Лаборатория молекулярно-генетических основ иммунитета растений

 

Образована в  2012 г.

 

Зав. лабораторией
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.
  • Слезина Марина 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

 

  1. Slavokhotova AA, Rogozhin EA, Musolyamov AK, Andreev YA, Oparin PB, Berkut AA, Vassilevski AA, Egorov TA, Grishin EV, Odintsova TI. Novel antifungal α-hairpinin peptide from Stellaria media seeds: structure, biosynthesis, gene structure and evolution. Plant Mol Biol. 2014. V. 84(1-2). P. 189-202. IF 4.072
  2. Sachkova MY, Slavokhotova AA, Grishin EV, Vassilevski AA. Structure of the yellow sac spider Cheiracanthium punctorium genes provides clues to evolution of insecticidal two-domain knottin toxins. Insect Mol Biol. 2014. V. 23(4). P. 527-38. IF 2.976
  3. Sachkova MY, Slavokhotova AA, Grishin EV, Vassilevski AA. Genes and evolution of two-domain toxins from lynx spider venom. FEBS Lett. 2014. V. 588(5). P. 740-5. IF 3.341
  4. Berkut AA, Usmanova DR, Peigneur S, Oparin PB, Mineev KS, Odintsova TI, Tytgat J, Arseniev AS, Grishin EV, Vassilevski AA. Structural Similarity between Defense Peptide from Wheat and Scorpion Neurotoxin Permits Rational Functional Design. J Biol Chem. 2014. V. 289(20). P. 14331-40. IF 4.6
  5. Slavokhotova AA, Naumann TA, Price NP, Rogozhin EA, Andreev YA, Vassilevski AA, Odintsova TI. Novel mode of action in plant defense peptides: hevein-like antimicrobial peptides from wheat inhibit fungal metalloproteases. FEBS J. 2014. V. 281(20). P. 4754-64. IF 3.986
  6. Sachkova MY, Slavokhotova AA, Grishin EV, Vassilevski AA. Genes and evolution of two-domain toxins from lynx spider venom. FEBS Lett. 2014 Jan 23. pii: S0014-5793(14)00044-1. PMID: 24462682. IF 3.58
  7. Slavokhotova AA, Rogozhin EA, Musolyamov AK, Andreev YA, Oparin PB, Berkut AA, Vassilevski AA, Egorov TA, Grishin EV, Odintsova TI. Novel antifungal α-hairpinin peptide from Stellaria media seeds: structure, biosynthesis, gene structure and evolution. Plant Mol Biol. 2014 Jan;84(1-2):189-202. PMID: 24081691. IF 3.51
  8. Astafieva AA, Rogozhin EA, Andreev YA, Odintsova TI, Kozlov SA, Grishin EV, Egorov TA. A novel cysteine-rich antifungal peptide ToAMP4 from Taraxacum officinale Wigg. flowers. Plant Physiol Biochem. 2013 Sep;70:93-9. PMID: 23771034. IF 2.78
  9. Utkina LL, Andreev YA, Rogozhin EA, Korostyleva TV, Slavokhotova AA, Oparin PB, Vassilevski AA, Grishin EV, Egorov TA, Odintsova TI. Genes encoding 4-Cys antimicrobial peptides in wheat Triticum kiharae Dorof. et Migush.: multimodular structural organization, instraspecific variability, distribution and role in defence. FEBS J. 2013 Aug;280(15):3594-608. PMID: 23702306. IF 4.25
  10. Засухина Г. Д., Шагирова Ж. М., Бабинцев М. В., Васильева И. М., Рогожин Е. А., Одинцова Т. И., Михайлов В. Ф., Громов С. П., Ведерников А. И., Алфимов М. В. Модуляция антимутагенами экспрессии генов в клетках человека, различающихся по чувствительности к мутагенам. 2013. Т.453. №1. С. 99-101. PMID: 24385094. If 0.33
  11. Astafieva AA, Rogozhin EA, Odintsova TI, Khadeeva NV, Grishin EV, Egorov TsA. Discovery of novel antimicrobial peptides with unusual cysteine motifs in dandelion Taraxacum officinale Wigg. flowers. Peptides. 2012 Aug;36(2):266-71. PMID: 22640720. IF 2.52
  12. Andreev YA, Korostyleva TV, Slavokhotova AA, Rogozhin EA, Utkina LL, Vassilevski AA, Grishin EV, Egorov TA, Odintsova TI. Genes encoding hevein-like defense peptides in wheat: distribution, evolution, and role in stress response. Biochimie. 2012 Apr;94(4):1009-16.PMID: 22227377. IF 3.14
  13. Одинцова ТИ, Коростылева ТВ, Уткина Л.Л., Андреев Я.А., Славохотова А.А., Истомина Е.А., Пухальский В.А., Егоров Ц. А.  Антимикробные пептиды пшеницы Вавиловский журнал генетики и селекции 2012, V.16, № 1, 585-594.
  14. Егоров Ц.А., Одинцова Т. И. Защитные пептиды иммунитета растений. Биоорг. химия. 2012, 38 (1): 7-17. PMID: 22792701. IF 0.55
  15. Засухина Г. Д., Одинцова Т. И., Шуленина Л. В., Ушенкова Л. Н., Михайлов В. Ф., Шагирова Ж. М., Ведерников А. Н., Громов С. П., Алфимов М. В. Антимутагены ( -пуротионин и краун-соединение) как модуляторы экспрессии генов, участвующих в процессах онкогенеза, в клетках человека. Доклады Академии Наук.  2012. Т.446. С. 580-582. PMID: 23132722. IF 0.33
  16. Одинцова ТИ, Васильева ИМ, Коростылева ТВ, Уткина ЛЛ, Славохотова АА, Рогожин ЕА, Шиян АН, Пухальский ВA, Засухина ГД. Антимутагенная активность бета-пуротионина Tk-AMP-BP пшеницы. Генетика. 2011. Т.  47. № 9. С. 1267-1270. PMID: 22117413. IF 0.43.
  17. Dubovskii PV, Vassilevski AA, Slavokhotova AA, Odintsova TI, Grishin EV, Egorov TA, Arseniev AS. Solution structure of a defense peptide from wheat with a 10-cysteine motif. Biochem Biophys Res Commun. 2011. V. 411. No.1. P.14-8. PMID: 21704019. IF 2.40
  18. Slavokhotova AA, Odintsova TI, Rogozhin EA, Musolyamov AK, Andreev YA, Grishin EV, Egorov TA. Isolation, molecular cloning and antimicrobial activity of novel defensins from common chickweed (Stellaria media L.) seeds. Biochimie. 2011. V.93. P. 450 – 456. PMID: 21056078. IF 3.14
  19. Rogozhin EA, Oshchepkova YI, Odintsova TI, Khadeeva NV, Veshkurova ON, Egorov TA, Grishin EV, Salikhov SI. Novel antifungal defensins from Nigella sativa L. seeds. Plant Physiol Biochem. 2011 Feb;49(2):131-7. PMID: 21144761. IF 2.78
  20. Уткина ЛЛ, Жабон ЕО, Славохотова АА, Рогожин ЕА, Шиян АН, Гришин ЕВ, Егоров ЦА, Одинцова ТИ, Пухальский ВА. Гетерологичная экспрессия синтетического гена нового гевеиноподобного пептида Leymus arenarius в клетках Escherichia coli. Генетика. 2010. Т. 46. № 12. С. 1-7. PMID: 21434417. IF 0.43
  21. Odintsova TI, Rogozhin EA, Sklyar IV, Musolyamov AK, Kudryavtsev AM, Pukhalsky VA, Smirnov AN, Grishin EV, Egorov TA. Antifungal activity of storage 2S albumins from seeds of the invasive weed dandelion Taraxacum officinale Wigg. Protein Pept Lett. 2010 Apr;17(4):522-9. PMID: 19594427. IF 1.85
  22. Odintsova TI, Vassilevski AA, Slavokhotova AA, Musolyamov AK, Finkina EI, Khadeeva NV, Rogozhin EA, Korostyleva TV, Pukhalsky VA, Grishin EV, Egorov TA. A novel antifungal hevein-type peptide from Triticum kiharae seeds with a unique 10-cysteine motif. FEBS J. 2009. V. 276, No.15. P. 4266-75. FEBS J. 2009. IF 4.25
  23. Odintsova TI, Rogozhin EA, Baranov Y, Musolyamov AKh, Yalpani N, Egorov TA, Grishin EV. Seed defensins of barnyard grass Echinochloa crusgalli (L.) Beauv. Biochimie. 2008 Nov-Dec;90(11-12):1667-73. PMID: 18625284 IF 3.07
  24. Рогожин ЕА, Одинцова ТИ, Мусолямов АХ, Смирнов АН, Бабаков АВ, Егоров ЦА, Гришин ЕВ. Выделение и характеристиканового липид-переносящего белка из зерновок ежовника обкновенного (Echinochloa сrusgalli). Прикладная биохимия и микробиология. 2009. 45 (4), 403-409. PMID: 19764607. IF 0.70
  25. Ощепкова ЮИ, Вешкурова ОН, Рогожин ЕА, Мусолямов АХ, Смирнов АН, Одинцова ТИ, Егоров ЦА, Гришин ЕВ, Салихов ШИ. Выделение липидпереносящего белка Ns-LTP1 из семян чернушки посевной (Nigella sativa) Биоорг. химия . 2009. 35 (3): 344-349. PMID: 19621049. IF 0.55
  26. Odintsova TI, Korostyleva TV, Odintsova MS, Pukhalsky VA, Grishin EV, Egorov TA. Analysis of Triticum boeoticum and Triticum urartu seed defensins: To the problem of the origin of polyploid wheat genomes. Biochimie. 2008 Jun;90(6):939-46. PMID: 18358845. IF 3.07
  27. Slavokhotova AA, Andreeva EN, Shiian AN, Odintsova TI, Pukhal'skiĭ VA. Specifics of the coat protein gene in Russian strains of the cucumber green mottle mosaic virus. Genetika. 2007 Nov;43(11):1461-7. Russian. PMID: 18186184. IF 0.43
  28. Odintsova TI, Egorov TA, Musolyamov AKh, Odintsova MS, Pukhalsky VA, Grishin EV. Seed defensins from T. kiharae and related species: genome localization of defensin-encoding genes. Biochimie. 2007 May;89(5):605-12. PMID: 17321030. IF 3.07
  29. Egorov TA, Odintsova TI, Pukhalsky VA, Grishin EV. Diversity of wheat anti-microbial peptides. Peptides. 2005 Nov;26(11):2064-73. PMID: 16269343. IF 2.52

 

Главы в монографиях


  1. Odintsova TI, Egorov TA. Plant anti-microbial peptides. In: Plant signaling peptides, eds. R. Irving and C. G. Gehring, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 2012, p. 107-135.
  2. Odintsova TI, 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.

Патенты


  1. Патент на изобретение №2380374 (РФ) «Пептид, обладающий антимикробной активностью», Одинцова Т.И., Егоров Ц.А., Гришин Е.В., Василевский А.А., Мусолямов А.Х., Рогожин Е.А., Славохотова А.А., Пухальский В.А., Шиян А.А.  Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.01.2010.
  2. Патент на изобретение №2483109 (РФ) Одинцова Т.И., Славохотова А.А., Пухальский В.А., Коростылева Т.В., Истомина Е.А., Уткина Л.Л., Андреев Я.А., Егоров Ц.А., Рогожин Е.А. «Гены пшеницы Triticum kiharae, кодирующие антимикробные пептиды. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.05.2013.
  3. Подана заявка на патент 06.06.2013, входящий номер 038346, регистрационный номер 2013125936. «Ген звездчатки Stellaria media, кодирующий антимикробный пептид Sm-AMP-X».