Особенности мутирования и гомогенизации кодирующих и некодирующих рРНК последовательностей ДНК в генах 35S рРНК после межвидовой гибридизации.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-24-01117

НазваниеОсобенности мутирования и гомогенизации кодирующих и некодирующих рРНК последовательностей ДНК в генах 35S рРНК после межвидовой гибридизации.

Руководитель Родионов Александр Викентьевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-104 - Общая генетика

Ключевые слова межвидовая гибридизация, 35S рРНК, рДНК, siRNA, lncRNA, злаковые культуры, Poaceae

Код ГРНТИ34.23.57

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Широкий диапазон адаптаций дикорастущих видов к неблагоприятным факторам внешней среды, их приспособленность к разнообразным почвенно-климатическим условиям, устойчивости к патогенным организмам, наличие в их геномах аллелей, связанных с элементами повышенной продуктивности и качества, делает дикорастущих родственников культурных видов уникальным источником исходного материала для селекции (Лоскутов и др., 2021). Это предполагает непременное использование в практике селекционной работы межвидовой гибридизации. Наш проект направлен на исследование генетических последствий межвидовой гибридизации у растений, в частности будут изучены как изменяются в гибридном геноме гены 35S рРНК, полученные гибридом от родительских видов. Гены 35S рРНК у дрожжей и растений (у животных их называют генами 45S рРНК) - важнейшие гены в геноме. Исследованиями последнего времени показано, что помимо синтеза рибосомных РНК, на матрицах этих локусов продуцируются как длинные некодирующие РНК (lncRNA), комплиметарные кодирующей «sence» и некодирующей («antisence») нитям в транскрипционной единице 35S рРНК, так и короткие фрагменты собственно рРНК и транскрибируемых спейсеров этих генов. Эти неканонические РНК задействованы в процессах регуляции транскрипции рРНК и в процессах синтеза коротких интерферирующих РНК (siRNA, risiRNA, vasiRNA и др.) и каким-то образом связаны с механизмами защиты генома растений от вирусных инфекций (Perez-Canamas et al., 2020; Leonetti et al., 2021), и в ответе на стрессовое воздействие тяжелых металлов Cu/Cd на растения (Ma et al., 2018). Районы тандемных повторов, включая рДНК, до недавнего времени были «белыми пятнами» на карте геномов. Появление новых методов секвенирования ДНК, таких, как NGS и long-read sequencing, дало возможность изучать явления и механизмы изменчивости локусов 35S рРНК и отдельных их элементов на внутригеномном и межвидовом уровне. Это определяет конкретную научную задачу, которую мы перед собой ставим: изучение явлений множественного мутирования и гомогенизации (concerted evolution) в многократно повторенных генах 35S рРНК, в частности, сравнительное изучение изменчивости кодирующих рРНК и некодирующих рРНК-последовательностей в генах 35S рРНК на провокативной модели – у природных межвидовых гибридов первых и отдаленных поколений. Геном неогибридов, как мы сейчас полагаем, находится в состоянии «геномного шока» и характеризуется всплеском мутагенеза и эпигенетических изменений, в свою очередь, возможно, оказывающих влияние на мутагенез. Для повторенных генов в гибридном геноме характерна утрата последовательностей одного из родителей. На нескольких новых, ранее никогда не изучавшихся природных гибридах, мы изучим общие и частные закономерности этого процесса. Особое внимание мы обратим на то, как изменяются у гибридов районы локусов 35S рРНК (IGS, ETS, ITS), которые у исследованных ранее объектов служили матрицами или могут служить матрицами для синтеза lncRNA и siRNA. Объектами нашего исследования будут представители трибы Пшеницевых Secale ×derzhavinii Tzvelev (многолетняя рожь, новая сельскохозяйственная культура, как полагают, сочетающая в себе геномы дикорастущего вида S. montanum Guss. и культурного вида S. cereale и два вида из круга родства S. montanum. и S. cereale - S. kuprijanovii Grossh. и S. segetale (Zhuk.) Roshev.; x Leymotrigia bergrotii (H. Lindb.)Tzvelev, его предполагаемые предки Leymus arenarius (L.) Hochst. и Elytrigia repens (L.) Nevski и по два вида из круга родства Leymus arenarius и Elytrigia repens; редкие предполагаемые гибриды Elytrigia repens x Hordeum brevisubulatum и Elymus sibiricus × Hordeum jubatum в сравнении с их предполагаемыми родительскими видами. У всех образцов на платформе Illumina будут секвенированы районы ITS1, фрагменты генов 18S rRNA и 5.8S rRNA, районы ETS и проведен сравнительный анализ внутригеномного полиморфизма этих последовательностей у гибридов и их предполагаемых предков, проведен поиск потенциальных матриц lncRNA и siRNA в пределах локуса 35S рРНК, оценена представительность цистронов 35S рРНК каждого из родителей в геноме гибрида, частота и спектр изменений, SNPs и инделей в каждом из исследованных районов у гибридов и их предполагаемых родителей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Родионов А.В. Об особенностях эволюционного процесса у растений: диплоидизация геномов и кариотипов Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии, 2022. – Т. 21, №2 С. 166-170 (год публикации - 2022)
10.14258/pbssm.2022076

2. Беляков Е.А., Михайлова Ю.В., Мачс Э.М., Журбенко П.М., Родионов А.В. Interspecific hybridization in the evolution of aquatic macrophyte bur-reed (Sparganium L., Typhaceae): insights from high-throughput sequencing of nrDNA Scientific Reports, (2022) 12:21610 (год публикации - 2022)
10.1038/s41598-022-25954-0

3. Гнутиков А. А., Носов Н. Н., Лоскутов И. Г., Блинова Е. В., Родионов А. В Исследование риботипов экспериментально полученных гибридов полиплоидных видов рода Avena L. Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии, 2022. Т. 21, № 2. С. 21-25 (год публикации - 2022)
10.14258/pbssm.2022047

4. Гнутиков А.А., Носов Н.Н., Королева Т.М., Пунина Е.О., Пробатова Н.С., Шнеер В.С., Родионов А.В, Origin of the rare hybrid genus ×Trisetokoeleria Tzvelev (Poaceae) according to molecular phylogenetic data Plants (год публикации - 2022)

5. Родионов А.В. Eupolyploidy As a Mode in Plant Speciation Russian Journal of Genetics, Vol. 59, No. 5, pp. 419–431. © Pleiades Publishing, Inc., 2023. (год публикации - 2023)
10.1134/S1022795423050113

6. Родионов А.В. Эуполиплоидия как способ видообразования у растений Генетика, том 59, № 5, с. 493–506 (год публикации - 2023)
10.31857/S0016675823050119

7. Родионов А.В. Тандемные дупликации генов, эуполиплоидия и вторичная диплоидизация–генетические механизмы видообразования и прогрессивной эволюции в мире растений Turczaninowia, Том 25 №4, с. 87-121 (год публикации - 2023)
10.14258/turczaninowia.25.4.12

8. Родионов А.В., Гнутиков А.А., Журбенко П.М., Мачс Э.М., Носов Н.Н., Пунина Е.О., Сухов А.С., Шнеер В.С. Полногеномные, сегментные и локус-специфичные дупликации генов и вторичная диплоидизация кариотипов – разнонаправленные изменения геномов и кариотипов на путях видообразования и прогрессивной эволюции растений Хромосома – 2023 : материалы Междунар. конф. 5–10 сентября 2023 г., Хромосома – 2023 : материалы Междунар. конф. 5–10 сентября 2023 г. / Ин-т молекулярной и клеточной биологии СО РАН ; Новосиб. гос. ун-т. — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2023. — с. 167-168. (год публикации - 2023)
10.25205/978-5-4437-1514-8

9. Домашкина В.В., Леострин А.В., Носов Н.Н., Данилов Л.Г. , Родионов А.В., Конечная Г.Ю., Гусарова Г.Л. Проблемы баркодирования видов рода осока (Carex L.) на примере секции Ceratocystis Dumort. Сборник тезисов конференции «Plantae & Fungi – 2023: Вызовы XXI века», 25-29 сентября 2023 г., Владивосток, Россия. Владивосток: БСИ ДВО РАН, 2023, БСИ ДВО РАН, 2023. C. 88-89. (год публикации - 2023)
10.17581/paf2023.67

10. Цалковский И.А., Журбенко П.М., Соломенникова Ю.Н. LTR retrotransposon survey in Avena L. species based on clade-specific k-mers Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений» (PLANTGEN 2023): тезисы докладов / Под ред. A.A. Калачева, Т.А. Горшковой, М.Л. Пономаревой; ФИЦ «КазНЦ РАН», Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений» (PLANTGEN 2023): тезисы докладов / Под ред. A.A. Калачева, Т.А. Горшковой, М.Л. Пономаревой; ФИЦ «КазНЦ РАН» С. 415 (год публикации - 2023)

11. Гнутиков А.А., Носов Н.Н., Лоскутов И.Г., Блинова Е.В., Шнеер В.С., Родионов А.В. Origin of Wild Polyploid Avena Species Inferred from Polymorphism of the ITS1 rDNA in Their Genomes Diversity, volume 15, No 6, p. 717, 2023 (год публикации - 2023)
10.3390/d15060717

Публикации