Направления исследований

Основные направления научных исследований:

  • Структурно-функциональная организация и физиологическое значение генов защитного ответа злаков трибы Triticeae;
  • Дуплицированные гены у злаковых растений: особенности эволюции и функциональной организации;
  • Новые генетические модели для исследования функции генов злаковых растений.

Основные результаты:

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 обладают лучшей всхожестью по сравнению с семенами, которые не окрашены антоцианами.
Исследование цитологически и генетически маркированных линий злаков трибы Triticeae, позволили установить, что гены, определяющие фенотип злаковых растений по признакам окраски, являются регуляторными (рис. 1): 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. 1). Впервые описана элиминация интронов в генах, кодирующих халконфлаванонизомеразу, в геномах видов злаков, принадлежащих трибе Пшеницевые (рис. 2).
При изучении структурных и регуляторных генов защитного ответа особое внимание уделяется сравнительному исследованию дуплицированных копий генов, так как 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 (рис. 3). 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. 3).
Особое внимание уделяется генетическим моделям, используемым для сравнительных исследований, направленных на понимание функциональной организации генов злаковых растений. Впервые на основе гибридизации и отбора растений с помощью микросателлитных маркеров получен набор изогенных линий с различными комбинациями доминантных и рецессивных аллелей в локусах Рр-А1, Рр-D1 и Рр3, контролирующих биосинтез антоцианов в перикарпе зерна (рис. 4). При использовании данных линий впервые у растений показано, что между регуляторными генами биосинтеза антоцианов существует взаимная регуляция: Myb-кодирующий ген может вызывать частичную супрессию Myc-кодирующего гена. Полученные линии могут использоваться в качестве доноров определенных аллелей Рр, а также для тестирования генетического материала на присутствие комплементарных генов Pp. Кроме того, набор линий, полученных в работе, является подходящей моделью для серии дальнейших физиологических экспериментов, направленных на выявление взаимосвязи между синтезом антоцианов в перикарпе зерна пшеницы и устойчивостью к различным факторам биотического и абиотического стресса.