Лаборатория стрессоустойчивости растений

Заведующий лабораторией: кандидат биологических наук, Таранов Василий Васильевич тел. (499) 977 09 38; e-mail: v.taranov1@gmail.com Подробнее прочитать про работу лаборатории можно на сайте лаборатории: http://stresslaboratory.ru/

Cотрудники:

Бабаков Алексей Владимирович — д.б.н., г.н.с., профессор
Насибов Шаиг Насир оглы — д.б.н., в.н.с
Злобин Николай Евгеньевич — н.с.
Шамустакимова Анастасия Олеговна — н.с.
Лебедева Марина Валерьевна — н.с.
Юрина А.Д. — лаб.-исследователь
Чернышов И.Ю. — лаб.-исследователь
Батырева А. М. — лаб.-исследователь

Основные направления исследований
1. Идентификация в растениях генов, с функционированием которых связана устойчивость растений к абиотическому и биотическому стрессам.
2. Создание генетического инструментария для трансформации культурных растений с целью повышения их стрессоустойчивости.
3. Редактирование генома культурных растений с целью повышения их устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды.

Исследовательская работа поддержана грантами РФФИ и грантом президента РФ.

Текущие проекты лаборатории:
Создание и изучение растений Arabidopsis thaliana с нокаут-мутациями в генах, кодирующих белки с доменом холодового шока
Домен холодового шока — один из наиболее консервативных доменов, встречающийся в различных белках во всех доменах жизни. Белки с доменом холодового шока вовлечены в развитие организмов и их адаптацию к неблагоприятным абиотическим факторам окружающей среды. Функции этих белков хорошо изучены в бактериях и животных, однако их роль в жизнедеятельности растений к настоящему моменту не установлена. Геном модельного растения Arabidopsis thaliana содержит 4 гена, кодирующих белки с доменом холодового шока AtCSDP1-4. Для изучения функций этих белков нами применятся подход обратной генетики, который заключается в получении растений с нокаут-мутациями по интересующим генам и изучении их фенотипа. Для введения в гены нокаут-мутаций используется технология редактирования генома CRISPR/Cas9. К настоящему моменту созданы растения с нокаут-мутациями по отдельным генам AtCSDP1-4, ведется работа по созданию растений, содержащих нокаут-мутации сразу в двух или четырех генах.

Создание растений картофеля, устойчивых к вирусу Y, посредством направленной модификации отдельных оснований в геноме
Вирус Y (PVY) является возбудителем широко распространенного заболевания картофеля (Solanum tuberosum L.), снижающего его урожайность на 30-60% и более. Для различных видов культурных растений семейства Пасленовые, в том числе для перца, томата, табака и картофеля, было установлено, что устойчивость к PVY у этих растений возникает при нарушении взаимодействия фактора инициации трансляции eIF4E с вирусным белком VPg. В некоторых случаях показано, что для нарушения взаимодействия с VPg может быть достаточно всего лишь одной аминокислотной замены в eIF4E. В настоящее время коллективом лаборатории ведется подбор вариантов eIF4E, не взаимодействующих с VPg, путем анализа структуры и направленного мутагенеза eIF4E. Взаимодействие eIF4E c VPg изучается методом дрожжевого двугибридного анализа и бимолекулярной флуоресцентной комплементации. Обнаруженные точечные мутации будут введены в геном культурных сортов картофеля с помощью новейших технологий геномного редактирования, позволяющих осуществлять направленную замену отдельных оснований в геномной ДНК растений. Направленная модификация последовательностей генов, кодирующих eIF4E в культурных сортах картофеля, позволит придать этим сортам устойчивость к вирусу Y.

Создание форм белокочанной капусты, устойчивых к сосудистому бактериозу
Сосудистый бактериоз является одним из наиболее вредоносных заболеваний Крестоцветных, в особенности кочанной и цветной капусты Brassica oleracea. Коллективом лаборатории ведется работа по созданию форм B. oleracea, устойчивых к сосудистому бактериозу, с помощью технологии редактирования генома CRISPR/Cas9. Анализ научной литературы позволил выявить ряд генов, предположительно вовлеченных в формирование восприимчивости капусты к возбудителю сосудистого бактериоза Xanthomonas сampestris pv. campestris. В настоящее время производится работа по нокауту генов восприимчивости в капусте с целью создания форм, не поражающихся сосудистым бактериозом.

Создание базы данных генетических инструментариев технологии CRISPR/Cas для редактирования генома сельскохозяйственных растений
За пять лет, прошедших с момента разработки технологии CRISPR/Cas9, опубликовано несколько сотен исследований, описывающих применение этой технологии для редактирования генома различных видов растений. Однако технология CRISPR/Cas9 все еще находится на начальном этапе оптимизации, и универсальные, наиболее эффективные решения для достижения тех или иных задач в контексте редактирования растительного генома еще не выработаны. Для того, чтобы ускорить оптимизацию технологии CRISPR/Cas9, коллективом лаборатории создается база данных, объединяющая и в сжатом виде описывающая результаты применения этой технологии для редактирования генома растений. Создание такой базы данных позволит относительно быстро разрабатывать оптимальный способ достижения поставленной конкретной экспериментальной задачи, избежав при этом необходимости анализировать большое количество научных первоисточников. Сбор и систематизация имеющихся экспериментальных данных будет не только облегчать и ускорять работу научных коллективов, планирующих заняться геномным редактированием растений, но и способствовать ускоренной оптимизации технологии CRISPR/Cas9 для создания растений с редактированным геномом.

Получение формы пшеницы, обладающей прочной мультирасовой устойчивостью к мучнистой росе
Проект направлен на создание формы пшеницы, иммунной к мучнистой росе. Форма создается путем внесения направленных изменений в геном пшеницы, приводящих к инактивации гена MLO, необходимого для заражения растений пшеницы патогеном Blumeria graminis — возбудителем мучнистой росы. Важнейшей особенностью получаемой формы будет являться долговременный мультирасовый характер устойчивости. Применение созданной формы позволит с меньшими затратами получать высокие стабильные урожаи пшеницы в нечерноземной зоне России.

Основные публикации за 2016-2018г.:
Zlobin, N., Evlakov, K., Tikhonova, O., Babakov, A., & Taranov, V. (2018). RNA melting and RNA chaperone activities of plant cold shock domain proteins are not correlated. RNA biology, 15(8), 1040-1046.

Chernyshov, I. Y. & Toukach, P. V. (2018). REStLESS: Automated Translation of Glycan Sequences from Residue-Based Notation to SMILES and Atomic Coordinates. Bioinformatics, 1, 1-3.

Таранов В.В. Вклад доменной структуры белков с доменом холодового шока растения Eutrema salsugineum во взаимодействие с РНК / Таранов В.В., Злобин Н.Е., Евлаков К.И., Шамустакимова А.О., Бабаков А.В. // Биохимия. — 2018, т. 83, с. 1688 — 1699.

Злобин Н.Е. Вербицкая А. А. Таранов В.В. Генетический инструментарий CRISPR\Cas9 для эффективного редактирования генома растений/ Редактирование генов и геномов в 3 т. Новосибирск: Изд-во СО РАН. — 2018, т. 2, с. 67-93.

Н.Е. Злобин, М.В. Лебедева, В.В. Таранов, П.Н. Харченко, А.В. Бабаков (2018) Редактирование генома растений путем направленной замены азотистых оснований. Биотехнология, 34(6).

Shamustakimova, A. O., Leonova, Т. G., Taranov, V. V., de Boer, A. H., & Babakov, A. V. (2017). Cold stress increases salt tolerance of the extremophytes Eutrema salsugineum (Thellungiella salsuginea) and Eutrema (Thellungiella) botschantzevii. Journal of plant physiology, 208, 128-138.

Злобин, Н. Е., Терновой, В. В., Гребенкина, Н. А., & Таранов, В. В. (2017). Сделать сложное проще: современный инструментарий для редактирования генома растений. Вавиловский журнал генетики и селекции, 21(1), 104-111.

Zlobin, N., Evlakov, K., Alekseev, Y., Blagodatskikh, K., Babakov, A., & Taranov, V. (2016). High DNA melting activity of extremophyte Eutrema salsugineum cold shock domain proteins EsCSDP1 and EsCSDP3. Biochemistry and Biophysics Reports, 5, 502-508.

Komakhin, R. A., Vysotskii, D. A., Shukurov, R. R., Voblikova, V. D., Komakhina, V. V., Strelnikova, S. R., ... & Babakov, A. V. (2016). Novel strong promoter of antimicrobial peptides gene pro-SmAMP2 from chickweed (Stellaria media). BMC biotechnology, 16(1), 43.

Ветчинкина, Е. М., Бабаков, А. В., & Комахин, Р. А. (2016). Структурно-функциональный анализ нового растительного промотора pro-SmAMP1 из Stellaria media. Физиология растений, 63(5), 1-11.

Ветчинкина Е.М., Комахина В.В., Высоцкий Д.А., Зайцев Д.В., Смирнов А.Н., Бабаков А.В., Комахин Р.А. (2016). Экспрессия растительного гена антимикробных пептидов pro-SmAMP2 повышает устойчивость трансгенных растений картофеля к возбудителям альтернариоза и фузариоза. Генетика, 52(9), 1055-1068.