МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ХОЛОДОУСТОЙЧИВОСТИ: МЕМБРАНЫ, ГЕНОМИКА И БИОИНЖЕНЕРИЯ
Д. А. Лось
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук e-mail: losnet@ippras.ru; losnet@mail.ru
При снижении температуры окружающей среды биологические мембраны становятся более вязкими, что затрудняет работу множества энергетических ферментных систем, приводя к нарушениям клеточного метаболизма и гибели клеток. Способность клеток растений к адаптации к холоду связана с возможностью изменять текучесть мембран посредством увеличения количества ненасыщенных жирных кислот в мембранных липидах. Этот процесс осуществляют высокоспецифичные ферменты - десатуразы жирных кислот. Знания биохимии и молекулярной биологии десатураз открывают широкие перспективы в области биотехнологии и сельского хозяйства, делая возможным генно-инженерное конструирование сортов и видов растений, способных переносить температурные ограничения той или иной климатической зоны.
Гипотеза, объясняющая молекулярные механизмы устойчивости растений к низким температурам, предполагает, что растения, способные синтезировать повышенные количества ненасыщенных жирных кислот, оказываются более устойчивыми к холодовому стрессу и заморозкам. Применение этой идеологии на практике позволило нам создать трансгенные линии как модель-
ных штаммов цианобактерий, так и пригодных для сельскохозяйственного использования линий высших растений, а также идентифицировать белки - сенсоры изменения температуры окружающей среды.
Экспрессия в растениях гена десатуразы жирных кислот из цианобактерии обеспечивает повышенный уровень ненасыщенных жирных кислот в трансгенных линиях. Такие растения характеризуются заметным снижением индекса повреждения при пониженных и отрицательных температурах. Семена этих растений также проявляют повышенную холодоустойчивость.
Предлагаемая идеология и технология биоинженерии холодоустойчивости может применяться практически для любого вида и сорта растений.
Los D.A., Murata N. 1998. Structure and expression of fatty acid desaturases. Biochim. Biophys. Acta. 1394, 3-15. Suzuki I., Los D.A., Kanesaki Y., Mikami K., Murata N. 2000. The pathway for perception and transduction of low-temperature signals in Synechocystis. 19, 13271334.
Orlova I.V., Serebriiskaya T.S., Popov V., Merkulova N., Nosov A.M., Trunova T.I., Tsydendambaev V.D., Los D.A. 2003. Transformation of tobacco with a gene for the thermophilic acyl-lipid desaturase enhances the chilling tolerance of plants. Plant Cell Physiol. 44, 447-450.
ХРОМОСОМНЫЕ ОСНОВЫ ГЕНОМИКИ РАСТЕНИЙ
Е. Д. Бадаева
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгелъгардта Российской академии наук
e-mail: chrom@eimb.ru
Растения, в отличие от животных, характеризуются значительной изменчивостью, выражающейся как в 2500-кратной вариации размера генома (от 53 млн. п.н. до 125 млрд. п.н.), так и в существенных межвидовых различиях по числу хромосом (от 4 до 596 у покрытосеменных). Изучение геномов растений осложняется высоким содержанием повторяющихся последовательностей ДНК, содержание которых у многих видов превышает 90% генома, а также широким распространением полиплоидии (кратного увеличения числа хромосом). В связи с этим, основной стратегией изучения растений стала сравнительная геномика - анализ определенного вида, основанный на сопоставлении его генома с геномами модельных видов растений. Это особенно актуально в случае растений с крупными и сверхкрупными геномами, к которым относятся такие хо-
зяйственно-важные виды, как твердая и мягкая пшеница, рожь, ячмень и кукуруза. В проведении подобных работ все более важную роль будут играть хромосомные исследования.
Такие исследования проводятся в лаборатории функциональной морфологии хромосом ИМБ РАН.
Хромосомный анализ дает общую информацию о геноме объекта - числе и размере его хромосом, особенностях их строения. С помощью специальных методов изучения хромосом - дифференциального окрашивания и гибридизации in situ - на хромосомах выявляют маркерные участки, положение и размер которых позволяет идентифицировать и классифицировать индивидуальные хромосомы. Для анализа мелкохромосомных видов растений, таких как лен, хлопчатник, ромашка, в лаборатории успешно используется
компьютерная система анализа изображения, позволяющая объективно и с большой точностью оценить размеры хромосом и положение в них маркерных участков. Сочетанное использование дифференциального окрашивания и гибридизации in situ дает возможность оценить тонкую организацию хромосом растений, определить количество и расположение на хромосомах отдельных классов повторяющихся последовательностей. В целом с помощью этих методов в лаборатории изучены геномы более 70 видов однодольных и двудольных видов растений и проведена полная идентификация их хромосом.
Большое значение хромосомные технологии имеют при определении генетического родства (гомеологии) хромосом разных видов. В частности, исследование серии гибридных линий пшеницы с межгеномными замещениями хромосом позволило установить соответствие хромосом дикого вида генетическим группам мягкой пшеницы. Гибридизацию in situ со специфическими пробами ДНК, в частности, семействами генов рРНК использовали при определении гомеологии хромо-
сом 26 видов Aegilops - дикорастущих сородичей пшеницы. Характер распределения этих зондов дал ценную информацию при определении происхождения полиплоидных видов и выявлении эволюционных взаимоотношений в разных систематических группах растений, включая лен и злаки. Использование методов хромосомного анализа для изучения гороха (нормальных сортов и линий с хромосомными перестройками) позволило установить соответствие цитологических и генетических карт хромосом этого вида.
Хромосомные исследования успешно применяются при изучении внутривидового разнообразия и хромосомной нестабильности. Их следует использовать и при оценке селекционного материала, особенно отдаленных гибридов, при проверке генетических коллекций. Хромосомные технологии представляются необходимой частью работ по тонкому физическому картированию хромосом. Не вызывает сомнения, что развитие геномики растений будет непосредственно связано с развитием и совершенствованием хромосомных технологий.
СУПРЕССОРНЫЕ ГЕНЫ НА ХРОМОСОМЕ 3 ЧЕЛОВЕКА -НОВЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАРКЕРЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗА ЭПИТЕЛИАЛЬНЫХ ОПУХОЛЕЙ
Е. Р. Забаровский
Microbiology and Tumor Biology Center, Karolinska Institute, Stockholm Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгелъгардта Российской академии наук, Москва
e-mail: eugzab@ki.se
Определение нуклеотидной последовательности генома человека и создание общедоступных баз данных обеспечили значительный прогресс в области геномики онкопатологий. С целью идентификации новых супрессорных генов (ТБв) картированы делеции на коротком плече хромосомы 3 человека в эпителиальных опухолях почки, легкого, молочной железы, яичников и шейки матки (исследованы более 400 случаев). Локализованы пять критичных участков, потенциально содержащих ТБв: два участка - в дистальном районе 3р и три участка - в области 3р21.3. Районы АР20 и 0382409-0383667 (3р21.3) определены нами впервые. Установлена значимая корреляция частоты аллельных делеций в области АР20 и в других районах 3р со стадией и степенью анаплазии опухолей. Согласно этим данным, гены из области 3р связаны не только с возникновением, но и с прогрессией опухолей, и могут быть использованы в качестве прогностических маркеров. В районах ШСА, АР20 и 0382409-0383667 (3р21.3) идентифицированы кластеры ТБв. Обнаружено изменение уровня экспрессии и метилирования ряда генов в опухолях и получены подтверждения их функциональной активности. К таким генам от-
носятся новые ТБв, ЯА88Р1А, 8ЕМА3В и ИУА22. Белковый продукт гена ЯА88ПА участвует в регуляции клеточного цикла и, возможно, в инициации апоптоза, а продукт гена 8ЕМА3В, по-видимому, подавляет ангиогенез. Ген ИУА22 кодирует фосфатазу, которая участвует в обратимом дефо-сфорилировании С-концевого домена крупной субъединицы РНК-полимеразы II и, таким образом, связан с регуляцией транскрипции и процес-синга пре-мРНк. Ген ИУА22 проявляет свойства и гена-супрессора, и онкогена. Кроме того, установлено, что продукт гена ИУА22 дефосфорили-рует белок рЯВ1. Важно, что метилирование про-моторных участков одних генов 3р (например ЯА88ПА и ^А^Р2) оказалось ранним событием в канцерогенезе, а других (например 8ЕМА3В) -связано с прогрессией опухолей. Таким образом, разные супрессорные гены, локализованные в области 3р, можно использовать как новые молекулярные маркеры, причем и для ранней диагностики, и для прогноза послеоперационного течения заболевания. Новые перспективы в диагностике, прогнозе и профилактике опухолей открывают методологии микропанелей. Разработанные нами геномные .оЯ-микропанели выявляют повреж-
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.