ДАННЫЙ НОМЕР ПОСВЯЩЕН 50-ЛЕТИЮ ВОГИС,
В НЕМ ПРЕДСТАВЛЕНЫ ОБЗОРНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ ПО ВАЖНЕЙШИМ НАПРАВЛЕНИЯМ ГЕНЕТИКИ
К 50-ЛЕТИЮ ВАВИЛОВСКОГО ОБЩЕСТВА ГЕНЕТИКОВ И СЕЛЕКЦИОНЕРОВ
1 Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН, Москва 119991
2 Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Москва 119234; e-mail: shestakovgen@mail.ru
3 Санкт-Петербургский государственный университет. Санкт-Петербург 199034; e-mail: ingevechtomov@gmail.com
Читать статью полностью 
ПРИНЦИПИАЛЬНО НИЗКАЯ ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАКА
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва 117997; e-mail: irina.alekseenko@mail.ru
В обзоре предпринимается попытка объяснить множество неудач в лечении рака, основным источником которых, вероятно, является чрезвычайная вариабельность раковых геномов, меняющая их архитектуру в пространстве и времени в процессе развития опухоли. Рассмотрены основные причины невоспроизводимости биомедицинских данных и возможные направления улучшения терапевтических результатов, нацеленные на использование наиболее стабильных характеристик опухолей
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АДАПТИВНОГО ИММУНИТЕТА ПОЗВОНОЧНЫХ
1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, кафедра иммунологии, Москва 119234; e-mail: shilov_evgeny@inbox.ru
2 Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН, Москва 119991
Возникновение адаптивного иммунитета у позвоночных было многостадийным процессом, который можно реконструировать на основе данных о строении иммунных систем современных хрящевых и костных рыб, а также круглоротых. Наиболее вероятным представляется следующий эволюционный сценарий: локусы генов, кодирующих Т-клеточные рецепторы, возникли на основе рецепторов NK-подобных клеток, локусы антител возникли на основе локусов Т-клеточных рецепторов, локус MHC возник на основе локуса, отвечающего за врожденный иммунитет ранних хордовых. Сами предковые молекулы MHC, вероятнее всего, участвовали в трансплантационном иммунитете до того, как приобрели способность к презентации антигенных пептидов
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СЕЛЕКЦИИ: СИСТЕМА CRISPR/CAS9 ДЛЯ РЕДАКТИРОВАНИЯ ГЕНОМА РАСТЕНИЙ
1 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск 630090; e-mail: khlest@bionet.nsc.ru
2 Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск 630090
В обзоре анализируется степень интегрированности методов современной генетики и биотехнологии в селекционный процесс и обсуждается потенциальная роль и эффективность новейшего подхода - геномного редактирования. Более 30 лет назад было предложено использование молекулярных (ДНК) маркеров в селекции, и сегодня ДНК-маркеры являются широко распространенным вспомогательным инструментом при отборе растений по моно- или олигогенным признакам. В последние годы с автоматизацией методов анализа полиморфизма ДНК и удешевлением секвенирования происходит активное внедрение геномной селекции - эффективного для отбора по сложным количественным признакам метода, основанного на полногеномном генотипировании селекционного материала. Кроме того, в селекции растений широко используются биотехнологические подходы, например, метод удвоенных гаплоидов, позволяющий в ускоренном режиме получать гомозиготные формы. С помощью геномных и биотехнологических подходов сокращаются сроки создания сортов и посевные площади, занятые в процессе селекции, снижаются финансовые затраты на создание сорта. Однако на этом возможности современной селекции не исчерпываются. Около 10 лет назад на растениях были достигнуты первые результаты по редактированию генома, а в течение последних двух лет благодаря использованию относительно простой и удобной системы CRISPR/Cas9 наблюдается резкое возрастание числа опубликованных работ, сообщающих об успешном редактировании генома растений, в том числе направленной модификации хозяйственно ценных генов возделываемых растений (картофель, капуста, томат, кукуруза, рис, пшеница, ячмень, соя, сорго). Опубликованные работы демонстрируют возможность получения с помощью системы CRISPR/Cas9 нетрансгенных растений со специфическими заданными мутациями, стабильно наследуемыми в поколениях. Эта возможность открывает широкую перспективу для получения сортов с заданными моно- и олигогенными признаками
МЕТОДЫ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ФЕНОТИПИРОВАНИЯ РАСТЕНИЙ ДЛЯ МАССОВЫХ СЕЛЕКЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
1 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск 630090; е-mail: ada@bionet.nsc.ru
2 Новосибирский государственный университет, Новосибирск 630090
В связи с необходимостью анализа фенотипических характеристик в широкомасштабных генетических и селекционных экспериментах у растений бурное развитие получила феномика, область науки на стыке биологии и информатики, которая решает задачи быстрой, точной оценкифенотипа растений. В ее основе лежит использование методов компьютерного анализа изображений и интеграции биологических данных. Новые подходы позволяют за счет автоматизации существенно ускорить процесс оценки характеристик фенотипа, увеличить его точность, устранив субъективизм, присущий человеку. В обзоре представлены основные технологии массового фенотипирования растений как в контролируемых, так и полевых условиях, их недостатки и преимущества, а также перспективы использования для эффективного решения задач генетики селекции растений
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ГЕНОВ В ГЕНОМЫ НАСЕКОМЫХ
1 Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН, Москва 119991; e-mail: iaz34@mail.ru
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва
Горизонтальный перенос генов (ГПГ) широко распространен в мире прокариот, но примеры этого явления среди многоклеточных животных, в частности насекомых, немногочисленны. В данном обзоре рассмотрен перенос генов в ядерные геномы насекомых из митохондриального генома (внутриклеточный ГПГ), из геномов вирусов, бактерий, грибов и неродственных насекомых. В большинстве случаев механизмы такого переноса остаются неизвестными. Многие перенесенные через ГПГ про- и эукариотические гены в геноме насекомых экспрессируются, и могут в отдельных случаях обеспечивать такие эволюционные инновации, которые рассматриваются как ароморфозы
ХРОМОСОМА-ЛЕТОПИСЕЦ: ДАТИРОВКИ ГЕНЕТИКИ, СОБЫТИЯ ИСТОРИИ, СОБЛАЗН ДНК-ГЕНЕАЛОГИИ
1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Москва 119991
2 Медико-генетический научный центр, Москва 115478; e-mail: balanovsky@inbox.ru
Нерекомбинирующие части генома - Y-хромосомы и митохондриальная ДНК – широко используются для изучения генофондов популяций человека и реконструкции их истории. Эти системы предоставляют возможность генетического датирования кластеров возникающих гаплотипов. Основным методом расчета возраста является ρ-статистика – среднее число мутаций от гаплотипа-основателя до всех современных гаплотипов. Умножая это число на скорость мутирования, исследователь получает оценку возраста кластера. Для STR-гаплотипов Y-хромосомы используется также второй метод расчета - ASD, основанный на среднеквадратичном различии в числе повторов. Кроме методов расчета, все большее значение приобретают методы байесовского моделирования. Вычислительно они значительно сложнее, но позволяют получить апостериорное распределение интересующих исследователя величин, в наибольшей степени согласующееся с экспериментальными данными.
И для методов расчета, и для методов моделирования необходимо знать скорость мутирования. Она определяется либо при анализе родословных, либо путем калибровок на популяциях с известным временем формирования. Для STR-гаплотипов Y-хромосомы эти два подхода дали трехкратно различающиеся скорости. Этопротиворечие удалось снять только недавно, благодаря использованию данных полного секвенирования Y-хромосомы: «полногеномные» скорости однонуклеотидных мутаций совпадают при использовании обоих подходов и очерчивают границы применимости разных STR-скоростей.
Еще более важной, чем проблема скоростей, является проблема соотнесения реконструированной истории гаплогруппы (кластера гаплотипов) с историей популяции. Хотя необходимость различения «истории линий» и «истории популяций» была отмечена еще на заре филогеографических исследований, имеется ряд приемов и условий реконструкции популяционной истории с помощью генетических датировок.Известно, что существуют лишь некоторые демографические ситуации, в которых события истории популяции (народа) оставляют четкие следы в истории гаплогрупп. Прямое же отождествление истории народа с историей встреченных у него гаплогрупп неправомочно и избегается в популяционно-генетических работах,хотяиз-за своей простоты и притягательности является постоянным соблазном для исследователей. Пример ДНК-генеалогии – любительской области, вышедшей за пределыдаже гражданской науки и последовательно применяющейпринцип приравнивания гаплогруппы, рода и популяции, приводящий к абсурдным результатам (например, Евразии как прародины человечества), - может послужить предостережением от упрощенного подхода к интерпретации генетических датировок
МИГРАЦИЯ – ОСНОВНОЙ ФАКТОР ПОПУЛЯЦИОННОЙ ДИНАМИКИ ГОРОДСКОГО НАСЕЛЕНИЯ РОССИИ
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Москва 119991; e-mail: kurbatova@vigg.ru, yankovsky@vigg.ru
В обзоре обобщены результаты многолетних генетико-демографических исследований миграционных процессов в России и ее столице, выполненных в ИОГен РАН. Приведены основные популяционно-генетические параметры миграции и их динамика в Москве за 100-летний период. Рассмотрена социально-демографическая и популяционно-генетическая значимость миграционных процессов. Представлены модель прогнозирования динамики генофонда популяции под давлением миграции для генов разной локализации (аутосомных, сцепленных с полом и митохондриальных) и примеры прогноза динамики в московской популяции частот ряда генетических маркеров, в том числе генов, обуславливающих моногенную патологию и ассоциированных с устойчивостью к социально-значимым заболеваниям. Обсуждаются: селективный характер миграционных процессов, в частности процессов эмиграции, в отношении ряда генетически-значимых этнодемографических признаков, проблема адаптации мигрантов и адаптивные стратегии консолидации этноконфессиональных групп в условиях мегаполиса (компактное расселение на городской территории и положительная брачная ассортативность по демографическим признакам). Показано, что благодаря огромному притоку мигрантов и потокам генов между этническими группами, население мегаполиса представляет собой популяцию смешанного происхождения в этническом, антропологическом и генетическом аспектах. Результаты исследований предопределяют необходимость разработки особой стратегии формирования генетических баз данных населения мегаполисов в целях медицинской генетики и судебной медицины
ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ И БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА
1 Научно-исследовательский институт медицинской генетики РАН, Томск 634050; е-mail: vadim.stepanov@medgenetics.ru
2 Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск 634050
Установление механизмов возникновения и распространение комплексных многофакторных заболеваний (МФЗ) в современных популяциях человека требует нового взгляда, новых подходов, новых гипотез и парадигм. Одним из таких перспективных подходов в понимании природы болезней человека является изучение заболеваний человека в эволюционном контексте. В отличие от классических подходов, ориентированных на прикладные вопросы о структуре и механизмах развития болезни, эволюционный подход шире, так как позволяет рассматривать происхождение, распространение и поддержание высокой частоты патологических фенотипов в популяциях. В настоящей статье мы попытались обобщить современные представления об эволюции генетического разнообразия человека, очертить контуры эволюционной медицины, проиллюстрировать эволюционно-медицинскую проблематику рядом современных концепций и собственными данными. Приводятся данные поиска сигналов деканализации и адаптации в масштабе всего генома человека и связанных с этими сигналами биологических процессов и заболеваний. Некоторые гипотезы и концепции эволюционной медицины могут быть продуктивными для выявления механизмов возникновения, распространения и патогенетики МФЗ. Одной из таких концепций является гипотеза канализации-деканализации геном-феномных отношений под действием естественного отбора в ходе расселения современного человека. Вероятно, высокая частота аллелей, ассоциированных с комплексными болезнями в некоторых популяциях человека (а отчасти и высокая частота самих болезней многофакторной природы), может быть рассмотрена и объяснена в рамках этой гипотезы
ОЦЕНКИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ ГЕНОВ: КРИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Москва 119991; e-mail: rubanovich@vigg.ru
2 Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии
им. Р.Р. Вредена Минздрава России, Санкт-Петербург 195427; e-mail: Nikita.KhromovBorisov@gmail.com
При оценке совместного действия генов на изучаемый количественный или качественный фенотип можно столкнуться с явлением, которое мы условно назвали «парадоксом» сложения рисков. Это происходит в случае, если поиск «рисковых» аллелей и оценка их совместного действия проводятся на одной и той же выборке. Особенно часто эта методическая ошибка возникает при подсчете индекса генетического риска (GRS – genetic risk score), под которым понимается суммарное число аллелей, ассоциированных с заболеванием. Рассмотрены примеры публикаций ассоциативных генетических исследований, в которых заявленная статистическая значимость эффектов может быть отнесена за счет «парадокса» сложения рисков. Во второй части обзора обсуждаются современные модификации множественного регрессионного анализа, направленные на решение «проблемы n << p » (число точек много меньше числа возможных предикторов). Рассматриваются различные алгоритмы поиска значимых комбинаций предикторов (model selection), начиная от обычного отбора «топовых» предикторов (marginal screening), до «лассо» и новейших алгоритмов «сжатия измерений» (compressed sensing)