяций редких и уязвимых видов предоставляет полезную информацию для разработки стратегии их сохранения.

Цель — изучить генетическую структуру популяций Caucasotachea vindobonensis на территории юга Среднерусской возвышенности с использованием SSR-маркеров.

Материалы и методы. Генетическая структура популяций изучалась с использованием 8 микросателлитных маркеров, впервые выявленных авторами для исследуемого вида. Фрагментный анализ ПЦР-продуктов был проведен на автоматическом капиллярном ДНК-секвенаторе «Нанофор 05» (Россия). Всего было исследовано 498 особей из 24 популяций.

Результаты. Всего в 8 изученных SSR-локусах было выделено 59 аллелей, из них 21 (36 %) оказался приватным. При этом приватные аллели обнаружены в 11 изученных популяциях, что составляет 46 % от их общего числа. Согласно полученным данным, эффективное число аллелей (A_e) в среднем составило 1,6 ± 0,06, индекс Шенона (I) 0,45 ± 0,03, уровень ожидаемой гетерозиготности (Н_е) 0,27 ± 0,021. Отмечен высокий уровень пространственной подразделенности популяционных генофондов (F_st = 0,47 ± 0,08) при достаточно низком уровне потока генов (N_m = 1,15 ± 0,91). Анализ главных компонент (principal component analysis, PCA) показал, что популяции центральной и восточной части юга Среднерусской возвышенности образуют близкородственную группу, отличную от остальных популяций региона. Расчет эффективной численности с помощью LD-метода показал, что N_e варьирует в разных группах улиток от 0,6 до бесконечности.

Выводы. Популяции C. vindobonensis на территории юга Среднерусской возвышенности обитают в условиях значительной изоляции, о чем свидетельствует высокая степень дифференциации изученных групп. Проведенный анализ главных компонент на основе генетических дистанций по Неи и F-статистика Райта говорит о выраженном делении популяций в районе исследования на два кластера, что, вероятно, связано с историческими особенностями формирования ландшафта. Данные расчета эффективной численности подтверждают высокую жизнеспособность большинства изученных популяций. Вместе с тем некоторые группы улиток находятся явно в депрессивном состоянии, что находит свое отражение в низких показателях их генетического разнообразия и эффективного размера.

Актуальность. Parastagonospora nodorum и P. pseudonodorum известны своей способностью производить некротрофные эффекторы, играющие важную роль в патогенности микромицетов. Штаммы грибов, охарактеризованные по наличию генов-эффекторов, будут использованы при создании искусственных инфекционных фонов для выявления источников и доноров устойчивости к листовым пятнистостям. Отобранные сорта и линии, являющиеся донорами рецессивных аллелей snn1 и snn3, контролирующих устойчивость растений к токсинам грибов PtrTox1 и PtrTox3, рекомендованы к включению в программы по селекции пшеницы на устойчивость к возбудителям септориоза.

Цель — оценка популяций грибов Parastagonospora nodorum и P. pseudonodorum в 2023 г. по наличию генов-эффекторов, а также выявление аллелей генов Snn1/snn1, Snn3/snn3, которые контролируют чувствительность или устойчивость пшеницы к токсинам PtrTox1 и PtrTox3.

Материалы и методы. С использованием молекулярных маркеров была проведена идентификация генов, кодирующих некротрофные эффекторы (NEs), у 192 изолятов гриба Parastagonospora spp., полученных с яровой мягкой и твердой пшеницы. Кроме того, материалом для исследования служили 2 сорта и 23 линии яровой мягкой пшеницы местной селекции. С помощью молекулярных маркеров Xfcp624 и Xcfd20 детектировали присутствие аллелей Snn1 и Snn3-B1, контролирующих чувствительность к токсинам грибов PtrTox1 и PtrTox3.

Результаты. С помощью молекулярного скрининга выявлены гены ToxA и Tox1 в генотипах изолятов P. pseudonodorum; Tox3 и Tox267 у изолятов P. nodorum. Установлено, что 2 сорта яровой мягкой пшеницы и 11 селекционных линий имеют рецессивный аллель snn1, защищающий от токсина PtrTox1; сорт Тамбовчанка и 2 линии несут рецессивный аллель snn3 на хромосоме B1, который придает устойчивость к токсину грибов PtrTox3.

Выводы. Ген ToxА обнаружен только среди моноконидиальных изолятов вида P. pseudonodorum, полученных из листьев яровой мягкой пшеницы сорта Лебедушка. В результате молекулярного скрининга ген Tox1 был выявлен среди 70 изолятов P. pseudonodorum. Наличие генов Tox3 и Tox267 установлено у 30 изолятов вида P. nodorum, полученных из растительных образцов яровой твердой пшеницы Донская элегия. С использованием метода ПЦР были выявлены доноры генов snn1 и snn3.

Гетеротрофные клеточные культуры широко используют в качестве модельных объектов в биологии растений. В процессе развития культуры меняется состав среды: истощается субстрат, накапливаются продукты метаболизма, растет плотность клеток. В финальной фазе рост останавливается и через непродолжительное время культура погибает. Эти процессы сопровождаются физиологическими изменениями клеток, которые можно назвать старением культуры. Методом газовой хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией, было проведено профилирование метаболитов гетеротрофных клеток Nicotiana tabacum VBI-0, поддерживаемых в суспензионной культуре. Сравнивали клетки культур возрастом 7 сут, во время интенсивного роста биомассы, и 28 сут, когда культура находилась в стационарной фазе. Было установлено, что старение сопряжено с падением накопления аминокислот. В то же время возрастал уровень пентоз и сложных сахаров, включая сахарозу, тогда как уровень глюкозы, фруктозы и сахарофосфатов снижался. Для стареющих культур характерен больший уровень накопления малата, пирувата и некоторых других карбоксилатов. Таким образом, полученные метаболомные данные свидетельствуют, что старение сопряжено с изменением обмена аминокислот, снижением активности начального этапа гликолиза, накоплением сложных сахаров, пентоз и карбоксилатов.

Актуальность. Распространенный неселективный системный гербицид Раундап (глифосат, действующее вещество N-фосфонометилглицин, N-ФМГ) используется для борьбы с многолетними сорняками. Необходима оценка опасности продуктов фотохимического разложения N-ФМГ, образующихся под действием солнечного ультрафиолетового излучения и озона.

Цель — с помощью lux-биосенсоров на основе Escherichia coli исследование способности продуктов фотохимического разложения N-ФМГ индуцировать окислительный стресс в бактериальных клетках.

Материалы и методы. В работе использовали действующее вещество гербицида Раундап N-фосфонометилглицин (N-ФМГ), биосенсоры Е. coli (pSoxS-lux) и Е. coli (pKatG-lux). УФ-излучение, масс спектрометрия.

Результаты. С помощью биосенсоров показано, что продукт фотохимического разложения N-ФМГ (2-(N-гидроксиметил-гидроксиамин) этановая кислота) вызывает увеличение концентрации супероксидного анион-радикала и H₂O₂ в клетках E. coli, что индуцирует в бактериальной клетке окислительный стресс.

Заключение. Продукт фотохимического разложения N-ФМГ (2-(N-гидроксиметил-гидроксиамин) этановая кислота) индуцирует в клетках бактерий образование супероксидного анион-радикала и H₂O₂.

Актуальность. Реакции, связанные с геохимическим циклом азота, проходящие в почве, оказывают определяющее влияние на уровень обеспеченности азотом зеленых растений. Микроорганизмы, осуществляющие их катализ, представляют интерес с точки зрения разработки механизмов управления почвенным плодородием. В данной работе мы заострили внимание на бактериальных родах, связанных с процессами азотного цикла в черноземных почвах Белгородской области России.

Цель — определить перечень и количественные соотношения бактериальных родов, представители которых способны участвовать в фиксации атмосферного азота, нитрификации и денитрификации в черноземах лесостепной зоны европейской части России.

Материалы и методы. Пробы пахотных и непахотных черноземов трех подтипов были отобраны в июне и августе 2022 г. В работе применено микробиологическое профилирование на основе высокопроизводительного секвенирования ампликонов вариабельных участков гена 16S рРНК с последующей вычислительной обработкой результатов.

Результаты. Обнаружены 6 родов азотфиксирующих бактерий, а также недифференцируемая в рамках метода группа, включающая род Rhizobium. Обнаружены также 8 родов, участвующих в первой, и 5 родов — во второй стадии нитрификации. Найдены 7 родов, представители которых способны к денитрификации, без учета фиксаторов атмосферного азота, так же способных к осуществлению этого процесса.

Выводы. Среди бактерий, способных к фиксации атмосферного азота в черноземах Белгородской области доминирует род Bradyrhizobium. Среди нитрификаторов, осуществляющих первую стадию нитрификации, преобладают Ellin6067 и MND1 из семейства Nitrosomonadaceae. Вторая стадия нитрификации осуществляется главным образом бактериями рода Nitrospira. Из потенциальных денитрификаторов, наряду с обладающими этой способностью азотфиксирующими родами, многочисленны представители родов Rubrobacter и Pseudomonas. Исследование не претендует на полный перечень организмов, осуществляющих ключевые химические превращения соединений азота в черноземах, однако позволяет назвать их важных участников.

Засуха представляет серьезную проблему для устойчивого развития современного сельского хозяйства и достижения высокой продуктивности сельскохозяйственных культур. Дефицит влаги вызывает осмотический стресс и запускает физиологические реакции растений, которые характеризуются снижением водного потенциала, уменьшением устьичной проводимости и понижением эффективности фотосинтеза. Длительная адаптация к осмотическому стрессу сопровождается сложными метаболическими перестройками, приводящими к накоплению осмопротекторов, активации антиоксидантных систем и усилению биосинтеза стресс-протекторных белков. Степень и продолжительность засухи, наряду с генотипом и стадией развития растений, влияют на реакцию растений на стресс, что, в свою очередь, сказывается на количестве и качестве урожая. В частности, для бобовых, которые играют важнейшую роль в системе питания человека и животных, понимание адаптивных стратегий против засухи имеет большое значение для выведения засухоустойчивых сортов, поскольку эти культуры произрастают преимущественно в полузасушливых регионах. В свою очередь, методы протеомики и метаболомики служат ценными инструментами, позволяющими всесторонне оценивать молекулярную динамику, которая определяет реакцию растений на засуху. Кроме того, для эффективной оценки реакции бобовых на дефицит влаги необходимо использование надежных моделей, имитирующих засуху. В данном обзоре рассматриваются перспективы использования различных моделей осмотического стресса для изучения протеомных и метаболомных изменений в семенах бобовых культур.