Лаборатория генетических основ биоразнообразия

Лаборатория создана в 2006 г.

 

Заведующий лабораторией доктор биологических наук,

профессор  Дмитрий Владимирович Муха

 

 

Сотрудники:

Капелинская Татьяна Викторовна,  старший научный сотрудник, к.б.н.

Каграманова Арина Сергеевна, научный сотрудник, к.б.н.

Загоскин Максим Владимирович, младший научный сотрудник, к.б.н.

Козлов Евгений Николаевич, младший научный сотрудник

Мартынова Елена Уразовна, ведущий специалист

Мавропуло Валерия Анатольевна, аспирант

Оюн Надежда Юрьевна, аспирант.

Основные направления научных исследований.

Исследование эволюционной изменчивости структурно-функциональной организации кластера генов рибосомной РНК эукариот;

Исследование структурно-функциональной организации и стратегии экспрессии денсовируса рыжего таракана (BgDNV);

Создание моделей кардиопатий человека с использованием мутантных линий Drosophila melanogaster

Наиболее важные достижения подразделения

Анализ структуры популяций рыжего таракана в жилых помещениях с использованием микросателлитных маркеров

Для проведения исследования тараканов собирали в шести жилых комплексах, расположенных в различных районах города Рали (США, штат Северная Каролина). В каждом комплексе сборы проводили в трех многоквартивных домах. В каждом доме анализировали по три квартиры. В каждой квартире насекомых собирали на кухне, в ванной комнате и спальне. Из каждой точки сбора анализировали определенное количество образцов: 90 тараканов из кухни и по 30 тараканов из ванной комнаты и спальни. Всего было проанализировано около 8000 тараканов. Каждый индивидуальный образец ДНК анализировали с использованием девяти пар праймеров, соответствующих описанным ранее микросателлитным локусам Bg-1D5, Bg-A7, Bg-B12, Bg-CO4, Bg-D05, Bg-D9, Bg-F7, Bg-G7, Bgwb-2 A. Анализ структуры популяций и межпопуляционных различий проводили на основе вариабельности частот встречаемости различных вариантов длины микросателлитных локусов с использованием стандартных компьютерных программ.

В результате проведенной работы было показано, что между популяциями в пределах одного жилого комплекса сходства намного больше, чем между популяциями рыжего таракана, обитающих в домах географически удаленных комплексов. Кроме того, анализ с применением F-статистики выявил большее генетическое сходство между популяциями в пределах одного дома, чем между тараканами, обитающих в различных домах. В пределах одной квартиры (кухня, ванная комната, спальня) достоверных различий между тараканами выявлено не было.

Анализ структуры популяций рыжего таракана,обитающих в свинофермах, с использованием микросателлитных маркеров

Для проведения исследования тараканов собирали на территории 22 свиноферм, локализованных на юго-востоке штата Северная Каролина США (Рисунок 2). Все исследованные фермы принадлежали к трем различным менеджерским структурам (X, Y, Z), имеющим независимый режим поддержания свиноферм (снабжение кормами, обмен рабочими и т.п.).

Тотальную ДНК выделяли из индивидуальных особей - 25-30 взрослых самцов из каждой популяции. Всего было проанализировано 626 образцов ДНК. Каждый образец ДНК был использован для исследования полиморфизма длин восьми ранее описанных микросателлитных локусов (Bg-G7, Bg-B12,Bg-1D5, Bg-D05, Bg-A7, Bg-D9, Bg-F7 and Bg-wb-2A).

В результате проведенного анализа была выявлена достоверная генетическая дифференциация исследованных популяций (FST = 0.171). Все попарные сравнения популяций показали достоверное значение FST выше нуля. Наши исследования показали, что структура популяций не зависит от принадлежности к той, или иной компании (менеджменту), а зависит скорее от географической близости сравниваемых популяций. Предположительно, основной вклад в формирование структуры популяции рыжего таракана на свинофермах вносит неконтролируемый перенос насекомых работниками данных ферм.

Эволюционная изменчивость внешнего транскибируемого спейсера рДНК близкородственных видов тараканов рода Blattella.

Исследована эволюционная изменчивость структуры кластера рДНК трех близкородственных видов рода Blattella: B. germanica, B. asahinai и B. lituricollis. В частности, показано, что внешний транскрибируемый спейсер (ETS) рДНК исследуемых видов состоит из ряда субповторов, причем количество описанных субповторов является видоспецифичным. Сравнительный анализ «основных» и «минорных» вариантов ETS каждого из исследуемых видов тараканов позволил нам предложить новую модель эволюции мультигенных семейств повторяющихся ДНК.

 

Анализ эволюционной изменчивости R1/R2 ретротранспозонов насекомых отряда Таракановые.

Проведен скрининг ранее нами полученной библиотеки генов рыжего таракана зондами, созданных на основе клонированных фрагментов 5'-укороченных копий обоих подсемейств R1 ретропозонов. Из библиотеки генов отобрано четыре космиды, две из которых содержат полноразмерные копии R1 ретропозонов одного подсемейства (R1а), и две другие космиды - полноразмерные копии второго подсемейства (R1b).

Определена полная последовательность нуклеотидов R1а ретропозона, содержащихся в составе двух независимо полученных космидных клонах. Показано, что исследуемые копии ретропозона R1a почти идентичны по нуклеотидному составу (5624 п.н.); различия заключаются только в протяженности политимидиновых «хвостов» на 3'-концах мобильных элементов.

Определена последовательность нуклеотидов двух копий второго подсемейства R1 ретропозона рыжего таракана (R1b), содержащихся в независимо полученных клонах космидной библиотеки. Исследуемые клоны ретропозона R1b имеют различную длину – 6800 п.н. и 7300 п.н. Сходство нуклеотидного состава составляет ~90%.

Показано, что R1 ретропозоны рыжего таракана, принадлежащие к различным подсемействам (R1a и R1b ) значительно различаются между собой по нуклеотидному составу (степень сходства около 50%), однако имеют сходный сайт интеграции и сходную структурную организацию: две открытые рамки считывания и политимидиновые «хвосты» на 3'-концах. Впервые показано, что белки, соответствующие первой ORF R1 ретропозоны рыжего таракана, содержат RRM-домен. Главное отличие структурной организации R1 ретропозонов различных подсемейств заключается в доменной организации ORF2. ORF2 R1b ретропозонов рыжего таракана, в отличие от ORF2 подсемейства R1а, содержит два трансмембранных домена. Таким образом, впервые в последовательности R1 ретропозонов насекомых выявлены трансмембранные домены.

Показано что, полноразмерные копии R1/R2 ретропозонов рыжего таракана могут транскрибироваться в составе рибосомной РНК.

Проведен анализ наследования паттернов 5'-укороченных копий R2 ретропозонов рыжего таракана в индивидуальном скрещивании. Определен уровень рекомбинации в пределах кластера генов рибосомных РНК рыжего таракана. Показано, что для популяционных исследований могут быть использованы только частоты встречаемости конкретных вариантов 5'-укороченных копий ретропозонов, а не паттерны, характеризующие индивидуальные Х-хромосомы.

Исследование структурно-функциональной организации и стратегии экспрессии денсовируса рыжего таракана.

Определена динамика транскрипции генов денсовируса рыжего таракана BgDNV. Показано наличие ранних, соответствующих неструктурным белкам, и поздних, соответствующих капсидным белкам, групп транскриптов. Выявлены ранние и поздние промоторы изучаемого вируса. Определены сайты старта и терминации транскрипции генов капсидных и неструктурных белков BgDNV. Определена последовательность нуклеотидов сплайсированных вариантов РНК, соответствующих как генам капсидных белков (два варианта), так и неструктурных белков (два варианта). Впервые для денсовирусов описана дополнительная группа транскриптов генов неструктурных белков: транскрипция начинается с основного промотора, но продолжается в область, кодирующую капсидные белки. Исследован белковый состав капсида BgDNV. Показано, что капсиды денсовируса рыжего таракана состоят из трех белков (VP1 – 97 кДа, VP2 – 85/80 кДа, VP3 – 57кДа). Для каждого капсидного белка определены сайты инициации трансляции. Показано моноубиквитинирование капсидного белка VP2. Методом белкового иммуноблоттинга выявлено три неструктурных белка денсовируса рыжего таракана (NS1 – 60кДа, NS2 – 29кДа, NS3 – 31кДа). Показано соответствие описанных белков открытым рамкам считывания, выявляемых методами in silico. Определена внутриклеточная локализация неструктурного белка NS1 и капсидного белка VP1 в инфицированной денсовирусом пересеваемой культуре клеток BGE-2. Показано, что оба исследуемых белка накапливаются в ядрах инфицированных клеток, причем белок NS1 локализуется, преимущественно, вблизи ядерной мембраны.

Публикации

Каграманова А.С., Королёв А.Л., Шал К., Муха Д.В. Полиморфизм длин интегрированных копий R1 и R2 ретротранспозонов рыжего таракана Blattella germanica как потенциальный маркер для популяционных и филогенетических исследований // 2006, Генетика, Т. 42, С. 501-506.

Mukha D.V., Chumachenko A. G., Dykstra M. J., Kurtti T. J. and Schal C. Characterization of a new densovirus infecting the German cockroach, Blattella germanica. Journal of General Virology, 2006, 87:1567-1575.

Гришанин A.К., Бойкова Т.В., Маршак Т.Л., Мельник Н.Г., Наумова Е.Ю., Загоскин М.В., Акифьев А.П., Жимулев И.Ф. Консерватизм структуры генома в двух популяциях Cyclops кolensis (COPEPODA CRUSTACEA), обитающих в пруду г. Москвы и оз. Байкал// Доклады Академии наук. 2006. Т. 408. 5. С. 684-687.

Каграманова А.С., Капелинская Т.В., Королёв А.Л., Муха Д.В. Ретротранспозоны R1 и R2 рыжего тараканаBlattella germanica: сравнительный анализ интегрированных в геном 5'-укороченных копий // 2007, Молекулярная биология, Том 41, № 4, С. 546-553.

Mukha D.V., Kagramanova A.S., Lazebnaya I.V., Lazebnyi O.E., Vargo E.L., Schal C. Intraspecific variation and population structure of the German cockroach, Blattella germanica, revealed with RFLP analysis of the non-transcribed spacer region of ribosomal DNA. 2007, Med Vet Entomol., 21(2):132-40.

Капелинская Т.В., Мартынова Е.У., Королев А.Л., Шал К., Муха Д.В. Транскрипция генома денсовируса рыжего таракана BgDNV: альтернативный процессинг вирусных РНК. // Доклады Академии наук. 2008. Т. 421. № 2. С. 256-261.

Мартынова Е.У., Капелинская Т.В., Муха Д.В. Денсовирусы насекомых: структура генома, особенности жизненного цикла и возможности практического использования // Успехи современной биологии. 2008. Т. 128. № 4. С. 236-265.

Загоскин М.В., Гришанин А.К., Королев А.Л., Паленко М.В., Муха Д.В. Характеристика межмикросателлитных последовательностей ДНК до и после диминуции хроматина у Cyclops kolensis. // Доклады Академии наук. 2008. Т. 423. № 4. С. 1-5.

Crissman J. R., W. Booth, R. G. Santangelo, D. V. Mukha, E. L. Vargo and C. Schal. Population genetic structure of the German cockroach (Blattodea: Blattellidae) in apartment buildings. Journal of Medical Entomology, 2010, V.47, P. 553–564.

Каграманова А. С., Капелинская Т. В., Королёв А. Л., Муха Д. В. Сравнительная характеристика доменной организации С-концевой области второй открытой рамки считывания двух подсемейств R1 ретропозонов рыжего таракана Blattella germanica // Генетика, 2010, Том 46, № 8, С. 924-931.

А. С. Каграманова, А. Л. Королев, Д. В. Муха Анализ наследования паттернов 5'-укороченных копий R2 ретротранспозонов рыжего таракана в индивидуальном скрещиваниии // Генетика, 2010, том 46, № 11, с. 1467–1472.

Booth, W., Santangelo, R.G., Vargo, E.L., Mukha, D.V. & Schal, C. Population genetic structure in German cockroaches, Blattella germanica: Differentiated islands in an agricultural landscape. Journal of Heredity, 2010. doi: 10.1093/jhered/esq108

М. В. Загоскин, Т. Л. Маршак, Д. В. Муха, А. К. Гришанин Диминуция хроматина регулирует число генов рРНК у веслоногих раков // Acta naturae , ТОМ 2 № 4 (7) 2010

Молекулярная филогения тараканов рода Blaberus (Dictyoptera, Blattina). В.А.Мавропуло, С.В.Лукьянцев, Л.Н.Анисюткин, Д.В.Муха Труды Томского Государственного Университета, Серия биологическая, 2010, т. 275, с. 370 – 373.