ИСТИНА

Проект посвящен проблемам экологической и эволюционной генетики и направлен на изучение основных молекулярно-генетических и популяционно-генетических механизмов обеспечивающих эволюционные преобразования растительных природных популяций в экстремальных условиях обитания. Основное внимание будет направлено на выяснение вклада процессов рекомбинации и мутагенеза (в том числе, вызванного перемещением мобильных элементов) в микроэволюционные процессы в островных и континентальных карельских популяциях арабидопсис Arabidopsis thaliana - модельного растения с полностью секвенированным геномом. Важное внимание будет уделено изучению природной генетической изменчивости регуляторных элементов генов, контролирующих устойчивость к стрессовым факторам и морфологические признаки, и выяснению ее роли в адаптации к экстремальным условиям северного ареала обитания вида. Выполнение проекта будет основано на использовании самых современных подходов молекулярной и популяционной генетики и внесет важный вклад в решение фундаментальных проблем экологической и эволюционной генетики, связанных с изучением генетических основ и принципов адаптивной эволюции геномов растений.

Исследованы генетические механизмы адаптации растений к экстремальным условиям северной границы ареала вида. С использованием микросателлитного анализа и изучения последовательностей генов адаптивно-значимого семейства генов классических пероксидаз подтверждено предположение о том, что основным популяционно-генетическим механизмом адаптации является поддержание высокого уровня генетического полиморфизма. Высокий уровень гетерозиготности по генам пероксидаз подтвержден нами и путем анализа генома одной из карельских популяций методом глубокого секвенирования ДНК. Показана важная роль регуляторного гена ICE2 в устойчивости растений к условиям северной границы. Установлено, что карельские популяции характеризуются 2-4-х кратным повышением экспрессии этого гена ICE2 по сравнению с расой Dijon и выявлена связь внутривидовой изменчивости гена ICE2 Arabidopsis thaliana с клинальными изменениями устойчивости к холоду. Показано, что в условиях холодного климата, особенно на границе ареала (Карелия) очищающий отбор приводит к существенному снижению уровня изменчивости гена ICE2 по сравнению с растениями средних и южных широт. Установлено, что потребность к яровизации и озимый рост – важнейший физиологический механизм адаптации к условиям севера. С помощью генетического анализа, изучения нуклеотидной последовательности генов FRI и FLC и анализа уровня их экспрессии показано, что эти физиологические признаки растений карельских популяций – результат наличия у них функционально активных аллелей генов FRI и FLC, подавляющих цветение в отсутствие яровизации. В растениях карельских популяций выявлена также сниженная экспрессия гена SOC1, который играет важную роль в инициации цветения и негативно регулируется геном FLC. Путем изучения в северных популяциях экспрессии генов, участвующих в контроле зависимого от абсцизовой кислоты (АБК) защитного ответа на холодовой стресс, установлено, что АБК-зависимый путь холодового ответа не играет ключевой роли в адаптации к условиям севера и не зависит от уровня экспрессии FLC.