Аннотации статей. Том 56, 2020 г., № 9
ГЕН FTO И БОЛЕЗНИ: ЗНАЧИМОСТЬ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОЛИМОРФИЗМА, ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИХ МОДИФИКАЦИЙ И СРЕДОВЫХ ФАКТОРОВ
Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, Томск, 634050 Россия; e-mail: aksana.kucher@medgenetics.ru
В обзоре приводится информация о функции гена FTO (известен как ген, ассоциированный с массой жира и ожирением) и кодируемого им фермента; о функциональной значимости однонуклеотидных замен (SNP) в кодирующих и некодирующих регионах гена и сфере их компетенции; об ассоциациях полиморфных вариантов гена FTO с заболеваниями и признаками; анализируются факторы, оказывающие модифицирующее влияние на эффекты полиморфных вариантов на риск развития болезней и вариабельность признаков. Ген FTO кодирует альфа-кетоглутарат-зависимую диоксигеназу, обладающую широкой сферой компетенций (в том числе – деметилирование РНК и одноцепочечных ДНК), имеющих важное значение для функционирования организма. Несинонимичные замены гена FTO приводят к развитию орфанного аутосомно-рецессивного заболевания (OMIM 612938). В некодирующих регионах FTO зарегистрирован большой спектр вариантов (в том числе имеющих регуляторную значимость – eQTL, sQTL и др.), сфера компетенций которых распространяется как на FTO, так и на близлежащие гены (IRX3, IRX5, RPGRIP1L). Для интронных полиморфных вариантов FTO установлены ассоциации с широким спектром заболеваний и признаков многофакторной природы (с ожирением и связанными с ним антропометрическими признаками; с показателями липидного обмена, сахарным диабетом (тип 2), ишемической болезнью сердца, метаболическим синдромом и другими заболеваниями). В подавляющем большинстве исследований к категории неблагоприятных относят одни и те же аллельные варианты; тем не менее не во всех популяциях подтверждаются ранее установленные ассоциации полиморфных вариантов гена FTO с заболеваниями (признаками). Установлено, что эффекты SNP гена FTO могут модифицироваться экзогенными и эндогенными средовыми факторами, образом жизни (в том числе – характером диеты, употреблением отдельных нутриентов и приемом лекарственных препаратов, физической активностью и т.д.). Эпигенетические факторы (метилирование CpG-сайтов) также имеют значение для регуляции уровня экспрессии гена FTO и эффектов отдельных SNP. Накопленные данные в отношении структуры и функции гена FTO, функциональной значимости кодируемого им фермента делают данный ген привлекательным с точки зрения разработки программ персонифицированных подходов в управлении здоровьем.
DOI: 10.31857/S0016675820090131
ГЕНОМНАЯ СЕЛЕКЦИЯ. I. ПОСЛЕДНИЕ ТЕНДЕНЦИИ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РАЗВИТИЯ
1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва, 119991 Россия; e-mail: * stolpovsky@mail.ru
** aleksei.piskunov@gmail.com, *** gulsvi@mail.ru
2 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, 630090 Россия
Существует прогноз, что мировой спрос на пищевые продукты животного и растительного происхождения увеличится на 74% уже к 2050 г. (Продовольственная и Сельскохозяйственная Организация ООН). Удовлетворение этого спроса без разрушительного воздействия на окружающую среду возможно лишь при условии сохранения принципов органического сельского хозяйства, а также внедрения новых технологий в животноводстве и растениеводстве. Ключевую роль в этом процессе может сыграть геномная селекция как один из наиболее перспективных и безопасных методов улучшения генетических качеств сельскохозяйственных животных и растений. В данном обзоре обобщены сведения о геномной селекции, обозначены возможные точки роста данного направления, показано как строится геномная оценка племенной ценности, каковы ключевые условия необходимые для ее реализации, обсуждаются преимущества и ограничения геномной и маркерной селекции.
DOI: 10.31857/S0016675820090143
ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ ГЕНОМА ОСТРОВОВ ПАТОГЕННОСТИ НЕТОКСИГЕННЫХ ШТАММОВ Vibrio cholerae O1 БИОВАРА ЭЛЬ ТОР
Российский научно-исследовательский противочумный институт “Микроб”, Саратов, 410005 Россия; e-mail: rusrapi@microbe.ru
Представлены результаты сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей островов патогенности (ОП) VPI-1 и VPI-2 43 штаммов нетоксигенных холерных вибрионов. Установлено, что они, отличаясь друг от друга по составу и структуре генома этих ОП, образуют три генетически разные группы (ctxA–tcpA+VPI-2+, ctxA–tcpA+VPI-2del+ и ctxA–tcpA–VPI-2del+), различающиеся по адаптивному потенциалу. Обнаружено, что уровень вариабельности генома ОП, обусловленной точечными мутациями и делециями разной протяженности, был неодинаков. Нуклеотидная последовательность структурных и регуляторных генов патогенности VPI-1, присутствующего в хромосоме нетоксигенных вибрионов ctxA–tcpA+, была в основном идентична таковой референсного токсиген-ного штамма. Было выявлено лишь небольшое число полиморфных сайтов (5) с единичными нуклеотидными заменами в генах acfB, асfС, tcpА, tcpF, tcpH. В то же время нестабильность генома VPI-2, проявляющаяся в образовании делеций разной длины (31131–49986 тпн) и возникновении множественных однонуклеотидных замен во всех сохранившихся генах, была весьма выраженной. Впервые установили, что потеря ДНК VPI-2 коррелировала с появлением множественных замен в его генах утилизации аминосахаров и сиаловых кислот, локализованных в области nan-nag (57–274 замен), включая ген nanH. Обнаружено 12 ранее не описанных аллельных вариантов гена nanH. Большое генетическое разнообразие этих генов, значимых для выживания вибрионов в разных экологических нишах, является, видимо, одной из возможных причин высокого адаптивного потенциала V. choleraе O1 биовара Эль Тор сtxA–tcpA–VPI-2del+, широко распространенных в водной среде. На основе анализа нуклеотидных последовательностей гена nanH из VPI-2, а также шести генов “домашнего хозяйства” проведен кластерный анализ, определивший филогенетические связи разных групп нетоксигенных штаммов между собой и с токсигенными. Обнаружена генетическая близость нетоксигенных вибрионов ctxA–tcpA+VPI-2+ и ctxA–tcpA+VPI-2del+ с возбудителем холеры. Полученные ранее неизвестныe сведения о структуре ОП нетоксигенных вибрионов не только способствуют более глубокому пониманию молекулярных механизмов возникновения генетически разнообразных штаммов с разным адаптивным потенциалом. Нетоксигенные штаммы с установленной структурой генома, не требующие удаления при его редактировании ключевых генов вирулентности, могут быть востребованы при создании нового поколения живых холерных вакцин.
DOI: 10.31857/S0016675820080147
ШАПЕРОН DnaK УЧАСТВУЕТ В ФОЛДИНГЕ, НО НЕ В РЕФОЛДИНГЕ ТЕРМОИНАКТИВИРОВАННЫХ БЕЛКОВ В Bacillus subtilis
1 Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”, Москва, 117545 Россия; e-mail: * gnuchikh_ey@genetika.ru, ** zavilgel@genetika.ru
2 НИЦ “Курчатовский институт”, Москва, 123098 Россия
3 Московский физико-технический институт, Московская область, Долгопрудный, 141700 Россия
Проведено исследование роли шаперонов DnaKJE и триггер-фактора (ТФ) в процессах фолдинга и рефолдинга белков в Bacillus subtilis. В качестве исследуемых белков были использованы бактериальные люциферазы Photobacterium leiognathi и Photorhabdus luminescens. Показано, что в отличие от Escherichia coli в клетках B. subtilis шаперон DnaKJE участвует в основном в фолдинге белков, но не в рефолдинге термоинактивированных белков. Показано, что шаперон ТФ в B. subtilis участвует в синтезе термолабильной люциферазы P. leiognathi, но значительно снижает уровень синтеза темостабильной люциферазы P. luminescens.
DOI: 10.31857/S0016675820090076
ЭКСПРЕССИЯ РЕКОМБИНАНТНЫХ ГЕНОВ SPO11 ЛОКАЛЬНО ИЗМЕНЯЕТ КРОССИНГОВЕР У ТОМАТА
1 Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, Москва, 127550 Россия; e-mail: recombination@iab.ac.ru
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, 119234 Россия
Неслучайное распределение вдоль хромосом мейотических рекомбинационных событий ограничивает разнообразие потенциальных генетических комбинаций среди потомства. Для перераспределения вовлеченных в рекомбинационные события регионов хромосом предложено использовать мейозо-специфичные гены белков Spo11 (генерирующих двухцепочечные разрывы ДНК) из филогенетически различных организмов. Для этого создали трансгенные растения томата, экспрессирующие под контролем конститутивного промотора 35S CaMV нативные гены SPO11 из дрожжей (Saccharomyces cerevisae) или Arabidopsis thaliana. Генетическим анализом показали, что экспрессия обоих целевых генов SPO11 частично нарушает моногенное наследование маркерных аллелей Wv:wv в хромосоме 2 и подавляет кроссинговер на участке между генами wv и d. Обнаружена устойчивая отрицательная корреляция между уровнями экспрессии целевых генов и снижением частоты кроссинговера на анализируемом участке хромосомы. В статье обсуждаются возможные генетические механизмы перераспределения кроссинговеров вдоль хромосомы 2 в результате экспрессии целевых генов SPO11.
DOI: 10.31857/S001667582009012X
АНАЛИЗ ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНА ГЕФЕСТИНА (HEPH) НА X-ХРОМОСОМЕ ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ К ДИКИМ ИЛИ ДОМАШНИМ ПРЕДСТАВИТЕЛЯМ ВИДА Sus scrofa
1 Институт генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси, Минск, 220072 Республика Беларусь; e-mail: v.kipen@igc.by
2 Белорусский государственный университет, Минск, 220030 Республика Беларусь
3 Международный государственный экологический институт им. А.Д. Сахарова БГУ, Минск, 220070 Республика Беларусь
4 Научно-практический центр Государственного комитета судебных экспертиз Республики Беларусь, Минск, 220114 Республика Беларусь
На практическом материале (образцы дикого кабана и семь основных пород домашней свиньи, разводимых в Республике Беларусь) подтвержден высокий дифференцирующий потенциал полиморфизма H3GA0051814 (ген HEPH). Предложена тест-модель из трех SNP – H3GA0051814 (HEPH), c.367G>A (MC1R) и g.299084751C>T (NR6A1), для дифференциации дикого кабана и домашней свиньи, которая выгодно отличается от имеющихся подходов, в первую очередь своей универсальностью (подходит для дифференциации в том числе и домашних пород свиней азиатского происхождения), а также высокими точностью (99.14%) и специфичностью (100%). С использованием HRM-анализа разработан быстрый и простой подход к дифференциации на основании предложенной тест-модели, который призван сократить временные и финансовые затраты на молекулярно-генетическое тестирование, а также снизить риск кросс-контаминации, так как процесс является одностадийным (исключены этапы рестрикции и электрофореза).
DOI: 10.31857/S0016675820080068
Y-ХРОМОСОМА КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДНК-ИДЕНТИФИКАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПУЛЯЦИОННОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
1 Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский
медицинский центр Российской академии наук, Томск, 634050 Россия; e-mail: vladimir.kharkov@medgenetics.ru
2 Дагестанский государственный медицинский университет, Махачкала, 367000 Россия
3 Институт физики Дагестанского федерального исследовательского центра Российской академии наук, Махачкала, 367015 Россия
Проведен анализ генетического разнообразия большого числа популяций по различным маркерам Y-хромосомы. Генотипирование широкого набора новых высокоинформативных маркеров SNP и YSTR показывает, что в пределах большинства гаплогрупп Y-хромосомы наблюдается разделение не только на этноспецифические линии, но и на более узкие сублинии и кластеры гаплотипов. Показана значительная степень популяционной и межэтнической генетической дифференциации. Большинство этнических генофондов характеризуются преобладанием или даже полным доминированием специфичных SNP по всем основным гаплогруппам, что открывает большой потенциал для использования в этнической идентификации биологических образцов мужчин.
DOI: 10.31857/S0016675820090118
АНАЛИЗ АГРЕССИВНОГО ПОВЕДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ 250 SNP-МАРКЕРОВ У МОЛОДЫХ РУССКИХ МУЖЧИН
1 Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова Российской академии наук, Москва, 119334 Россия; *e-mail: ub3dco@gmail.com
2 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва, 119991 Россия
3 Институт этнологии и антропологии им. Н.Н. Миклухо-Маклая Российской академии наук, Москва, 119017 Россия
До недавнего прошлого основным направлением генетических исследований агрессивного поведения был ассоциативный анализ генов-кандидатов, которые выявлялись по данным о связи фенотипических проявлений агрессии с функционированием нейромедиаторных систем и половых гормонов. В последние годы развивается новое направление полногеномных ассоциативных исследований агрессии, которое позволяет обнаруживать новые гены, ранее не попадавшие в зону интересов специалистов. Представляемое исследование является попыткой расширить рамки традиционных гено-кандидатных исследований путем проведения анализа агрессивного поведения у представителей русского этноса, проживающих в московском мегаполисе, на основе увеличенного набора SNP-маркеров в количестве 250 локусов. Использованный набор содержал кроме SNP-маркеров известных генов-кандидатов также единичные замены оснований в генах, участвующих в развитии и функционировании головного мозга, в процессах нейронального развития и синаптической пластичности, формировании межнейронных связей, а также в генах, связанных с различными патологиями головного мозга. Кроме того, в наборе SNP-маркеров также были представлены контрольные гены, никак не связанные как с агрессивным поведением, так и с поведением вообще. Это в первую очередь гены домашнего хозяйства; кроме того, гены, кодирующие белки, связанные с укладкой хроматид, и др. Самооценки агрессивного поведения определялись с помощью опросников Басса–Перри и реактивной–проактивной агрессии. После применения ряда фильтров в итоговую выборку вошли 35 мужчин. Секвенирование фрагментов, содержащих интересующие нас 250 однонуклеотидных полиморфных сайтов, провели на аппарате Ion PGM System на чипе Ion 318™ Chip. Метод главных компонент и кластерный анализ на основе апостериорной вероятности Байеса показали отсутствие подразделенности анализируемой выборки русских мужчин. Для каждой шкалы агрессии была получена значимая ассоциация со специфическим набором SNP-маркеров, и только один полиморфный локус rs1047788 был связан как с физической, так и с реактивной агрессией. Биоинформатический анализ позволил определить, что большинство из выявленных маркеров ассоциированы с нейропептидами, участвующими в развитии и функционировании нервной системы в целом и ее регенерации, развитии отделов головного мозга, ответственных за стрессовые реакции, регуляцию гуморальной системы и межклеточный сигналинг. Для ряда маркеров из этого набора удалось выявить возможные механизмы взаимосвязи с поведенческими признаками. Список выявленных генов: кортикотропин-рилизинг гормона – CRH, белка семеногелина 1 – SEMG1, белков межклеточных взаимодействий – LAMC2 и ITGA2, эндонуклеазы системы репарации ДНК – ERCC5, белка когезинового комплекса, обеспечивающего конъюгацию сестринских хромосом, – ESCO1, трансмембранной сериновой протеазы – TMPRSS15, ингибитора апоптоза – BIRC5, интерферона бета-1 – IFNB1, скаффолдного белка – XRCC1, белка теплового шока – HSP90AA1.
DOI: 10.31857/S0016675820080093
РОЛЬ ПОЛИМОРФНЫХ ЛОКУСОВ ГЕНА РЕЦЕПТОРА ОКСИТОЦИНА (OXTR) В РАЗВИТИИ АГРЕССИВНОГО ПОВЕДЕНИЯ У ЗДОРОВЫХ ИНДИВИДОВ
1 Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра
Российской академии наук, Уфа, 450054 Россия; e-mail: julia.dmitrievna@list.ru
2 Башкирский государственный медицинский университет, Уфа, 450008 Россия
3 Психологический институт Российской академии образования, Москва, 125009 Россия
Одним из ключевых элементов регуляции социального и агрессивного поведения является окситоцин, действие которого контролируется одноименным рецептором (OXTR). Учитывая многофакторную природу формирования агрессивности, дана оценка основных эффектов полиморфных локусов гена OXTR (rs53576, rs237911, rs7632287, rs2254298, rs2228485, rs13316193), а также эффекта гаплотипов и ген-средовых взаимодействий на фенотипические вариации агрессивности у 623 психически здоровых индивидов с учетом половой и этнической принадлежности. Была обнаружена ассоциация аллелей rs2228485*G (PFDR = 0.046) и rs237911*G (PFDR = 0.046) с пониженным уровнем агрессивности в группе индивидов татарской этнической принадлежности. Гаплотипический анализ выявил ассоциацию гаплотипа G*G*G (на основе полиморфных локусов rs53576, rs2228485 и rs237911) с пониженным уровнем агрессивности (Pperm = 0.020) у татар. В результате множественного регрессионного анализа был выявлен значимый модулирующий эффект таких средовых факторов, как “табакокурение” и “уровень отцовской опеки”, в случае ассоциации полиморфного локуса rs2228485 с уровнем агрессивности в общей выборке (Р = 0.029 и Р = 0.014 соответственно).
DOI: 10.31857/S0016675820090052
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРОТЕОМНЫЙ И ТРАНСКРИПТОМНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОГО К НИТРОН-ОЛИГОМИЦИНУ МУТАНТНОГО ШТАММА Streptomyces fradiae-nitR+bld
1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва, 119991 Россия; e-mail: obbekker@mail.ru
2 Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе, Москва, 119021 Россия
Штамм Streptomyces xinghaiensis (fradiae) ATCC19609 чувствителен к антибиотикам различных химических классов и сверхчувствителен к макролидному антибиотику олигомицину A. Спонтанный мутант S. fradiae-nitR+bld, устойчивый к нитрон-олигомицину, несет мутацию в гене транскрипционного регулятора РadR. Проведен сравнительный протеомный анализ инвертированных мембранных везикул мутантного штамма и штамма дикого типа S. xinghaiensis (fradiae) ATCC19609. С помощью масс-спектрометрического анализа были выявлены в везикулах мутантного штамма количественные изменения фракций белков двух ABC-транспортеров, лейциламинопептидазы, щелочной фосфатазы и аланиндегидрогеназы по сравнению с везикулами штамма дикого типа. В результате транскрипционного анализа было зарегистрировано увеличение уровней экспрессии генов ABC-транспортеров, щелочной фосфатазы и лейцил-аминопептидазы и падение уровня экспрессии гена аланиндегидрогеназы мутантного штамма S. fradiae-nitR+bld по сравнению со штаммом дикого типа. Это позволило сделать предположение, что ген padR, в котором была обнаружена мутация, может участвовать в процессах регуляции устойчивости к антибиотику и дифференцировки.
DOI: 10.31857/S0016675820090027
Статьи, опубликованные только в Russian J. of Genetics, № 9 – 2020 г.
Construction of a Genetic Map of RILs Derived from Wheat (T. aestivum L.) Varieties Pamyati Azieva X Paragon Using High-Throughput SNP Genotyping Platform Kasp - Kompetitive Allele Specific PCR
1 Institute of Plant Biology and Biotechnology, Almaty 050040, Kazakhstan
2 John Innes Centre,Norwich Research Park, Colney Ln, Norwich, NR4 7UH, UK
3 Al-Farabi Kazakh National University,71 Al-Farabi Ave., Almaty 050040, Kazakhstan
Correspondence to K. Yermekbayev
The main purposes of the study were (i) to develop a mapping population, (ii) to construct its genetic map for further identification of genes associated with important agronomic traits. To the best of our knowledge this is the first segregating population and genetic map developed for Kazakh bread wheat. The work is an example of how plant breeding programs in Kazakhstan have started successfully using next generation plant breeding methods to carry out systematic plant breeding to enhance final grain harvest. The KASP technology and SNP DNA-markers have been exploited to genotype and build a genetic map. The total length of the map was 1376 cM. A total 157, which spanned A, B and D subgenomes, out of the initial 178 SNP markers used formed 26 linkage groups leaving 1 duplicated and 20 unassigned markers. As threshold distance between markers was set ≤ 30 cM, two linkage groups were obtained for chromosomes such as 2А, 2В, 2D, 3A, 5A, 6B and 7A.Kosambi mapping function was employed to calculate recombination units. RILs were developed through SSD method up to F4 generation. Almost 97% of identified alleles were useful in evaluating the population’s genetic diversity; the remaining 3% showed no outcome. As a result, 77 DNA markers were mapped for A, 74 for B and 27 for D genomes. The mapping population will be genotyped using a high marker density array platform such as Illumina iSelect to obtain a genetic map with a relatively high coverage. Then, the population and high-resolution genetic map will be used to identify genes influencing wheat adaptation in Kazakhstan.
DOI: 10.1134/S102279542009015X
Distribution of HLA Alleles and Haplotypes in Tamil-Speaking South Indian Populations: Affinities with Spanish and Austronesian
1 Department of Immunology, School of Biological Sciences, Madurai Kamaraj University,
Madurai 625021, Tamil Nadu, India
2 Department of Zoology, Scott Christian College, Nagercoil 629001, Tamil Nadu, India
3 Department of Zoology, The American College, Madurai 625002, Tamil Nadu, India
Correspondence to K. Balakrishnan
The present study was aimed to study HLA-DRB1, -DQB1 alleles and haplotypes of two endogamous groups of South India. PCR-SSP typing of HLA-DRB1, -DQB1 alleles were performed on 63 Mukkuvar, primarily a coastal population and 101 Valayar, a population primarily living on the fringes of forest areas. Genetic distances, neighbor-joining dendrograms and correspondence analysis have been performed. The HLA class II alleles, DRB1*07 (32.5%), DRB1*15 (23.0%), DRB1*13 (11.1%) and DRB1*12 (10.3%) were more frequent among Mukkuvar. Among Valayar, DRB1*12 (18.8%), DRB1*15 (17.3%), DRB1*04 (15.4%), DRB1*07 (13.4%) and DRB1*10 (10.9%) were more frequent. Similarly, DQB1*06 (38.1%), DQB1*02 (26.2%) and DQB1*05 (20.5%) alleles among Mukkuvar and DQB1*06 (40.2%) and DQB1*05 (28.9%) among Valayar were more frequent. We genotyped the two most common South Indian two-locus haplotypes, such as DRB1*15-DQB1*06 and DRB1*07-DQB1*02 for HLA-A, -B and –C alleles to identify the 5-locus extended haplotypes. We identified the presence of a highly unique extended haplotype A*03-B*35-C*12-DRB1*07-DQB1*02 in Valayar (HF:0.2777) and Mukkuvar (HF:0.1666) hitherto not reported in any of the world populations. The HLA-DRB1 allele based phylogenetic analysis have demonstrated the unique and distinct phylogenetic relatedness of Mukkuvar and Valayar with other ethnic populations. The coastal population Mukkuvar is more closely related to Hispanic and Guanche populations. However, the Valayar revealed phylogenetic relatedness with Austronesian and Micronesian populations supporting the theory of coastal migrations of Out-of-Africa ancestral founding populations.
DOI: 10.1134/S1022795420090100