Лаборатория индуцированного рекомбиногенеза

Заведующий лабораторией: кандидат биологических наук Роман Александрович Комахин
Тел. (499) 977-99-63, e-mail: recombination@iab.ac.ru


Лаборатория организована в ноябре 2001 г. До 2009 г. лабораторию возглавлял д.б.н., профессор, академик РАН, РАСХН Александр Александрович Жученко.

Сотрудники

Основные сотрудники:
Зайцев Дмитрий Викторович — с.н.с., к.б.н.
Стрельникова Светлана Римовна — с.н.с., к.б.н
Коновалова Людмила Николаевна — с.н.с., специалист
Казакова Кира Алексеевна- лаборант исследователь, бакалавр
Маджарова Надежда Валентиновна — лаборант исследователь, бакалавр
Снычева Ольга Александровна — лаборант исследователь, бакалавр

Совместители:
Комахина Вера Викторовна — с.н.с., к.б.н
Криницына Анастасия Александровна — с.н.с., к.б.н
Шишкина Александра Александровна — с.н.с., к.б.н


Основные направления исследований.

1. Изучение молекулярно-генетических механизмов мейотической рекомбинации у растений с использованием методов генетической инженерии:
— выяснение молекулярных механизмов мейотической рекомбинации у гибридов растений и разработка экспериментальных моделей для ее индукции с целью увеличения биологического разнообразия среди потомства (на примере томата);
— выяснение механизмов интрогрессии генов хозяйственно-ценных признаков из генома дикорастущих видов в хромосомы культурных растений (на примере томатов) и разработка подходов для ее повышения.
2. Поиск и изучение новых растительных промоторов для биотехнологии растений (совместно с лабораторией стрессоустойчивости растений ВНИИСБ Россельхозакадемии).
3. Создание методами генетической инженерии сельскохозяйственных растений с агрономически-ценными признаками с использованием генов и промоторов из дикорастущих видов растений (совместно с лабораторией стрессоустойчивости ВНИИСБ Россельхозакадемии).

Основные объекты исследований.

Трансгенные растения культурного томата (Solanum lycopersicum), экспрессирующие гены recA Escherichia coli, SPO11 Saccharomyces cerevisiae, SPO11-1 Arabidopsis thaliana и др., а также их линейные и межвидовые трансгенные гибриды, полученные с использованием маркерных форм и дикорастущих видов томатов S. lycopersicum var. cerasiforme, S. cheesmaniae, S. pimpinellifolium, S. habrochaites и др.
Трансгенные растения табака Nicotiana tabacum и арабидопсиса A.thaliana, экспрессирующие репортерный ген gusA под контролем новых растительных промоторов и их делеционных вариантов (совместно с лабораторией стрессоустойчивости ВНИИСБ Россельхозакадемии).
Трансгенные растения табака N. tabacum и арабидопсиса A. thaliana, экспрессирующие гены антимикробных пептидов pro-smAMP1, pro-smAMP2 и pro-smAMP3 из мокрицы из Stellaria media (совместно с лабораторией стрессоустойчивости ВНИИСБ Россельхозакадемии).
Трансгенные растения картофеля Solanum tuberosum, экспрессирующие ген антимикробных пептидов pro-smAMP2 из мокрицы из S. media (совместно с лабораторией стрессоустойчивости ВНИИСБ Россельхозакадемии).
Создание трансгенных растений льна Linum usitatissimum L. , устойчивых к грибным фитопатогенам с использованием генов и промоторов из дикорастущих видов растений (совместно с лабораторией стрессоустойчивости ВНИИСБ Россельхозакадемии).

Основные научные достижения.

Под руководством академика Жученко А.А. впервые в России создана коллекция мутантных, дикорастущих и трансгенных форм томата, являющаяся уникальным инструментом для решения важных генетических и селекционных задач.
Впервые установлено, что белковый продукт мейоз-специфичного гена SPO11 S. cerevisiae локализуется в ядрах вегетативных клеток. Клонирована и изучена нуклеотидная последовательность, кодирующая 19 аминокислотных остатков N-концевой области Spo11p, представляющая сигнал ядерной локализации, который необходим для импорта Spo11p в ядра клеток дрожжей.
Впервые установлено, что экспрессия генов мейоз-специфичных эндонуклеаз SPO11 S. cerevisiae и SPO11-1 A. thaliana в клетках линейных гибридов томата приводит к отклонениям в наследовании некоторых маркерных аллелей второй хромосомы, при этом, не затрагивала соседние сцепленные маркерные гены. Методом генетического анализа установлено, что экспрессия генов SPO11 S. cerevisiae, SPO11-1 A. thaliana в клетках линейных гибридов томата приводит к снижению частоты кроссинговера на участке между маркерными генами второй хромосомы wv и d. На основе этих результатов выдвинуто предположение о том, что экспрессия генов мейоз-специфичных эндонуклеаз SPO11 способствует увеличению в мейозе некроссоверных рекомбинационных событий, которые приводят к отклонению сегрегации маркерных аллелей и к снижению частоты кроссинговера.
Впервые установлено, ген recA E. coli экспрессируется в клетках растений томата и не оказывают негативного влияния на формирование пыльцы, наследуется по материнской и отцовской линии. Гибриды томата F1, экспрессирующие гены recA E. coli, могут быть использованы как модели для изучения мейотической рекомбинации, поскольку содержат инсерцию Т-ДНК в одном локусе вне второй хромосомы в гемизиготном состоянии. Сравнительный анализ частоты мейотической рекомбинации, свидетельствует, что экспрессия гена recA E. coli в клетках трансгенных гибридов томатов приводит к увеличению кроссинговера в 1.5 раза между маркерными генами второй хромосомы.
Впервые установлено, что степень уменьшения частоты кроссинговера у межвидовых гибридов томатов, а также нарушение наследования некоторых рецессивных маркерных аллелей в их потомстве, зависит от филогенетического родства видов томатов, на основе которых они были получены, и от экспрессии гена recA E. coli в их клетках. Причем, чем более филогенетически отдаленными были исходные виды томатов, тем более выраженный положительный эффект в результате экспрессии гена recA E.coli отмечен у межвидовых гибридов и в их потомстве. Благоприятное воздействие экспрессии гена recA E. coli на наследование генов в потомстве межвидовых гибридов томатов дает основание предполагать, что генетическое разнообразие может определяться скоординированной работой цитоплазматических и ядерных генов, обуславливающих поддержание и целостность генома незрелых пластид.
Впервые установлено, что Ds-элемент кукурузы, локализованный в 4 хромосоме томата, может приводить к нарушениям на различных стадиях мейоза, которые не оказывают влияния на фертильность пыльцы гибридов томатов. Установлено экспериментально, что положение трансгенов (Ds-элемент или R480) в геноме растений томата может приводить к локальному изменению частоты мейотической рекомбинации между маркерными генами той хромосомы, в которую произошла интеграция трансгенов.
Впервые установлено, что мейоз у моносомно-дополненной линии культурного томата с хромосомой 2 из S. lycopersicoides характеризуется высоким уровнем нарушений, которые проявляются на всех стадиях от профазы I до тетрад. Наличие конъюгации между хромосомами 2 S. lycopersicoides и L. esculentum свидетельствуют о частичной гомологии, а так же о возможность передачи генов от дикорастущего вида культурному томату.
Впервые установлено, что трансформанты N. tabacum (Т0 и Т1) и A. thaliana (Т1), экспрессирующие гены антимикробных пептидов pro-smAMP1, pro-smAMP2 и pro-smAMP3, более устойчивыми к фитопатогенным грибам, чем контрольные (нетрансгенные) растения (совместно с лабораторией стрессоустойчивости ВНИИСБ Россельхозакадемии).

Гранты и договоры:

1. Государственный контракт №14.604.21.0028 МОН РФ «Создание нового эффективного инструментария на основе промоторных областей генов антимикробных пептидов proSmAMP1 и proSmAMP2из сорного растения мокрицы (Stellaria media) для генетической инженерии двудольных сельскохозяйственных культур» (2014-2015).

2. Государственный контракт №14.512.11.0123 МОН РФ «Создание набора генетических конструкций, содержащих новый растительный промотор и ген антимикробных пептидов proSmAMP2, для получения цисгенных растений, устойчивых к фитопатогенам» (2013).

3. РФФИ 11-04-00873-а «Изучение молекулярных механизмов мейотической рекомбинации (кроссинговера) с использованием трансгенных гибридов томатов, экспрессирующих гены мейоз-специфичных эндонуклеаз SPO11 Saccharomyces cerevisiae и SPO11-1 Arabidopsis thaliana» (2011-2013).

4. Грант Президента Российской Федерации МК-244.2011.4 «Разработка нового метода индукции мейотической рекомбинации между гомеологичными хромосомами в мейозе у отдаленных гибридов с использованием трансгенных растений, экспрессирующих ген бактериальной рекомбиназы recA» (2011-2012).

5. Договор № 01 от 4 августа 2009 г. и № 8-Д2009 от 16 сентября 2009 г. на оказание услуг по проведению стажировки сотрудников Дочернего государственного предприятия «Институт биологии и биотехнологии растений» Республиканского государственного предприятия «Национальный центр биотехнологии Республики Казахстан» Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан (2010).

6. РФФИ 08-04-13573-офи_ц «Создание модельных трансгенных растений, экспрессирующих гены антимикробных пептидов из Stellaria media, для изучения механизма устойчивости к фитопатогенным грибам с оценкой перспективы практического применения» (совместно с лабораторией стрессоустойчивости ВНИИСБ Россельхозакадемии) (2008-2009).

7. РФФИ № 08-04-13596-офи_ц «Разработка экспериментальных моделей для изучения и индукции мейотической рекомбинации с использованием трансгенных гетерозиготных растений, экспрессирующих ген recA Escherichia coli» (2008-2009).

8. РФФИ № 06-04-08097-офи «Разработка теоретических и экспериментальных моделей механизма экзогенной и эндогенной индукции частоты и спектра рекомбинации у гетерозиготных растений» (2006-2007).

9. РФФИ №03-04-48878-а «Использование трансгенеза для увеличения генетической изменчивости» (2003-2005.).

Избранные публикации лаборатории

1. Комахин Р.А., Комахина В.В., Жученко А.А. 2007. Создание генетических конструкций содержащих бактериальный ген recA E. coli для индукции рекомбинации в растениях. Сельскохозяйственная биология. 3, 25-32.

2. Комахин Р.А., Комахина В.В. Компартментализация Spo11p в вегетативных клетках дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Молекулярная биология 2008 Т.42., №3. С. 494-500.

3. Юнусов З.Р., Соловьев А.А., Михайленко С.Н., Комахин Р.А., Жученко А.А. Влияние трансгенов на мейотическую рекомбинацию у высших эукариот, на примере растений томата // Сельскохозяйственная биология. 2009. № 3. с. 52-59.

4. Комахин Р.А., Комахина В.В., Милюкова Н.А., Голденкова-Павлова И.В., Фадина О.А., Жученко А.А. Трансгенные растения томата, экспрессирующие гены recA и NLS-recA-licBM3, как модель для изучения мейотической рекомбинации // Генетика. 2010. Т. 46, №12. с. 1635-1644.

5. Комахин Р.А., Комахина В.В., Милюкова Н.А., Жученко А.А. Анализ частоты мейотической рекомбинации у трансгенных гибридов томата, экспрессирующих гены recA и NLS-recA-licBM3 // Генетика. 2012. Т.48, №1. с.30-39.

6. Shukurov R.R., Voblikova V.D., Nikonorova A.K., Komakhin R.A., Komakhina V.V., Egorov T.A., Grishin E.V., Babakov A.V.Transformation of tobacco and Arabidopsis plants with Stellaria media genes encoding novel hevein-like peptides increases their resistance to fungal pathogens. Transgenic research. 2012. №2. p. 313-325.

7. Стрельникова С.Р., Вобликова В.Д., Шукуров Р.Р., Бабаков А.В., Комахин Р.А. Изучение нового растительного промотора гена proSmAMP2 из Stellaria media методом агробактериальной инфильтрацией растений // Биотехнология, 2014 №3 с. 8-17.

8. Комахин Р.А., Милюкова Н.А., Комахина В.В., Бочарникова Н.И., Юнусов З.Р., Криницына А.А., Левина Т.А., Соловьев А.А. Разработка методов управления мейотической рекомбинацией у гибридов растений с целью оптимизации традиционных методов селекции. В кн.: Харченко П.Н. (ред.) Проблемы агробиотехнологии, М.: ВНИИСБ, с. 93-111, 2012.

9. Tyurin CA, Sadovskaya NS, Nikiforova KR, Mustafaev CO, Komakhin RA, Fadeev VS, Goldenkova-Pavlova IV. Clostridium thermocellum thermostable lichenase with circular permutations and modifications in the N-terminal region retains its activity and thermostability// Biochim Biophys Acta. 2015 Jan;1854(1):10-9. doi: 10.1016/j.bbapap.2014.10.012. Epub 2014 Oct 23.

10. Ветчинкина Е.М., Комахина В.В., Высоцкий Д.А., Зайцев Д.В., Смирнов А.Н., Бабаков А.В., Комахин Р.А. Экспрессия растительного гена антимикробных пептидов pro-SmAMP2 повышает устойчивость трансгенных растений картофеля к возбудителям альтернариоза и фузариоза // Генетика. 2016. Т.52. №9. с.1055-1068.

11. Высоцкий Д.А., Стрельникова С.Р., Ефремова Л.Н., Ветчинкина Е.М., Бабаков А.В., Комахин Р.А. Структурно-функциональный анализ нового растительного промотора pro-SmAMP1 из Stellaria media // Физиология растений, 2016. Т.63. №5. с.705-715.

12. Komakhin RA, Vysotskii DA, Shukurov RR, Voblikova VD, Komakhina VV, Strelnikova SR, Vetchinkina EM, Babakov AV. Novel strong promoter of antimicrobial peptides gene pro-SmAMP2 from chickweed (Stellaria media). // BMC Biotechnol. 2016 May 18;16(1):43. doi: 10.1186/s12896-016-0273-x.

Партнеры


























События