В связи с техническими работами в центре обработки данных, часть прикреплённых файлов в настоящее время недоступна.
 
скрыть

Структурно-функциональный анализ генов, контролирующих активность апикальной меристемы побега у гороха посевного (Pisum sativum L.) и родственных бобовыхНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Структурно-функциональный анализ генов, контролирующих активность апикальной меристемы побега у гороха посевного (Pisum sativum L.) и родственных бобовых
Результаты этапа:
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Структурно-функциональный анализ генов, контролирующих активность апикальной меристемы побега у гороха посевного (Pisum sativum L.) и родственных бобовых
Результаты этапа: 1. Размер генома как фактор, влияющий на размер апикальной меристемы В ходе отчетного этапа был предпринят поиск корреляции между размерами апикальной меристемы у бобовых с размером их генома. Горох относится к трибе Виковых, в которую входят также два высоко полиморфных рода – Чина (Lathyrus) и Вика (Vicia), имеющие большое хозяйственное значение как зернобобовые (вика посевная, вика нарбонская, чина посевная, бобы), кормовые, укосные (мышиный горошек, чина луговая) и декоративные (душистый горошек) культуры. В соответствии с базой данных по размерам геномов растений (http://data.kew.org/cvalues), представители трибы Виковых имеют самые большие геномы среди всего семейства, но при этом характеризуются относительно небольшим числом хромосом (2n = 10-14 у большинства представителей, преобладают 2n = 14). Полиплоидия в этой группе редка. Известно, что размер генома положительно коррелирует с размером клеток за счет ядерно-цитоплазматического соотношения и отрицательно – с длительностью клеточного цикла. В связи с этим была высказана гипотеза о том, что размер генома у бобовых может влиять на размер апикальной меристемы и длительность жизненного цикла (однолетний или многолетний). В коллекции кафедры генетики биологического факультета МГУ были выбраны образцы, относящиеся к роду Чина. Часть материалов была собрана в природных условиях во время поездки в Армению. У трехнедельных растений фиксировали апексы побега и с использованием метода сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) получали их фотографии в различных проекциях. На фотографиях оценивали размеры АМ и составляющих ее клеток (как площадь наружной поверхности клеток поверхностного слоя АМ). Удалось показать, что у пяти видов чины (L. cicera, L. clymenum, L. sylvestris, L. tingitanus и L. articulatus) есть положительная корреляция между размером генома (взят из вышеупомянутой базы данных) и размером клеток АМ, а также размером самой АМ . Планируется расширить выборку за счет других видов чины и вики, а также гороха, но можно заключить, что увеличение размера генома приводит к укрупнению АМ. Интересная зависимость найдена между размером генома и длительностью жизненного цикла. Среди 41 вида чины многолетники характеризуются или большим, или малым размером генома, в то время как однолетники имеют средние размеры генома. У вики (51 вид) ситуация обратная: однолетники имеют или малые, или большие размеры генома, многолетники – средние. Подобная корреляция выглядит неслучайной. Для организма с большим геномом может оказаться адаптивно выгодным или завершить жизненный цикл за один сезон (сведя, таким образом, онтогенез к небольшому числу клеточных делений), или, напротив, в течение первого года жизни сформировать корневище или иной многолетний орган и перейти к цветению во второй и последующий годы жизни. Таким образом, эти результаты свидетельствуют об определённом морфогенетическом значении размера генома (размер АМ связан с ним положительно). Также содержание ДНК в ядре, по-видимому, имеет большое значение в эволюции жизненной формы в изученной группе. Планируется расширить выборку объектов для морфометрии - в первую очередь, за счёт видов рода Vicia. 2. Анализ CLAVATA3-подобного гена у гороха В ходе предыдущих исследований было показано, что ген FAS, мутация в котором определяет фасциацию у линии «Штамбовый», локализован в III группе сцепления (ГСIII). Исходя из синтении этого района генома гороха с геномом люцерны (Medicago truncatula), было высказано предположение, что этот ген представляет собой ортолог гена CLAVATA3 (CLV3) Arabidopsis thaliana. Последовательность, сходная с CLV3, была охарактеризована (но не опубликована) у гороха в работе (Liang et al. 2009. J. Exp. Bot. 60: 4201-4213) и любезно предоставлена авторами процитированной статьи для нашей работы. На основе нее нами были подобраны праймеры, успешно проведена амплификация. Полученный фрагмент, амплифицированный у мутанта «Штамбовый» и 30 других сортов и линий (преимущественно сортов отечественной селекции), был обработан рядом эндонуклеаз рестрикции с целью обнаружить межлинейный рестрикционный полиморфизм. При обработке эндонуклеазой AluI было найдено два аллеля. Мутант «Штамбовый» имеет «тяжёлый» аллель, характерный для большинства проанализированных сортов и линий. Несколько форм (среди них маркерная линия WL1238) имеют «лёгкий» аллель. При генотипировании популяции F2 от скрещивания «Штамбовый» x WL1238 было отмечено, что все растения, имевшие фасциированный фенотип, гомозиготны по «тяжёлому» аллелю PsCLV3. Таким образом, можно судить как минимум о тесном сцеплении PsCLV3 (ранее не локализован) с геном FAS в ГСIII. Для подтверждения тождества этих маркеров требуется дополнительное исследование, которое будет проведено в третий год реализации проекта. Нами были получены нуклеотидные последовательности фрагментов PsCLV3 от мутанта «Штамбовый» и сорта Немчиновский-766, из которого был получен данный мутант. К сожалению, полученные данные не позволяют однозначно судить о различиях между двумя образцами по данному локусу. В дополнение к фенотипической характеристике мутанта «Штамбовый» совместно с сотрудниками ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Пушкин) было проведено сравнение числа симбиотических клубеньков на корнях мутанта по сравнению с исходным сортом (Немчиновский 766). Было показано, что у фасциированного мутанта «Штамбовый» число азотфиксирующих клубеньков достоверно выше (135,1±49,0, приведено среднее значение ± стандартное отклонение), чем у сорта Немчиновский 766 (99,9±23,9, t-критерий, p = 0,029). Эти результаты согласуются с тем, что как минимум у двух известных фасциированных мутантов гороха (sym28 и nod4) число клубеньков на корнях выше, чем у исходных нефасциированных сортов. 3. Апикальная и флоральная меристемы у мутантов бобовых На материале коллекции кафедры генетики было проведено сравнение фенотипов 4-х фасциированных неаллельных мутантов гороха (fas, fa2, sym28, nod4) и исходных сортов, из которых эти мутанты в разное время были выделены. Кроме того, в сравнение были включены фасциированный мутант люпина узколистного (Lupinus angustifolius) 5М2-253 и исходный сорт Немчиновский 846. Все перечисленные мутанты характеризуются выраженной фасциацией главного побега. Было обнаружено, что мутанты гороха отличаются от исходных сортов достоверно меньшим числом цветков в пазушном соцветии и в некоторых случаях меньшим числом семязачатков в бобе. Никаких аномалий строения цветка, которые бы сопутствовали фасциации у гороха, отмечено не было. Мутант nod4, выделенный К.К. Сидоровой из зернового сорта Рамонский 77, цветет достоверно раньше исходного сорта. В остальных случаях мутанты гороха имели сходное с сортами число стерильных узлов. Напротив, у люпина фасциация побега сочеталась с ранее не описанными нарушениями цветка. В цветках мутанта 5М2-253 отмечалось увеличенное количество органов всех типов, хотя их дифференцировка в целом нормальна: лепестки трех типов присутствуют более или менее на своих местах, тычинки можно отнести к наружному или внутреннему кругу. Нередки и случаи увеличения числа плодолистиков до 2-3. Можно заключить, что у гороха размер меристемы находится под негативным контролем, который дублирует действие негативных регуляторов размеров АМ. У Arabidopsis фасциация (утрата негативной регуляции размеров меристемы) побега, как правило, сочетается с увеличением числа органов в цветке. По-видимому, по крайней мере, один из генов, контролирующих размер АМ у люпина, является и регулятором размера флоральной меристемы, что приводит к плейотропному проявлению этой мутации. Хотя ген на данный момент не идентифицирован, описанный мутант представляет значительный интерес с точки зрения понимания регуляции и эволюции размеров меристемы цветка у бобовых - в том числе и в свете проблемы происхождения у них полимерного гинецея. 4. Связь стабильности апикальной и флоральной меристем при нормальном морфогенезе Для изучения связи размеров флоральной меристемы (ФМ) с размерами апикальной меристемы (АМ) была предпринята оценка стабильности числа органов в цветках у нескольких видов бобовых (горох посевной, мышиный горошек Vicia cracca, люпин многолистный Lupinus polyphyllus) и представителей других семейств средней полосы России. Всего в анализ были взяты 37 видов, относящихся к 23 семействам. Материал (обычно не менее 100 цветков) собирали так, чтобы минимизировать генетические различия - по возможности с одной особи или по крайней мере в одной популяции. Учитывали положение цветка в соцветии. При статистической обработке полученных данных были установлены следующие закономерности. (1) Стабильность цветка, выраженная через коэффициент вариации числа его структур, зависит от положения цветка в соцветии. Так, верхушечный цветок на главном побеге обычно сильнее всего уклоняется от типичного строения в сторону как большего, так и меньшего числа структур. У некоторых видов (например, у Ruta graveolens и Lythrum salicaria) мерность (количество органов в круге) цветка регулярно связана с его положением в соцветии. Такая связь размеров АМ и ФМ выглядит наиболее логичной: ФМ верхушечного цветка формируется непосредственно из АМ побега. Этот процесс сопряжен с быстрым изменением симметрии и особенностей разметки меристемы и оттого подвержен ошибкам. (2) Чем выше мерность цветка, тем более она склонна к варьированию. Так, двучленная чашечка у Крестоцветных в изученном материале не обнаруживала никаких вариаций, в то время как семичленная чашечка у Trientalis оказалась нестабильной, часто встречались 6- и 8-членные варианты строения. Таким образом, с увеличением средней мерности чашечки возрастает коэффициент вариации числа чашелистиков (коэффициент корреляции Спирмена ρ = 0.4388, p = 0.0120). У этой закономерности есть убедительное обоснование. В общем виде оно сводится к тому, что вставка дополнительного примордия в круг цветка (увеличение мерности) тем проще, чем больше примордиев уже могут быть в нем размечены. (3) Зигоморфные цветки (в том числе у Бобовых) стабильнее актиноморфных. Этот факт хорошо согласуется с вышеупомянутым наблюдением: даже при фасциации побега зигоморфный цветок (по крайней мере, у гороха) остается неизменным. Зигоморфный цветок имеет дополнительные механизмы стабилизации размеров ФМ. Наиболее вероятными кандидатами на роль таких регуляторов выступают CYCLOIDEA-подобные гены. Ген CYCLOIDEA (CYC) открыт у львиного зева и является основным регулятором симметрии цветка. Показано, что он подавляет экспрессию генов циклинов в адаксиальной части ФМ (Gaudin et al. 2000. Plant Physiol. 122: 1137-1148). CYC-подобные гены участвуют в контроле симметрии цветка у разных групп цветковых растений. Таким образом, зигоморфные цветки более устойчивы к случайным флуктуациям размеров ФМ. 5. Наследование и фенотипическое проявление мутации determinate habit Продолжена и завершена работа по изучению характера наследования признака детерминантного типа роста (ДТР), определяемого мутацией determinate habit. В первый год реализации проекта было показано, что гибриды первого поколения от скрещиваний deh × DEH имеют промежуточный фенотип по числу продуктивных узлов. Было высказано предположение, что материнский генотип оказывает влияние на фенотип гетерозигот. в этом году были детально изучены гибриды F1 от скрещиваний «Рас-тип» (deh) × Аз-23 (DEH) и Флагман (deh) × Filby (DEH). В обеих комбинациях отдельно анализировали группы потомков от прямого и обратного скрещиваний. Гибриды F1 от прямого и обратного скрещиваний достоверно не различались по числу продуктивных узлов. В трех случаях гетерозиготы имели фенотип, промежуточный между родителями; исключение составляет популяция F1 Флагман × Filby (2015 г.). Эти данные свидетельствуют о полудоминантном характере наследования мутации deh. Также во всех комбинациях у части (6,3-30,8%) гибридов F1 наблюдали редуцированные или асимметричные прилистники. Так было подтверждено, что мутация deh является полудоминантной, а направление скрещивания не влияет на проявление аномалии у гибридов. Коэффициент вариации числа продуктивных узлов у мутантов deh в большинстве случаев превышает 20%. Можно ожидать, что селекционная работа с признаком ДТР, определяемым мутацией deh, будет затруднена, а преимущества использования такого типа роста доступны лишь в узком диапазоне условий. 6. Генетический контроль числа цветков в пазушном соцветии у гороха Наблюдения первого года реализации проекта относительно генетического контроля числа цветков в пазушном соцветии у гороха были дополнены новыми данными. Описаны гибриды F1 и F2 от скрещиваний «Люпиноид» × ДТР и «Штамбовый» × ДТР. Полученные результаты подтверждают вывод о том, что число цветков в пазушной кисти контролируется двумя генами, взаимодействующими по типу доминантного эпистаза: расщепление в F2 достоверно соответствует 13:3. Результаты оформлены в виде публикации.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Структурно-функциональный анализ генов, контролирующих активность апикальной меристемы побега у гороха посевного (Pisum sativum L.) и родственных бобовых
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".