Аннотации статей. Том 56, 2020 г., № 11
ЗАКОН ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ И СИСТЕМАТИКА
1 Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук, Санкт-Петербург, 197376 Россия; e-mail: avrodionov@mail.ru
2 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, 199034 Россия
3 Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия
Обсуждается значение Закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова для систематики растений. Согласно Закону, линнеевский вид предлагалось рассматривать как динамическую систему эколого-географических рас – наследственных форм, каждая из которых может меняться во времени и пространстве под действием факторов внешней среды, мутаций и в результате перекомбинации аллелей при гибридизации в природе или эксперименте. Виды в природе могут различаться по многим признакам, но скрытый в генотипе спектр потенциальной изменчивости морфологических и физиологических признаков у родственных видов почти одинаков. Родственные рода и виды различаются лишь по немногим признакам (радикалам), которые и являются таксономически значимыми. Выявить радикалы и генетическое родство видов можно раскрыв в эксперименте характерное для данного вида скрытое внутривидовое фенотипическое и генетическое разнообразие. Чем дальше друг от друга виды, тем менее перекрываются спектры изменчивости их фенотипов. Потребовалось время и новые эффективные методы оценки генетического родства растений (такие как кариосистематика, иммуносистематика, GISH, молекулярная филогения), чтобы исследование признаков родства, а не только признаков морфологического сходства стало возможным поставить на службу систематике растений. Для современного этапа исследования параллельной генотипической изменчивости у растений характерно то, что в результате достижений молекулярной филогении и сравнительной геномики появилась реальная возможность изучать феномен морфологически неразличимых, но генетически разнородных (криптических) видов, исследовать степень генетического разнообразия и родства природных популяций морфологически полиморфных видов с широким ареалом.
DOI: 10.31857/S0016675820110077
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОВ, ИНДУЦИРУЮЩИХ И СУПРЕССИРУЮЩИХ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКУЮ МУЖСКУЮ СТЕРИЛЬНОСТЬ У РАСТЕНИЙ
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия; e-mail: irina_anisimova@inbox.ru
Цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) присуща всем высшим растениям; она встречается в природных популяциях либо возникает при отдаленной (половой и соматической) гибридизации. Признаки ЦМС и восстановления фертильности – важные факторы видообразования, а также одни из наиболее значимых для гибридной селекции. В обзоре рассмотрены особенности структурно-функциональной организации ассоциированных с ЦМС генов митохондрий у форм с разными типами стерилизующих цитоплазм. Обсуждается природа ядерных PPR-генов как наиболее вероятных кандидатов, связанных с признаком восстановления фертильности пыльцы; приведены примеры “нетипичных” генов Rf, обнаруженных у некоторых видов. Исследование различных по происхождению генетических систем ЦМС-Rf выявило параллелизм в изменчивости генов, ответственных за проявление признаков ЦМС и восстановление фертильности пыльцы у растений.
DOI: 10.31857/S0016675820110028
МНОГОКОЛОСКОВЫЕ ФОРМЫ ПШЕНИЦЫ – МОДЕЛИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ РЕГУЛЯЦИИ РАЗВИТИЯ СОЦВЕТИЯ
1 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, 630090 Россия; e-mail: oxanad@bionet.nsc.ru
2 Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия
Практически все виды пшеницы имеют простой колос. Исключением является тетраплоидная пшеница тучная Triticum turgidum L., ветвистоколосые формы которой широко распространены и известны около 2000 лет. Что касается других видов пшениц, многоколосковые формы встречаются редко, и многоколосковый/ветвистый колос относят к нестандартным морфотипам. Н.И. Вавилов в качестве одного из примеров, иллюстрирующих закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, представил признак “ветвистость колоса”, свойственный “не только многим видам пшеницы и ржи, но и множеству других родов с колосовым соцветием или колосовой метелкой”. Исследования генетических факторов, лежащих в основе формирования признака “многоколосковость/ветвистоколосость”, изучение особенностей развития соцветий нестандартных ветвистоколосых форм пшеницы позволили показать генетическую природу параллельной наследственной изменчивости этого признака. Вместе с тем обнаружено, что группа многоколосковых/ветвистоколосых линий гетерогенна, и в основе формирования ветвистого колоса могут лежать различные генетические механизмы. В настоящем обзоре представлена ретроспектива научных исследований, посвященных созданию многоколосковых форм пшеницы, изучению генетики признака “многоколосковость/ветвистость колоса”, показаны результаты современных исследований генетической регуляции морфогенеза соцветия злаков с использованием многоколосковых линий в качестве генетических моделей.
DOI: 10.31857/S001667582011003X
РОЛЬ ОРТОЛОГОВ ГЕНА TFL1 В ОПРЕДЕЛЕНИИ АРХИТЕКТОНИКИ РАСТЕНИЙ
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия; e-mail: e.krylova@vir.nw.ru
Одним из важнейших признаков в доместикации и селекции растений является тип роста стебля, который может быть детерминантным (законченным) или индетерминантным (незаконченным). У отдельных таксонов выделяют полудетерминантный тип. У разных культур могут отдаваться предпочтения сортам с различным типом роста стебля, поэтому среди покрытосеменных растений по данному признаку наблюдаются ярко выраженные гомологические ряды в наследственной изменчивости. В обзоре рассмотрены молекулярно-генетические механизмы контроля типа роста стебля у двудольных и однодольных растений, лежащие в основе фенотипической изменчивости. Представлены сведения об известных генах-гомологах TFL1 арабидопсиса. Проведенное сравнение современных данных о генетическом контроле типа роста стебля у представителей разных таксонов покрытосеменных растений позволяет подчеркнуть высокую эволюционную консервативность механизмов молекулярно-генетического контроля инициации цветения, а также консервативность функции генов, участвующих в этом процессе.
DOI: 10.31857/S0016675820110053
ЭВОЛЮЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РЕГУЛЯЦИИ ЦВЕТЕНИЯ: “ФЛОРИГЕНЫ” И “АНТИФЛОРИГЕНЫ”
Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии, Санкт-Петербург, 199034 Россия; e-mail: m.a.lebedeva@spbu.ru
Для успешного выживания и размножения в различных экологических условиях растения выработали комплекс регуляторных механизмов, которые управляют их развитием в зависимости от изменения условий среды. Переход растений к половому размножению является важным этапом их жизненного цикла, и в зависимости от условий произрастания разные группы растений выбирают оптимальные периоды для запуска этой программы развития. Инициация цветения у покрытосеменных контролируется с помощью ряда сложных регуляторных путей, интегрирующих информацию, поступающую из окружающей среды, – прежде всего изменение температуры и длины светового дня, которые являются показателями смены сезонов и, таким образом, сигналами для запуска программы цветения. У Arabidopsis thaliana одним из ключевых регуляторов цветения является белок FLOWERING LOCUS T (FT) – флориген, гомологи которого выявлены у других покрытосеменных. В настоящем обзоре рассмотрены молекулярные механизмы регуляции цветения с участием FT-подобных белков у разных групп растений, а также роль этих белков в других процессах развития. Особое внимание уделено эволюционным изменениям, произошедшим в FT-подобных генах в ходе адаптации к определенным условиям среды, а также в ходе селекции растений.
DOI: 10.31857/S0016675820110065
СИНТЕЗ ФЛАВОНОИДНЫХ ПИГМЕНТОВ В ЗЕРНОВКЕ У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ Poaceae: ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ИСКЛЮЧЕНИЯ В ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДАХ Н.И. ВАВИЛОВА
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия; e-mail: k.strygina@vir.nw.ru
Флавоноидные пигменты представляют группу вторичных метаболитов растений. Интерес к данным соединениям обусловливается широким спектром их биологических свойств, поэтому насыщение флавоноидами съедобных частей растений, в частности зерновок злаков, сегодня является актуальной задачей. Синтез флавоноидных пигментов можно наблюдать в семенной кожуре, перикарпе, алейроновом слое и эндосперме зерна у представителей большинства злаковых культур (кукуруза Zea mays L., рис Oryza sativa L., пшеница мягкая Triticum aestivum L., ячмень Hordeum vulgare L., рожь Secale cereale L., сорго Sorghum bicolor (L.) Moench. и др.), что согласуется с Законом гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова. Однако по некоторым признакам у отдельных видов изменчивости не наблюдается: например, у некоторых представителей трибы Triticeae не найдены формы, синтезирующие антоцианы в алейроновом слое. Гомологические ряды не выявлены и для некоторых уникальных признаков. Например, соединения, относящиеся к группе 3-дезоксиантоцианидинов, имеющие нехарактерный для злаков желто-оранжевый цвет, синтезируются в перикарпе только у сорго. В данном обзоре представлена информация о генетическом разнообразии и особенностях биосинтеза флавоноидных пигментов в зерновке у злаковых культур, характеризующих природу наблюдаемых закономерностей и исключений из Закона Н.И. Вавилова.
DOI: 10.31857/S0016675820110090
ТРИХОМЫ У ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ: ГОМОЛОГИЧЕСКИЕ РЯДЫ В НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия; e-mail: n.shvachko@vir.nw.ru
Разнообразие трихом в растительном мире чрезвычайно велико: это опушение листовых пластин и колосковых чешуй у злаков, плодов и черешков у плодовых, трихомы в виде колючек у розы и огурца, в виде ворсинок у росянки или волокон у хлопчатника. Трихомы различаются по форме, размеру, структуре, местоположению, способности секретировать и т.д. Разнообразные трихомы объединяет общая основная функция – защита растений от воздействия различных биотических и абиотических факторов окружающей среды. Искусственный отбор иногда работает против развития трихом. Например, в селекции плодовых отдается предпочтение голоплодным формам. Среди дикорастущих видов также встречаются формы, контрастные по наличию/отсутствию трихом. В настоящем обзоре проведено сравнение механизмов образования трихом у разных видов, чтобы понять, насколько широко в пределах таксонов разного уровня простираются гомологические ряды в наследственной изменчивости. Обобщены данные по морфологии трихом, проведено сравнение данных о генах, определяющих изменчивость, выявлены ряды генов-ортологов. Сопоставление с данными о генных сетях, вовлеченных в развитие трихом, указываeт на то, что, несмотря на общность молекулярных механизмов развития трихом у всех высших растений, роль в изменчивости, наблюдаемой у разных таксонов, играют мутации разных компонент этой генной сети.
DOI: 10.31857/S0016675820110089
ГОМОЛОГИЧЕСКИЕ РЯДЫ В ИЗМЕНЧИВОСТИ ОКРАСКИ МЕХОВОГО ПОКРОВА У ПУШНЫХ ЗВЕРЕЙ
1 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения
Российской академии наук, Новосибирск, 630090 Россия; e-mail: trapezov@bionet.nsc.ru
2 Национальный союз племенных организаций, Москва, 107139 Россия
3 Научно-исследовательский институт пушного звероводства и кролиководства, Москва, 140143 Россия
4 Камчатский филиал Тихоокеанского института географии Российской академии наук, Алеутский краеведческий музей, Камчатский край, 684500 Россия
5 Новосибирский государственный аграрный университет, Новосибирск, 630039 Россия
6 Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 630090 Россия
Установлен фенотипический параллелизм с аналогичными аберрациями окраски волосяного покрова у соболей и северных морских котиков с известными мутациями окраски у американской норки. Исходя из сходства в фенотипической изменчивости окраски меха у этих далеких по происхождению видов, можно предположить наличие специфических окрасочных маркеров генной компоненты, обеспечивающей адаптацию к экстремальным условиям среды.
DOI: 10.31857/S0016675820110107
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КАРТА СМОРОДИНЫ КРАСНОЙ (Ribes rubrum L.), ПОСТРОЕННАЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ SSR И SNP ДНК-МАРКЕРОВ
1 Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур, Орловская область, п/о Жилина, 302530 Россия;e-mail: pikuanna84@mail.ru
2 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва, 119991 Россия
3 Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха, Московская область, п. Красково, 140051 Россия
4 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, 119992 Россия
Данная работа направлена на составление первой в мире генетической карты смородины красной с применением микросателлитных и SNP ДНК-маркеров. Построенная генетическая карта включает восемь групп сцепления с уровнем LOD 10, в которые вошли 299 ДНК-маркеров, в том числе 12 микросателлитных и 287 SNP маркеров; общая длина всех групп сцепления составила 741 сМ, средняя – 93 сМ. В семи из восьми полученных групп сцепления картирован хотя бы один микросателлитный ДНК-маркер. Для большинства локализованных нами на карте красной смородины микросателлитных локусов позиции соотносятся с положением на группах сцепления смородины черной (локусы e3-B02, g1-A01, g1-L12 размещаются на одной группе сцепления № 5; локусы g2-J08, g2-B20, e1-O21, e1-O01 на полученной карте находятся каждый в отдельной группе сцепления 2, 3, 4, 6 соответственно), за исключением локусов, картированных у смородины черной на группе сцепления 1, которые в нашей работе не вошли ни в одну из составленных групп сцепления. Локус g2-J11 в наших исследованиях амплифицирует фрагменты в двух диапазонах, что позволяет предположить его дупликацию в геноме исследуемых образцов. Данный локус был картирован в двух группах сцепления смородины красной. Локализовано также два новых, ранее не картированных и не опубликованных микросателлитных локуса. В дальнейшем планируется провести локализацию хозяйственно полезных признаков в геноме смородины красной.
DOI: 10.31857/S0016675820100100
Статьи, опубликованные только в Russian J. of Genetics, № 11 – 2020 г.
Vavilov’s Series of the “Green Revolution” Genes
1 Federal Research Center Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources, 190031, St. Petersburg, Russia
2 Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung, Seeland, D-06466, OT Gatersleben, Germany
Correspondence to E.K. Khlestkina or A. Börner
One hundred years ago N.I. Vavilov formulated the Law of homologous series in hereditary variability. Among the broad range of examples that encouraged N.I. Vavilov to make this important generalization, homologous series in plant height variability were mentioned. In the current review, we compare data collected over the century on genetic basis and molecular mechanisms behind the series in plant height variability with the stress on “Green revolution” genes. Application of fertilizers boosted redirection of artificial selection from tall-growing varieties to those with reduced height. The sources of GA-sensitive and GA-insensitive reduced height (Rht) genes in wheat and rice first were involved in crosses in Japan and China. The commercially valuable alleles of the Rht genes were spread broadly in varieties released in 1960s all over the world. Results of genetic studies into inheritance of the Rht genes are summarized for rice and wheat (together with further Triticeae crops – barley and rye). Three orthologous series of reduced plant height genes have been found within Triticeae tribe species and rice: (1) wheat Rht12 and rye Ddw1; (2) wheat Rht-B1/D1 and barley Dwf2; (3) barley denso/sdw1 and rice sd1. Molecular and cell mechanisms underlying plant reduced height are considered with focus on metabolic pathways regulated by commercially valuable alleles of Rht genes: GA-insensitive Rht-B1/D1 and GA-sensitive sd1, denso/sdw1, Rht8, Rht12, Rht18, Ddw1. Overall, in spite of similar metabolic pathways, the certain genes conferring variability for plant height are often distinct, resulting in existence of several “short” orthologous series of genes rather than one series through different cereal taxa.
DOI: 10.1134/S1022795420110046