Группа молекулярно-генетических основ иммунитета растений
Образована в 2008 г.
Руководитель группы ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук, доцент Одинцова Татьяна Игоревна
Сотрудники:
- Шиян Александр Николаевич, с.н.с., к.б.н.
- Коростылева Татьяна Викторовна, н.с., к.б.н.
- Истомина Екатерина Александровна, н.с., к.б.н.
- Славохотова Анна Александровна, н.с., к.б.н.
- Уткина Любовь Леонидовна, аспирантка
Основные направления научных исследований:
Впервые проведен систематический анализ антимикробных пептидов (АМП) двух высокоустойчивых к патогенам видов растений - пшеницы Triticum kiharae Dorof. et Migusch. и звездчатки Stellaria media L., а также установлены структуры генов некоторых из них.
Из семян пшеницы выделено 50 АМП и установлена первичная структура 24 из них. Впервые показано, что в пшенице присутствуют все известные у растений семейства АМП: дефензины, тионины, гевеиноподобные пептиды, ноттиноподобные пептиды и липид-переносящие белки. Кроме того, обнаружено новое семейство глицин-богатых пептидов, а также семейство 4-Cys пептидов. Идентифицированы новые структурные типы дефензинов и гевеиноподобных пептидов.
Из семян пшеницы впервые выделены и просеквенированы 13 дефензинов, которые подразделяются на 3 группы. Показано, что дефензины первой группы (D дефензины) представляют собой семейство высокогомологичных пептидов, различающихся по длине и аминокислотной последовательности С-концевых участков молекул, в частности, петли, соединяющей бета2 бета3 тяжи вторичной структуры. Изучен компонентный состав дефензинов у предполагаемых доноров геномов полиплодных пшениц, и выявлен высокий консерватизм аминокислотных последовательностей дефензинов в эволюции. Установлена геномная локализация генов дефензинов: показано, что дефензины D1, D4 и D5 кодируются А геномом, D3 и D6-D геномом, а D6.1 и D3.1-B геномом.
Изучена структура нового уникального антимикробного пептида WAMP-1 пшеницы, обладающего ингибирующей активностью в отношении широкого круга фитопатогенов. Выявлена существенная гомология последовательности пептида с хитин-связывающим доменом хитиназ класса I. Разработана методика гетерологичной экспрессии пептида WAMP-1 в прокариотической системе и получен рекомбинантный пептид, идентичный нативному, с высоким выходом. Определена последовательность кДНК, кодирующей пептид WAMP-1, и установлена структура предшественника пептида. Показано, что предшественник состоит из сигнального пептида, последовательности зрелого пептида и С-концевого домена. Выявлено, что, помимо изучаемого пептида WAMP-1, в пшенице экспрессируются мРНК другого высокогомологичного ему пептида WAMP-2, в зрелой части отличающегося от WAMP-1 заменой А34 на К34. Показано, что кодирующие предшественники участки генов wamp-1 и wamp-2 не содержат интронов. Выдвинута гипотеза о происхождении гена пептида WAMP-1 из гена хитинаы путем делеции со сдвигом рамки считывания значительного участка нуклеотидной последовательности, кодирующей каталитический домен фермента. Был проведен поиск аллелей генов пептидов WAMP-1 и WAMP-2 гексаплоидной пшеницы T. kiharae в геномах родственных видов родов Triticum и Aegilops. Установлено, что геном А не содержит последовательностей, гомологичных wamp-1 и wamp-2. Исследована регуляция экспрессии гена пептида WAMP-1 стрессовыми факторами среды и показано, что под действием патогенов и в присутствии повышенной концентрации соли происходит 4-6-кратное увеличение экспрессии гена WAMP-1, что подтверждает участие этого пептида в устойчивости растений пшеницы к биотическому и абиотическому стрессу.
Впервые определена структура полноразмерной кДНК, кодирующей 4-Cys антимикробные пептиды пшеницы, и выявлена доменная структура их генов. Установлено, что 4-Cys пептиды синтезируются в виде предшественников двух типов. Первый класс генов кодирует «длинные» предшественники, из которых в процессе посттрансляционного процессинга образуются 7 цистеинсодержащих пептидов. Второй класс кодирует «короткие» предшественники, из которых в результате процессинга образуются 5 гомологичных цистеинсодержащих пептидов. Все предшественники имеют сигнальный пептид из 25 аминокислотных остатков, а все пептиды, образующиеся в результате расщепления предшественников, имеют одинаковый цистеиновый мотив СХХХС(11-14Х)СХХХС, при этом особый интерес представляет четвертый пептид, содержащий пять остатков цистеина. Среди «коротких» предшественников выделено 4 подкласса, которые различаются между собой делециями и отдельными аминокислотными заменами. Последовательности «длинных» предшественников отличаются меньшей вариабельностью, среди них выделяются два основных подкласса. Длинные предшественники отличаются от более коротких наличием двух дополнительных пептидных доменов (пятого и шестого), которые не имеют гомологичных участков в последовательностях коротких предшественников. Таким образом, впервые показана доменная структура генов, кодирующих 4-Cys пептиды пшеницы. Установлено, что геномная ДНК, кодирующая предшественники 4- Cys пептидов, не содержит интронов. Исследование регуляции экспрессии генов 4- Cys пептидов показало, что патогены и абиотический стресс активируют экспрессию генов этих пептидов, что подтверждает их участие в защите растений пшеницы от биотического и абиотического стресса.
Из семян Stellaria media L выделено 2 новых дефензина Sm-AMP-D1 и Sm-AMP-D2. Показано, что они обладают высокой ингибирующей активностью в отношении фитопатогенных грибов и оомицетов, действуя в микромолярных концентрациях. Определены нуклеотидные последовательности кДНК, кодирующих пептиды Sm-AMP-D1 и Sm-AMP-D2. Установлено, что дефензины мокрицы синтезируются в виде сходных по структуре предшественников, которые состоят из сигнального пептида и зрелого пептида. В геномной ДНК мокрицы обнаружено 2 гена, кодирующих дефензины Sm-D. Оба содержат интрон в области сигнального пептида. Кодирующие участки генов высоко консервативны, замены выявлены в интроне и 3?-нетранслируемой области. Идентифицированные гены дефензинов мокрицы представляют интерес для получения устойчивых форм сельскохозяйственных культур.
ПУБЛИКАЦИИ
Список монографий и глав из коллективных монографий:
1.Odintsova TI and Egorov Ts.A. Wheat Antimicrobial peptides, in «Peptidomics Methods and Applications», Edited by Mikhail Soloviev, Per Andren and Chris Shaw 2008 John Wiley and Sons, Inc.99-117.
2.Одинцова Т.И., Егоров Ц.А., Коростылева Т.В., Козловская Г.В., Пухальский В.А. 2007. Исследование генома культурных растений и их сородичей: исследование спектров дефензинов у устойчивых и восприимчивых к фитопатогенам видов пшеницы. Сборник «Динамика генофондов», ФИАН, стр. 139-141, ISBN978-5-902622-13-0.
3.Славохотова А.А., Андреева Э.Н., Шиян А.Н., Одинцова Т.И., Пухальский В.А. 2007. Исследование генома культурных растений и их сородичей применительно к генетической теории селекции. Исследование первичных структур геномов вакцинных штаммов зеленой крапчатой мозаики огурца. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов» Москва, ФИАН, 172-173.
Статьи:
1. Odintsova T.I., Egorov T.A., Musolyamov A.K., Odintsova M.S., Pukhalsky V.A., Grishin E.V. (2007) Seed defensins from T. kiharae and related species: Genome localization of defensin-encoding genes. Biochimie 89, 605-612.
2. Рожнова Н.А., Одинцова Т.И., Геращенков Г.А. Белковый состав листьев табака при индукции антивирусной устойчивости активаторами защитных реакций и ВТМ-инфекцией. Физиология растений 2007, Т.54, № 6, 870-875.
3. Славохотова А.А., Андреева Э.Н., Шиян А.Н., Одинцова Т.И., Пухальский В.А. Особенности генов белка оболочки российских штаммов вируса зеленой крапчатой мозаики огурца, Генетика, 2007, т.43, № 11, 1535-1540.
4. Пухальский В.А., Одинцова Т.И., Извекова Л.И., Андреева Э. Н. Коростылева Т.В., Истомина Е.А., Славохотова А.А., Шиян А.Н.. Козловская Г.В., Оболенкова Л.А., Бадаева Е.Д., Билинская Е.Н. Проблемы естественного и приобретенного иммунитета растений. К развитию идей Н.И.Вавилова, Вестник ВОГиС, 2007. Т.11, №3/4, 631-650.
5. Odintsova T.I., Rogozhin E.A., Baranov Yu, Musolyamov A.Kh., Yalpani N., Egorov Ts.A. and Grishin E.V. (2008) Seed defensins of barnyard grass Echinochloa crusgalli (L.) Beauv. Biochimie 90 (11/12), 1667-1673.
6. Odintsova T.I., Korostyleva T.V., Odintsova M.S., Pukhalsky A.V., Grishin E.V. and Egorov Ts.A. (2008) Analysis of Triticum boeoticum and Triticum urartu seed defensins: To the problem of the origin of polyploid wheat genomes. Biochimie 90(6), 939-946.
7. Рогожин Е.А., Одинцова Т.И., Мусолямов А.Х., Смирнов А.Н., Бабаков А.В., Егоров Ц.А., Гришин Е.В. Выделение и характеристика нового липид-переносящего белка из зерновок ежовника обыкновенного (Echinochloa сrusgalli)// Прикл. биохим. микробиол. 2009. Т. 45. №4. С. 403-409.
8. Ощепкова Ю. И., Вешкурова О. Н., Рогожин Е. А., Мусолямов А. Х., Смирнов А. Н., Одинцова Т.. И., Егоров Ц. А., Гришин Е. В., Салихов Ш. И. Выделение липидпереносящего белка Ns-LTP1 из семян чернушки посевной (Nigella sativa)// Биоорг. химия. 2009. Т. 35. №3. С. 344-349.
9. Odintsova T.I., Vassilevski A.A., Slavokhotova A.A., Musolyamov A.K., Finkina E.I., Khadeeva N.V., Rogozhin E.A., Korostyleva T.V., Pukhalsky V.A., Grishin E.V., Egorov T.A. A novel antifungal hevein-type peptide from Triticum kiharae seeds with a unique 10-cysteine motif// FEBS J. 2009. V. 276. № 15. P. 4266-4275.
10. Odintsova T.I., Rogozhin E.A., Sklyar I.V., Musolyamov A.K., Kudryavtsev A.M., Pukhalsky V.A., Smirnov A.N., Grishin E.V., Egorov T.A. Antifungal activity of storage 2S albumins from seeds of the invasive weed dandelion Taraxacum officinale Wigg.// Protein Pept. Letters, 2010. V.17(4). P. 522-9.
11. Уткина Л.Л., Жабон Е.О., Славохотова А.А., Рогожин Е.А., Шиян А.Н., Гришин Е.В., Егоров Ц.А., Одинцова Т.И., Пухальский В.А. Гетерологичная экспрессия синтетического гена нового гевеиноподобного пептида Leymus arenarius в клетках Escherichia coli, Генетика, 2010, т. 46, № 12, с. 1-7.
12. Slavokhotova A.A., OdintsovaT.I., RogozhinE.A., Musolyamov A.K., Andreev Y.A., Grishin E.V. and Egorov T.A. Isolation, molecular cloning and antimicrobial activity of novel defensins from common chickweed, Biochimie, doi: 10.1016/j.biochi.2010.10.019.
13. Eugene A. Rogozhin a,*, Yulia I. Oshchepkova c, Tatiana I. Odintsova b, Natalia V. Khadeeva b, Olga N. Veshkurova c, Tsezi A. Egorov a, Eugene V. Grishin a, Shavkat I. Salikhov c Novel antifungal defensins from Nigella sativa L. seeds, Plant Physiol Biochem. doi: 10.1016/j.plaphy.2010.10.008.
14. Odintsova T.I., Pukhalskij V.A., Musolyamov A.Kh., Egorov Ts.A. 2006. Defensins of Triticum kiharae and other wheat species. Annual Wheat Newsletter, V. 52, 119-121.
15. Odintsova T.I., Egorov Ts.A., Musolyamov A.Kh.,Korostyleva T.V. Kozlovskaya G.V. Pukhalsky V.A. 2007. Defensins of Triticum kiharae and diploid Triticum and Aegilops species, Annual Wheat Newsletter, V. 53, 78-79.
16. Одинцова Т.И., Егоров Ц.А., Коростылева Т.В., Козловская Г.В., Пухальский В.А. 2007. Исследование генома культурных растений и их сородичей: исследование спектров дефензинов у устойчивых и восприимчивых к фитопатогенам видов пшеницы. Сборник «Динамика генофондов», ФИАН, стр. 139-141, ISBN978-5-902622-13-0.
17. Славохотова А.А., Андреева Э.Н., Шиян А.Н., Одинцова Т.И., Пухальский В.А. 2007. Исследование генома культурных растений и их сородичей применительно к генетической теории селекции. Исследование первичных структур геномов вакцинных штаммов зеленой крапчатой мозаики огурца. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов» Москва, ФИАН, 172-173.
18. Odintsova T.I., Egorov Ts.A., Musolyamov A.Kh.,Korostyleva T.V. Kozlovskaya G.V. Pukhalsky V.A. 2007. Defensins of Triticum kiharae and diploid Triticum and Aegilops species, Annual Wheat Newsletter, V. 53, 78-79.
19. Odintsova T.I., ,.,Korostyleva T.V. Kozlovskaya G.V., Pukhalsky V.A., Musolyamov A.Kh., Egorov Ts.A. 2008. Defensins of Triticum urartu and Triticum monococcum subsp. aegilopoides seed, Annual Wheat Newsletter, V. 54, 129-131.
20. Utkina L.L., Slavokhotova A.A., Odintsova T.I., Korostyleva T.V., Pukhalskiy V.A., Musolyamov A.K., Egorov T.A. Novel antimicrobial peptides from seeds of Triticum kiharae and Leymus arenarius// Annual Wheat Newsletter. 2009. V. 55. P. 181-183.