Геносистематика эукариотНИР

Genosystematics of Eukaryota

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
2 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Геносистематика эукариот
Результаты этапа: Реконструкции филогении отдельных групп цветковых растений, моховидных, гастротрих,иглокожих, мезозой, моллюсков и протистов. Анализ эволюции альвеолятных протистов на основании филогенетических данных, полученных путем мультигенных сравнений.
3 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Геносистематика эукариот
Результаты этапа:
4 11 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Геносистематика эукариот
Результаты этапа: Основные результаты в области геномики растений связаны с изучением закономерностей коэволюции ядерного генома и генома пластид у цветковых растений при потере фотосинтетической активности. Проведено описание и анализ происходящих при этом изменений в структуре и экспрессии ядерного генома и генома органелл (прежде всего пластид) в различных линиях эволюции цветковых растений. Секвенированы, собраны и проаннотированы транскриптомы Hypopitys monotropa и нефотосинтезирующего растения из семейства Orchidaceae, Epipogium aphyllum. Показано, что несмотря на независимый переход к гетеротрофности в этих двух эволюционных линиях растений, они обладают сходными закономерностями потерь генов. Так, у них не обнаружена экспрессия генов, продукты которых принимают участие в фотосинтезе, однако сохраняются гены, связанные с другими функциями пластид. Обнаружены различия в скорости накопления замен – у E. aphyllum она сильно повышена, у H. monotropa не отличается от таковой у фотосинтезирующих видов. Это показывает, что повышенная скорость накопления не является универсально свойственной гетеротрофным растениям, как это предполагали ранее. Методом высокопроизводительного секвенирования определена и проаннотирована полная последовательность пластидного генома Seseli montanum L. семейства Apiaceae из 147 823 п.н. Проведен сравнительный анализ структуры пластидных геномов Apiaceae. Согласно данным молекулярно-филогенетического анализа, основанного на последовательностях генов nad5, rps4 и trnL-F, род Hymenoloma следует относить к порядку Scouleriales. В его составе описывается новое семейство Hymenolomataceae. Изучен метагеном фотосинтезирующих пикоэукариот льда и подледной воды Белого моря методом NGS. Определена нуклеотидная последовательность ядерного генома одного из представителей ортонектид, Intoshia linei. Проведен глубокий анализ генома нового изолята Trichoplax. Завершен анализ генома черного садового муравья Lasius niger, очень успешно адаптированного в городской среде. Проведен мультигенный (COI и 18S) филогенетический анализ пещерных креветок Hemimysis speluncola из различных гротов Черного, Азовского, Средиземного морей и пролива Ла-Манш. Продолжена работа по филогенетическому анализу флюоресцентных гидроидов рода Cytaeis. Молекулярными методами изучено положение группы глубоководных морских звезд сем. Porcellanasteridae (фарфоровые звезды). Проанализировано 60 особей хариуса из 12 рек бассейна Белого моря. По контрольному региону митДНК выделено 10 гаплотипов. Построена сеть гаплотипов и филодендрограмма.
5 11 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Геносистематика эукариот
Результаты этапа: Исследования 2017 года продолжают цикл работ по изучению эволюци- онной геномики, молекулярной филогенетики и геномного биоразнообра- зия растений и животных. Планируемые исследования имеют фундамен- тальное научное значение в области познания эволюции живых организмов на Земле. Они играют и другую важнейшую роль - выявление геномного биоразнообразия живых организмов, не определяемого методами традици- онного морфологического анализа. Исследования способствуют разработке рациональных путей сохранения биоразнообразия для будущих поколений - для решения задачи, общепризнанной в мировом масштабе. Разнообразие объектов исследований и используемых методов привело к необходимости выделения в отчет нескольких самостоятельных частей. Получены результаты по следующим направлениям: 1. Изучение внутри- популяционного и внутривидового полиморфизма состава ампликонов ETS, ITS1 и ITS2 ядерной рибосомной ДНК, полученных с помощью методов вы- сокопроизводительного параллельного секвенирования. 2. Исследование генов рРНК гриба Sanchytrium tribonematis. 3. Филогенетические исследования хариуса и путей его расселения, а также гольцов бассейна реки Камчатка с использованием маркеров на ос- нове митохондриальной ДНК. 4. Реконструкция филогении гастротрих (Gastrotricha) и мезозой (Mesozoa). Анализ популяционного и видового разнообразия арктических морских звезд семейства Pterasteridae. 5. Изучение примитивного многоклеточного животного Trichoplax: пове- дение, нейробиология и роль в его физиологии ассоциированных бактерий. 6. Исследования филогении и таксономии мхов с использованием марке- ров ITS ядерного генома и хлоропластных генов.
6 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Геносистематика эукариот
Результаты этапа: Исследования 2017 года продолжают цикл работ по изучению эволюци- онной геномики, молекулярной филогенетики и геномного биоразнообра- зия растений и животных. Планируемые исследования имеют фундамен- тальное научное значение в области познания эволюции живых организмов на Земле и выявления геномного биоразнообразия живых организмов, не определяемого методами традици- онного морфологического анализа. Исследования способствуют разработке рациональных путей сохранения биоразнообразия - задачи, общепризнанной в мировом масштабе. Разнообразие объектов исследований и используемых методов привело к необходимости выделения в отчете нескольких самостоятельных частей. Получены результаты по следующим направлениям: I. Молекулярно-генетический и эволюционный анализ пластомов семейства Paeoniaceae. Определена и депонирована в GenBank под номером MG897127 полная последовательность пластидного генома Paeonia lactiflora (Pallas 1776) методом высокопроизводительного секвенирования. Длина пластома P. lactiflora составляет 152747 п.н., в нем выявлено 130 генов, из которых 85 являются белок-кодириующими, 37 кодируют тРНК и 8 – рРНК. Порядок генов в пластомах всех пионов и других Saxifragales одинаков, но у пионов псевдогенизирован ген рибосомного белка rps18, и утрачены гены rpl32 и infA. Последовательности пластомов пионов различаются между собой небольшим количеством замен и инделей как в кодирующих, так и в спейсерных областях, при этом отличительной чертой пластома P. lactiflora является инверсия шести п.н. в спейсере trnH-psbA, которой нет ни у P. obovata, ни у P. veitchii. Сопоставление скоростей накопления замен показало, что для пластомов семейства пионовых характерна более высокая скорость по сравнению с другими представителями порядка Saxifragales (Liquidambar formosana и Penthorum chinense), что согласуется с ранее полученными данными по отдельным хлоропластным генам. II. Анализ встречаемости интрона группы I в 18S рДНК, наличия гена эндонуклеазы хоминга в интронах и распределения интронов и гена эндонуклеазы на филогенетическом дереве эукариот. Проведен aнализ встречаемости интрона группы I в положении S943 в 18S рДНК эукариот и наличия гена эндонуклеазы хоминга в интроне. Показано мозаичное распределение интронов и гена эндонуклеазы на филогенетическом дереве. III. Изучение поведения и нейробиология примитивного животного без нервной системы — Trichoplax adhaerens Установлено, что у Trichoplax adhaerens примитивного животного, лишенного нервной системы, отсутствуют ортологи всех известных серотониновых рецепторов высших животных, несмотря на приутствие в геноме закодированных элементов нервной системы и способности высокого уровня серотонина стимулировать положительный фототаксис. IV. Изучение роли бактерий, ассоциированных с Trichoplax, в его физиологии. Определен состав микробиома Trichoplax adhaerens и чувствительность его компонентов к антибиотиками ампициллину и доксициклину. V. Изучение роли бактерий во взимоотношениях кораллов и паразитирующих на них копепод. Получены библиотеки ампликонов 16S рРНК из 100 образцов больных и здоровых тканей кораллов Porites sp. и из более 1000 ассоциированных с кораллами копепод, начато метагеномное секвенирование генов 16S рРНК. VI. Проведение анализа нового расширенного набора объединенных последовательностей генов 18 и 28S рРНК основных групп многоклеточных животных. Проведен анализ расширенного набора объединенных последовательностей (ПС) генов 18 и 28S рРНК основных групп многоклеточных животных с включением в него полученных нами новых ПС двух видов мезозой и использованием наиболее эффективных методов реконструкции филогенетических деревьев. Новый анализ подтверждает как монофилию мезозой, так и образование группы плоских животных Platyzoa (гастротрихи, мезозои синдерматы и плоские черви). Расширен набор нуклеотидных ПС фрагментов митохондриального гена COI для рода Hymenaster. Молекулярно-генетический анализ подтвердил отнесение всех экземпляров рода Hymenaster из географически удаленных районов (от Гренландии до Карского моря) к одному виду, Hymenaster pellicidus. VII. Изучение изменчивости гена Onne-DAB, кодирующего β-цепь молекулы главного комплекса гистосовместимости класса II (MHCII) и дальнейшие филогенетические исследования европейского хариуса Thimallus thimallus и путей его расселения на основе генотипирования молекулярных и ядерных маркеров. Изучена изменчивость гена Onne-DAB, кодирующего β-цепь главного комплекса гистосовместимости класса II (MHCII), по однонуклеотидным заменам One_MHC2_109, One_MHC2_190v2 и One_MHC2_251v2 в двух крупнейших популяциях нерки азиатского побережья Тихого океана, воспроизводящихся в бассейнах рек Озерная и Камчатка. В выборках из данных озерно-речных систем прослеживались различия в характере наследования и степени полиморфизма локусов One_MHC2_190v2 и One_MHC2_251v2. Проводены дальнейшие филогенетические исследования европейского хариуса Thimallus thimallus и путей его расселения на основе генотипирования с помощью двух митохондриальных маркеров (D-петля и АТФ6) и двух ядерных (α TNF –фактор некроза опухолей и FSH –фолликуло-стимулирующий гормон). VIII. Изучение генетического и фенотипического разнообразия подсолнечника. Публично поддерживаемые коллекции культивируемой гермоплазмы являются одним из ключевых источников новых генов для улучшения сельскохозяйственных культур. В данной работе 186 линий подсолнечника из коллекции Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур имени В.С. Пустовойта (ВНИИМК) были охарактеризованы на основе их генотипа и общих морфологических и фенологических экономически важных черт. Для 99 линий определено содержание жирных кислот в семенах. Последовательность RAD-библиотек (Restriction site associated DNA markers) и последующий анализ выявили 65553 варианта, включая SNP и индели. Анализ неравновесности сцепления генов (LD) выявил значительную изменчивость в геноме. Самые длинные блоки LD (> 5000 Kb) были найдены в группах сцепления 1,5 и 17. Анализ выявил значительное генетическое и фенотипическое разнообразие коллекции подсолнечника ВНИИМК. Полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) выявил связь геномных вариантов и фенотипических признаков. Новые заметные ассоциации с содержанием линоленовой кислоты в семенах были найдены в группах сцепления LG 8, 9 и 17. IX. Исследование пикофитопланктона Белого моря. В пикопланктоне Белого моря впервые обнаружен представитель Pedinophyceae. На основании филогенетических реконструкций по последовательностям ядерной и хлоропластной рДНК, а также анализа вторичных структур рРНК этот штамм, обозначенный как Pedinophyceae WS, при наличии морфологических данных следовало бы отнести к новому виду и роду Marsupiomonadales.
7 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Геносистематика эукариот
Результаты этапа: Исследования продолжают цикл работ по изучению эволюционной геномики, молекулярной филогенетики и геномного биоразнообразия растений и животных. Планируемые исследования имеют фундаментальное научное значение в области познания эволюции живых организмов на Земле и выявления геномного биоразнообразия живых организмов, не определяемого методами традици онного морфологического анализа. Исследования способствуют разработке рациональных путей сохранения биоразнообразия- задачи, общепризнанной в мировом масштабе. Получены результаты по следующим направлениям: 1. Исследованы две бореальные (субарктические) группы лососевых рыб: хариусы р. Thymallus и нерка р. Oncorhynchus. Проведен сравнительный анализ секвенированных последовательностей генов ядерной и мт ДНК. На основе видовых ядерных маркеров TNF (фактор некроза опухолей) и FSH (фолликуло-стимулирующий гормон) и мт ДНК добавлены молекулярно-генетические данные по ряду видов рода Thymallus . Сделаны выводы об особенностях филогенении и путях распространения видов и популяций. Уточнена филогенетическая позиция Европейского хариуса севера европейской части России. С помощью Контрольного Региона (КР) мтДНК нерки (Oncorhynchus nerka) проанализирована современная филогеография вида и предложен сценарий микроэволюции нерки в азиатской части арела. 2. Проведен молекулярно-генетический и эволюционный анализ всех доступных пластомов семейства Apiaceae, структурный анализ пластомов и изучение вариабельности их последовательностей у родов и триб Apiaceae. Осуществлена оценка наиболее перспективных участков для молекулярно-филогенетического и эволюционного анализов и ДНК-штрих-кодирования. Сопоставление структуры и состава генов в пластомах показало их существенное сходство. Структурные различия в пластомах зонтичных затрагивают границы инвертированных повторов, как границы на стыке большой однокопийной области и инвертированного повтора IRb, так и на стыке большой однокопийной области и повтора IRa. В последовательностях пластомов выявлены инверсии разной длины в 16 местах. Эти инверсии расположены преимущественно в некодирующих участках – спейсерах и интронах: trnH-psbA, atpF-atpH, trnE-trnD500, trnT-psbD, trnF-ndhJ, petA-psbJ, psbH-petB, ndhC-trnV, petB intron, petD intron, ndhB intron, trnR-trnN, ccsA-ndhD, ndhD-psaC, но наблюдаются и в последовательностях генов ycf1 и ycf2. Выявленные инверсии были комплементированы вручную, что позволило снизить уровень противоречивости филогенетического сигнала и максимально поднять значения поддержки для узлов дерева. Лишь одна ветвь на построенном дереве имеет невысокую поддержку, положение Pastinaca и Heracleum остается пока неясным. Сравнение фрагментарных деревьев с эталонным показало, что наиболее перспективными для штрих-кодирования и для молекулярно-филогенетического анализа являются последовательности спейсеров trnL-psbD и rpl32-trnL. 3. Определены последовательности пластидного генома и ядерной рРНК двух орхидей видов рода Vietorchis – V. aurea и V. furcata – и проведена их аннотация. Оба эти вида – нефотосинтезирующие, микогетеротрофные, являются представителями рода Vietorchis. Таксономическое положение его по морфологическим данным остается неясным, а молекулярных данных для рода Vietorchis к настоящему времени не было получено. Показано, что пластидный геном обоих видов характеризуется редукцией за счет генов, связанных с фотосинтезом. Некоторые из этих генов полностью отсутствуют (rbcL, rpoC1, petB, rpoA, большинство генов ndh), другие представлены псевдогенами (psbA, rpoB, rpoC2, petD и многие другие гены групп psa и psb). По сравнению с ранее изученными нами видами рода Epipogium, у которых пластом имеет всего 27-29 генов и не имеет псевдогенов, у вьеторхиса редукция сильно менее выражена, что указывает на более недавний переход к гетеротрофности. В отличие от большинства других видов растений, в том числе и орхидных, у Vietorchis furcata отсутствует инвертированный повтор в пластидном геноме, что представляет собой большую редкость для семейства, известно только у двух видов, тоже нефотосинтезирующих – Aphyllorchis montana и Gastrodia elata. Эти виды не родственны между собой и с Vietorchis, что свидетельствует о независимой потере повтора. Филогенетический анализ, проведенный на основании последовательностей ядерной рРНК показывает близость Vietorchis к таким родам, как Amitostigma, Brachycoritis и Sirindhornia. Особенно высока близость с последним – так, уровень сходства matK и ITS у видов Vietorchis и S. pulchella оставляет >98%. 4. Секвенирован пластидный геном гетеротрофного растения Rhopalocnemis phalloides, из семейства Balanophoraceae, паразитирующего на других растениях. Хотя большинство видов растений являются фотосинтезирующими, несколько сотен видов утратили способность фотосинтезировать и получают питательные вещества с помощью различных типов гетеротрофного питания. Их пластидные геномы заметно отличаются от пластидных геномы фотосинтезирующих растений. Пластидный геном R. phalloides сильно редуцирован и состоит всего из 18 622 пар оснований против примерно 150 тысяч пар оснований у автотрофных растений. Геном обладает чрезвычайно высоким содержанием AT-пар (86,8%),что уступает содержанию AT-пар только у пластидных геномов Balanophora, рода из того же семейства. Состав пластидного генома генома R. phalloides типичен для гетеротрофных растений, с утратой всех генов, связанных с фотосинтезом. Остальные гены характеризуются высокой частотой нуклеотидных замен и вышеупомянутым смещением нуклеотидного состава. Высокое содержание AT привело к конвергенции последовательностей между некоторыми из оставшихся генов и их гомологами из AT-богатых пластидных геномов протистов. В целом, пластидный геном R. phalloides - один из самых необычных известных геномов пластид. 5. Осуществлен метагеномный анализ диатомовых водорослей пикопланктона морей Российской Арктики – Карском, Лаптевых и Восточно-Сибирском. Исследования проводены методом высокопроизводительного секвенирования области V4 гена 18S рРНК, материалом служили пробы воды, отобранные на 8 станциях. Выявлены последовательности, имеющие сходство 98% и выше с диатомеями шести родов: Chaetoceros, Minutocellus, Arcocellulus, Skeletonema, Minidiscus и Thalassiosira. Наиболее разнообразно представлен род Chaetoceros. Таксоны Minutocellus polymorphus и Arcocellulus cornucervis впервые выявлены в составе планктона морей российской Арктики. Исследованные пробы были отобраны в период окончания вегетационного сезона в Арктике. Следует предполагать, что список обнаруженных диатомей может быть существенно дополнен за счет форм, преимущественное развитие которых приходится на другие периоды сезонного развития фитопланктона. 6. Обращенные повторы являются обычными элементами геномов, при этом они редко перекрываются с последовательностями, кодирующими белок, так как это может приводить к конфликту со структурой и функцией кодируемого белка. Нами обнаружено множество совершенных обращенных повторов значительной длины (до 284 п.н.) в составе белок-кодирующих генов митохондриальных геномах четырех видов червей из типа волосатиков (Nematomorpha). Поразительно, что оба элемента обращенных повторов кодируют консервативные участки аминокислотных последовательностей. Нами подтверждена ферментативная активность дыхательного комплекса I кодируемого генами с инвертированными повторами. Сделан вывод, что гены, содержащие инвертированные повторы, транскрибируются и транслируются в функциональные белки. Нуклеотидный состав обращенных повторов должен приводить к сильному отбору на аминокислотный состав кодируемых белков. Рассмотрение известных митохондриальных геномов показывают, что некоторые другие организмы обладают подобными, хотя и более короткими встроенными в кодирующие последовательности повторами. Митохондриальные геномы Nematomorpha демонстрируют необычайный эволюционный компромисс, где функции белка и жесткие требования на элементы вторичной структуры в пределах областей кодирования сохраняются одновременно. 7. Lobatocerebridae – свободноживущие мейобентосные черви с необычным планом строения тела и неустановленны таксоноическим положением. Lobatocerebridae обладают некоторыми сходными с Annelida морфологическими чертами в строении кутикулы и глотки, но также имеют признаки, роднящие их с другими микроскопическими первичноротыми, такими как Platyhelminthes, Gastrotricha и Micrognathozoa. Недавнее филогенетическое исследование транскриптома поместило Lobatocerebrum sp. в состав Annelida. Проведен скрининг международной базы данных нуклеотидных последовательностей The Sequence Read Archive (SRA) NCBI. Извлечены чтения кДНК, относящиеся к Lobatocerebrum sp., чтения собраны в контиги, в них найдены фрагменты мтДНК и предсказаны фрагменты белок-кодирующих генов. Проведено сравнение с нуклеотидными последовательностями мтДНК ортонектид, полученных из доступных баз данных. Обсуждена роль нуклеотидного состава мтДНК и проведена оценка эволюционной вариабельности отдельных элементов мтДНК и их значения для филогенетических реконструкций. . На филогенетических деревьях, построенных с применением гетерогенной модели молекулярной эволюции CAT, ортонектиды и Lobatocerebrum sp. группируются вместе в составе одной клады, выходящей из кроны аннелид. Однако эти таксоны отличаются сильным сдвигом нуклеотидного состава мтДНК в AT-область, сказывающемся на аминокислотный состав кодируемых белков. тПо нуклеотидному составу мтДНК ортонектиды сильно отличаются от других аннелид, за исключением Lobatocerebrum sp. У ортонектид и Lobatocerebrum sp. нуклеотидный состав мтДНК сильно сдвинут в AT-область (GC около 20%). Это сказывается на предсказанный аминокислотный состав кодируемых белков, который у этих видов обогащен фенилаланином, изолейцином и лизином и обеднен пролином, глицином и аланином. 8. Завершен молекулярный анализ филогении рачков Hemimysis lamornae (Malacostraca: Mysida: Mysidae) из Ла-Манша, Средиземного и Черного морей на основе трех молекулярных ДНК-маркеров – 18S рДНК, ядерного гена глутамил-пролил-тРНК-синтетаза и митохондриального гена субъединицы I цитохромоксидазы (COI). Результаты молекулярного анализа, как и морфологического не подтверждают монофилию гемимизных ламур. Подвиды H. lamornae pontica (Czerniavsky, 1882) и H. lamornae mediterranea Bacescu, 1936 следует рассматривать как валидные виды. По последовательностям COI H. pontica не наблюдается значительной дивергенции мизид из морских пещер Крыма и Болгарии. 9. Получен таксономически представительный набор последовательностей ядерных генов 18 и 28S рРНК и митохондриальных 12 и 16S рРНК, а также генов COI глубоководных морских ежей отряда Holasteroida. Проведена оценка эффективности для реконструкции филогении при использовании как отдельных, так и объединённых последовательностей этих генов. Эффективность оценивали по совпадению топологий деревьев разных генов, а также по статистической поддержке основных узлов дерева. Сопоставление молекулярной филогении с распространением холастероидных ежей позволяет выделить Антарктику как центр видообразования и расселения данной группы.
8 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Геносистематика эукариот
Результаты этапа:
9 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Геносистематика эукариот
Результаты этапа:
10 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Геносистематика эукариот
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".