Онтогенез Brachiozoa: ключ к пониманию происхождения плана строения Phoronida и Brachiopoda

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 23-14-00020

НазваниеОнтогенез Brachiozoa: ключ к пониманию происхождения плана строения Phoronida и Brachiopoda

Руководитель Темерева Елена Николаевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология

Ключевые слова развитие, сравнительная анатомия, план строения

Код ГРНТИ34.03.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Brachiozoa - загадочная группа беспозвоночных, объединяющая два типа животных с диаметрально противоположным планом строения. Считается, что представители типа Phoronida в своем историческом развитии сложились на спинную сторону, тогда как брахиоподы (Brachiopoda) - на брюшную. Поскольку план строения является одной из круциальных черт для выделения крупных групп, то объединение настолько не похожих по плану строения существ представляется чрезвычайно необычным. Валидно ли выделение группы Brachiozoa, которое основано на молекулярно-генетических данных? Могут ли данные современной сравнительной анатомии и биологии развития помочь в реконструкции филогении этой группы? Действительно ли уникальность плана строения может рассматриваться как таксономический критерий для выделения групп ранга типа и выше? Настоящий проект направлен на изучение происхождения и становления плана строения в онтогенезе двух близкородственных групп беспозвоночных животных, имеющих принципиально разные планы строения - Phoronida и Brachiopoda. В ходе проекта методами морфологических исследований, молекулярно-генетического анализа и методик evo-devo будет изучен онтогенез форонид и брахиопод. На основе полученных данных будет сделан вывод о формировании плана строения у представителей обеих групп. В том числе, новые результаты позволят протестировать гипотезу "складывания Brachiopoda", гипотезу "закапывающегося предка Phoronida" и гипотезу "олигомерного предка Lophophorata" и предложить новые сценарии эволюции Brachiozoa, что станет основой для дальнейшей реконструкции путей диверсификации Spiralia и Bilateria. Проект предполагает использование новейших методик биологических исследований: 3D реконструкции анатомической организации, эксперименты по выявлению пролиферативной активности и апоптоза на различных стадиях онтогенеза, гибридизация in situ для выявления паттернов экспрессии генов (в том числе генов, отвечающих за паттернирование осей тела), анализ дифференциальной экспрессии генов на разных стадиях (у личинки, метаморфозных, ювенильных и взрослых особей) для расшифровки программ развития. Такой комплексный подход с использованием новейших методов никогда ранее не использовался в приложении ко всем стадиям онтогенеза форонид и брахиопод. В ходе проекта будут получены новые данные о развитии двух групп билатерально-симметричных животных, обладающих необычным планом строения, что станет существенным вкладом для дальнейшего анализа путей ранней эволюции Bilateria. Результаты проекта не только будут опубликованы в ведущих научных изданиях, но и будут изложены в качестве учебно-методических пособий, а так же включены в учебные курсы по сравнительной анатомии и эмбриологии беспозвоночных. По результатам проекта планируются защиты одной докторской, одной кандидатской и трех бакалаврских диссертаций, что является несомненным вкладом в развитие фундаментальной науки в России, популяризацию зоологических знаний и привлечение молодежи в российскую науку.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Пландин Ф.А., Темерева Е.Н. Anatomical data on Novocrania anomala (Brachiopoda: Craniiformea) support the “brachiopod fold” hypothesis Invertebrate Zoology, Invert. Zool. Vol.20. No.3. P.269–278. Договор №027/2023 от 26.08.2023 (год публикации - 2023)
10.15298/invertzool.20.3.01

2. Кузьмина Т.В., Темерева Е.Н. Два источника целомической мезодермы у брахиопод Doklady Biological Science (год публикации - 2024)

3. Темерева Е.Н. Unusual body division and epithelium structure in unusual phoronid Phoronis embryolabi Zoology (год публикации - 2024)
10.1016/j.zool.2024.126221

4. Пландин Ф.А., Темерева Е.Н. Revision of the muscular system in the brachiopod Novocrania anomala using 3D reconstruction: functional and paleontological significance Journal of Morphology (год публикации - 2024)

5. Кузьмина Т.В., Темерева Е.Н. Structure of the oral tentacles of early ontogeny stage in brachiopod Hemithiris psittacea (Rhynchonelliformea, Rhynchonellida) Journal of Morphology (год публикации - 2024)

6. Кузьмина Т., Кузьмин В., Богомолова Е., Малахов В. Organization of the blood system of rhynchonellid brachiopod Hemithiris psittacea (Brachiopoda: Rhynchonelliformea) Journal of Experimental Zoology Part A: Ecological and Integrative Physiology (год публикации - 2024)

7. Селищева А., Кузьмина Т. Effect of Posterior Gut Reduction on the Evolution of Rhynchonelliform Brachiopods Paleontological Journal (год публикации - 2024)

8. Юрченко О., Темерева Е. Spermatogenesis and unique spermatozoa in the viviparous phoronid Phoronis embryolabi Zoologischer Anzeiger (год публикации - 2024)
10.1016/j.jcz.2024.09.002

9. Борисанова А.О., Иванова О.В. Ultrastructure of a swimming-type larva of Barentsia gracilis (Entoprocta, Coloniales) Zoomorphology, Zoomorphology, Volume 143, pages 347–366 (год публикации - 2024)
10.1007/s00435-024-00657-4

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе отчетного периода проведены работы по изучению нескольких видов форонид и брахиопод морфологическими и молекулярно-генетическими методами. Получены сведения об особенностях морфологии и репродуктивной биологии форонид Phoronis embryolabi и Phoronis ovalis. Описана уникальная репродуктивная стратегия, которую демонстрирует Phoronis embryolabi и в которой сочетаются обычно не сочетаемые характеристики: мелкие размеры тела материнского организма, огромное количество продуцируемых яиц, вынашивание, матротрофия и формирование планктотрофной личинки. Описан оогенез Phoronis ovalis, который протекает без выраженного фолликула, что резко отличает его от ранее изученных видов форонид. Впервые описано строение мужских гамет Phoronis ovalis, которые не имеют типичной для спермиев форонид V-образной формы, а имеют задний жгутик. Выдвинуто предположение, что оплодотворение у этого вида наружное и происходит в ходах, которые сверлит форонида в толще створок моллюсков и куда откладываются неоплодотворенные яйца. Впервые для компетентных личинок и метаморфозных особей форонид проведены эксперименты по визуализации экспрессии генов методом in-situ гибридизации. По стандартной методике показана экспрессия генов Post 2 и Cdx, отвечающих за преобразования заднего конца тела, в том числе за структурные изменения кишечного эпителия. На личинках разных стадий и на метаморфозных животных апробирован протокол нового метода ISH-HCR (in situ hybridization chain reaction) для выявления экспрессии панейрональных маркеров elav и syt1. C использованием комплекса методов трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии, иммуноцитохимии и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии изучен онтогенез эпителия, мышечной и нервной систем мантии ринхонеллиформных брахиопод. Показана полная утрата щетинок, мышц и нервов личиночной мантийной лопасти и формирование их de novo у ювенили. Обнаружено, что именно на стадии формирования брефической раковины край мантии приобретает взрослый план строения, содержит мантийный желобок и все типы клеток, характерные для взрослых особей, что, вероятно, связанно с началом секреции вторичного слоя раковины. Впервые для лофофорат отработана авторская уникальная методика выделения тотальной ДНК для полногеномного секвенирования. Получены предварительные данные о необычной полиплоидной структуре генома форониды Phoronopsis harmeri, размер которого оценивается до мин. 1,5 Гб, в отличие от типичных для первичноротых животных 0,5 Гб. Выдвинуто предположение о сложном сценарии геномной эволюции у P. harmeri. С применением отработанной методики получен материал для полногеномного секвенирования брахиоподы Hemithiris psittacea. Методом искусственного оплодотворения в лабораторных условиях получены и зафиксированы для транскриптомного анализа последовательные стадии онтогенеза Hemithiris psittacea. Важным итогом гранта явлется защита в отчетном периоде 2 бакалавских и 1 кандидатской диссертации по теме проекта.

Публикации

3. Темерева Е.Н. Unusual body division and epithelium structure in unusual phoronid Phoronis embryolabi Zoology (год публикации - 2024)
10.1016/j.zool.2024.126221

7. Селищева А., Кузьмина Т. Effect of Posterior Gut Reduction on the Evolution of Rhynchonelliform Brachiopods Paleontological Journal (год публикации - 2024)