Том 60, № 8 (2024)

Задержка роста плода – осложнение беременности, определяемое как неспособность плода реализовать свой генетически обусловленный потенциал роста. Несмотря на высокую социальную и медицинскую значимость этой проблемы, к настоящему времени точный патогенез задержки роста плода не известен, поэтому несомненный интерес представляет анализ молекулярно-генетических механизмов данной патологии в рамках подходов, использующих современные высокопроизводительные технологии массового параллельного секвенирования. В настоящем обзоре мы сконцентрировались на анализе данных, полученных в исследованиях генетической компоненты задержки роста плода, авторами которых использованы технологии массового параллельного секвенирования и осуществлено полнотранскриптомное профилирование. Результаты полногеномного анализа экспрессии генов плацентарной ткани позволяют выделить 1430 дифференциально экспрессирующихся при задержке роста плода и физиологической беременности генов, из которых только 1% найден хотя бы в двух работах. Эти дифференциально экспрессирующиеся гены вовлечены в сигнальный путь Wnt/β-катенина, который играет важную роль в миграции клеток, формировании нейронных паттернов и органогенезе во время эмбрионального развития. Общие гены ассоциированы как с акушерскими и гинекологическими заболеваниями, так и с различными соматическими состояниями из групп нейродегенеративных, сердечно-сосудистых заболеваний, психических расстройств, что, вероятно, отражает их вовлеченность в развитие постнатальных последствий задержки роста плода. Результаты нашей работы не только указывают на потенциальные молекулярные механизмы и ключевые гены, лежащие в основе задержки роста плода, но также свидетельствует о важной роли ген-генных коммуникаций в механизмах реализации этой патологии: около 30% продуктов всех идентифицированных дифференциально экспрессирующихся генов взаимодействуют между собой в рамках одной генной сети. В целом, полногеномное секвенирование РНК в совокупности с анализом белок-белковых взаимосвязей, представляет собой перспективное направление в исследованиях развития и функционирования плаценты, а также идентификации молекулярно-генетических механизмов заболеваний, связанных с плацентарной недостаточностью, в том числе с задержкой роста плода.

Получение микроорганизмов-продуцентов биологически активных соединений для сельского хозяйства, химической, ветеринарной и фармацевтической промышленности, а также для защиты окружающей среды по-прежнему является актуальным направлением микробной биотехнологии. Одним из наиболее эффективных подходов создания продуцентов выступает химический мутагенез, который в совокупности с грамотной стратегией селекции позволяет получить высокопродуктивные штаммы. Существенным недостатком химического мутагенеза является большое количество индуцируемых мутаций в геномах штаммов-мутантов, что затрудняет идентификацию генов и соответственно биосинтетических путей, задействованных в продукции того или иного соединения. Решением данной проблемы стали современные технологии секвенирования и анализа генома, что позволило идентифицировать новые гены и неизвестные биохимические пути, принимающие участие в формировании биологически активных соединений. Цель работы – геномный анализ мутантного штамма B-162/2 бактерий Рseudomonas chlororaphis subsp. aurantiaca, способного к повышенной продукции биологически активных соединений феназинового ряда и демонстрирующего устойчивость к пероксиду водорода. При анализе полноразмерного генома штамма В-162/2 было идентифицировано 6482 кодирующие последовательности и 64 последовательности, кодирующие РНК. Сравнение генома штамма В-162/2 с геномом штамма дикого типа В-162 позволило идентифицировать 39 мутаций, пять из которых локализованы в межгенных областях, а 34 затрагивали кодирующие последовательности. Среди обнаруженных мутаций 14 приводили к радикальным заменам аминокислот в белках, а две привели к формированию преждевременных стоп-кодонов (сенсор метильных групп и транспортер MFS-типа). Обнаружено несколько замен с высокими значениями коэффициента Grantham, которые потенциально могли привести к изменению активности соответствующих белков. Определено наличие в геноме штамма B-162/2 трех регионов, содержащих фаговые гены.

Межвидовая и внутривидовая структура генетической изменчивости была изучена с помощью 18 микросателлитных локусов (nSSR) у близкородственных робуроидных дубов крымско-кавказского региона (секция Quercus). Исследовались семь наиболее распространенных в регионе таксонов из 29 морфологически чистых популяций в пределах разных частей Северного Кавказа, Закавказья, Крыма и северо-восточной Европы. Большинство таксонов были впервые исследованы с помощью nSSR-маркеров. Среди 492 изученных деревьев метод байесовской кластеризации STRUCTURE выделил кластеры, соответствующие дубу черешчатому Quercus robur, дубу Гартвиса Q. hartwissiana, дубу крупнопыльниковому Q. macranthera, дубу пушистому Q. pubescens и трем подвидам дуба скального: Q. petraea ssp. petraea, Q. petraea ssp. iberica, Q. petraea ssp. medwediewii. Географическая структура была выявлена внутри Q. robur, Q. pubescens и Q. p. ssp. petraea. Использованные nSSR-локусы хорошо диагностируют таксономическую принадлежность индивидуумов, выявляя при этом гибридные образцы. Показана близость друг к другу «длинноплодоножковых» робуроидных дубов (Q. robur, Q. hartwissiana) при большей степени отличий от других видов. У одного из подвидов дуба скального, широко распространенного на Северном Кавказе и в Крыму, – дуба известнякового Q. petraea ssp. medwediewii (syn. Q. calcarea) – обнаружены значительные отличия от других таксонов, достигающие видового уровня. Предположение о возможном гибридном происхождении дуба известнякового в результате гибридизации Q. petraea и Q. pubescens генетическим анализом не подтверждается. Два других подвида Q. petraea (типовой Q. p. ssp. petraea и дуб грузинский Q. p. ssp. iberica) дифференцированы в меньшей степени и родственны между собой, что подтверждает правомерность выделения двух географически обособленных таксонов в ранге подвидов. Наиболее высокая изменчивость наблюдалась в популяциях Q. pubescens (H_e = 0.777). У Q. p. ssp. medwediewii показатели изменчивости были ниже, чем у других широко распространенных таксонов (H_e = 0.652), и находились примерно на уровне изменчивости Q. hartwissiana (H_e = 0.633) и Q. macranthera (H_e = 0.659). Четкая дифференциация таксонов по ядерным маркерам показывает ограниченность интрогрессии близких видов дуба на Кавказе и в Крыму. Выделенные генетические кластеры могут быть использованы как референсные группы для дальнейших популяционно-генетических исследований дубов крымско-кавказского региона.

Маркерная селекция для повышения мясной продуктивности северного оленя находится в начальной стадии разработки, для которой требуется изучение изменчивости в генах-кандидатах мясной продуктивности. В качестве таких генов нами были выбраны гены кальпастатина и андрогенового рецептора для изучения их изменчивости у северного оленя. Полиморфизм и индели в гене андрогенового рецептора связывают с характеристиками роста и веса у разных видов одомашненных животных. Изменчивость в регионе гена кальпастатина CAST по результатам многих исследований была ассоциирована с качеством мяса и мясной продуктивностью скота. Анализ главных компонент по изменчивости CAST объединил диких и домашних оленей Якутии, а также диких и домашних оленей из Амурской обл., что подразумевает поток генов между локальными породами одомашненного оленя и дикими популяциями. При этом в случае обнаруженных в данном исследовании трех микросателлитных локусов в интроне андрогенового рецептора анализ главных компонент разделил диких и домашних оленей.

С помощью технологии высокопродуктивного секвенирования нового поколения (NGS) в 14 выборках из трех популяций черемухово-злаковой тли (Rhopalosiphum padi L.) изучали полиморфизм фрагмента гена ND4, кодирующего субъединицу 4 NADH-дегидрогеназы, и определяли спектр точечных замен. Насекомых собирали на северо-западе России (окрестности С.-Петербурга) и на Северном Кавказе (Краснодарский край и Дагестан). Идентифицировали гаплотипы митохондриальной ДНК (мтДНК), нуклеотидные последовательности которых на 97.95–99.80% совпадали с референсной (GenBank accession KT447631.1). Уровень внутривидового полиморфизма данного фрагмента гена ND4 длиной 438 пн варьировал от 0.2 до 4.3%. В течение двух лет в последовательностях ND4 найдено 33 полиморфных сайта (17 транзиций и 16 трансверсий), что позволило идентифицировать 30 гаплотипов мтДНК. Популяции Rh. padi, собранные одновременно на разных растениях-хозяевах или в разное время на черемухе (весной) и злаках (летом), различались по соотношению основного гаплотипа, а также по составу уникальных минорных гаплотипов. Анализ соотношений митохондриальных ДНК гаплотипов свидетельствует о важной роли генотипа растения-хозяина при формировании структуры популяций Rh. padi.

Проведен анализ гена терморецептора TRPM8 (rs7593557) у населения (15 выборок), проживающего в разных регионах Северной Азии, Алтае-Саянского нагорья, а также в Канаде. Высокие частоты редкого генотипа и аллеля в популяциях Алтае-Саянского региона и Западной Сибири обнаружены у теленгитов (22.2 и 41.7% соответственно), низкие – у сибирских татар (3.2 и 18.5% соответственно), а среди народов севера Сибири и Дальнего Востока высокая частота обнаружена у нанайцев (22.2 и 42.6% соответственно), а низкая – у якутов (1.1 и 10.9% соответственно). Отклонений от равновесия Харди–Вайнберга не обнаружено. Проведена трансассоциация полиморфизмов генов TRPV1, TRPA1 и TRPM8 с помощью метода регрессионного анализа в 14 популяциях. Из всех трех пар только в одной – TRPV1/TRPM8 была выявлена положительная корреляция (0.55, df = 13, P-value = 0.032). В парах TRPV1/TRPA и TRPA1/TRPM8 выявлена отрицательная корреляция (–0.545, df = 13, P-value = 0.048) и (–0.46, df = 13, P-value = 0.097). Полученные нами данные свидетельствуют о том, что изученные полиморфные варианты генов TRPV1 и TRPM8 скоррелированы между собой и отрицательно скоррелированы с TRPA. Полученные результаты возможно свидетельствуют о коэволюции данных генов. Ранее было показано, что TRPV1, так же как и TRPM8, выявлен с высокой частотой в популяции нанайцев. Вероятно, эти две мутации пришли одновременно с Восточной Азии и распространились по территории России, тем самым и объясняется то, что они скоррелированы между собой положительно.

С помощью филогенетического анализа нуклеотидных последовательностей целых митохондриальных геномов (мтДНК), позволяющего исследовать генетические изменения на протяжении многих поколений, реконструирован спектр нуклеотидных замен (по L-цепи мтДНК) в популяциях Европы. Также проанализированы спектры нуклеотидных замен мтДНК, наблюдаемых в состоянии гетероплазмии (на уровне ≥ 1% и ≥ 5%) у детей первого поколения. Обнаружено, что спектры нуклеотидных замен, реконструированных через одно и многие поколения, практически не различаются по основным параметрам: по распределению пиримидиновых и пуриновых замен (с преобладанием транзиций T>C), соотношению числа транзиций и трансверсий. Анализ филогенетического дерева гаплотипов мтДНК у европейцев отчетливо выявил влияние отрицательного (очищающего) отбора на митохондриальный генофонд. Предполагается, что селективные процессы, направляющие эволюцию мтДНК в одном и многих поколениях, имеют сходный характер, то есть обусловлены отрицательным отбором. Обсуждается проблема появления и распространения мутаций в митохондриях клеток зародышевой линии.

Triticum militinae Zhuk. et Migusch. – тетраплоидная пшеница с геномом GAA, считается естественным голозерным мутантом Triticum timopheevii Zhuk. Ранее для этой пшеницы проводились эксперименты по изучению кариотипа и особенностей скрещивания. Для выяснения происхождения и родства T. militinae с другими представителями пшеницевых большой интерес представляет анализ ее хлоропластного генома, который оставался неизученным. Нами впервые было проведено секвенирование и аннотация полного хлоропластного генома T. militinae, размер которого оказался равным 135898 пн. В структуре пластома этой пшеницы имеются пара инвертированных повторов размером 21552 пн каждый, область маленькой единичной копии (SSC) – 12791 пн, и область большой единичной копии (LSC) – 80003 пн. В составе хлоропластного генома T. militinae аннотировано 132 структурных гена, из которых 85 белок-кодирующих, 31 ген тРНК и четыре гена рРНК.