Исследования ультраструктуры, геномики, биохимии, физиологии и эволюции одноклеточных организмов как основа для понимания закономерностей функционирования и развития биологических систем на наномасштабеНИР

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
4 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследования ультраструктуры, геномики, биохимии, физиологии и эволюции одноклеточных организмов как основа для понимания закономерностей функционирования и развития биологических систем на наномасштабе
Результаты этапа: Обосновано изолированное положение гетеротрофных хищных жгутиконосцев кольпонемид на филогенетическом дереве Alveolata. Высказано предположение о гетеротрофной природе ближайшего общего предка альвеолят. С основой на сконструированное филогенетическое дерево описана сложная эволюции паралогов белковых факторов трансляции в истории альвеолят. Изучена ультраструктура грегарины Polyrhabdina sp. из беломорской полихеты Pygospio elegans. Изучена ультраструктура архигрегарины Selenidium sp., паразита беломорской полихеты Pygospio elegans. Впервые для архигрегарин получена нуклеотидная последовательность гена 28S рРНК. Молекулярно-филогенетический анализ гена 18S рРНК показал принадлежность этого вида к ветви, включающей большинство других изученных архигрегарин, а также выявил полную идентичность последовательностей Selenidium sp. из Pygospio elegans (Белое море) и Selenidium sp. из Polydora glycymerica (Японское море). Получены предварительные данные по клеточной подвижности бластогрегарины Siedleckia nematoides, обладающей активной изгибательной подвижностью. Инкубация в реагентах, стимулирующих или блокирующих образование микротрубочек и актиновых филасментов привела к частичному или полному блокированию подвижности паразитов, которая восстанавливалась после возвращения их в чистую морскую воду. Распределение актина, миозина и тубулина в обработанных и необработанных клетках изучалось при помощи лазерной конфокальной микроскопии. Полученные результаты позволяют предположить, что полимерные формы актина и тубулина играют существенную роль в клеточной подвижности S. nematoides и механизм сопоставим с “глидеосомным” механизмом, описанным у инфекционных стадий малярийного плазмодия и токсоплазмы. Изучена стратегия прикрепления протококцидии Eleutheroschizon duboscqi, представителя ранней эволюционной ветви Apicomplexa. Изучение при помощи трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии показало, что паразиты покрыты паразитофорным мешочком, сходным с таковым криптоспоридий. Прикрепительный аппарат состоит из нескольких коротких выростов клетки, образующих круг и окруженных другим кругом из пучков тонких фибрилл и сходен с таковым грегарин.Таким образом, изученный организм сочетает в себе признаки этих двух групп. Рассмотрены основные аспекты определения понятия вложения филогенетических деревьев, цены вложения и понятия эволюционного сценария. Предложена модель определения временных слоев в сценарии с учетом горизонтальных переносов генов. Разработаны новые методы бинаризации при согласовании политомических деревьев и новые методы реконструкции дерева видов и эволюционного сценария. Предложенные алгоритмы имеют кубическую вычислительную сложность и масштабируемы для включения событий разных типов горизонтальных переносов генов с учетом временных слоев на дереве видов. Проведено молекулярно-генетическое исследование некодирующей ДНК (микросателлитные и межгенные минисателлитные повторы), характеризующейся различной степенью изоляции, как на видовом, так и на внутривидовом уровне, и находящейся на разных стадиях аллопатрического и симпатрического видообразования. А именно, поиск особенностей гетерохроматина, которые могли бы послужить основой для оценки степени генетической изолированности. На основе изучения степени генетической изоляции популяций и видов сделаны выводы о непосредственном участии повторяющихся последовательностей в возникновении репродуктивной изоляции.
5 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследования ультраструктуры, геномики, биохимии, физиологии и эволюции одноклеточных организмов как основа для понимания закономерностей функционирования и развития биологических систем на наномасштабе
Результаты этапа: В рамках изучения филогении и путей эволюции Apicomplexa получены и прочитаны нуклеотидные последовательности гена 18S рРНК 2-х видов бластогрегарин (Siedleckia spp.), 2-х видов агамококцидий (Rhytidocystis spp. ) и 2-х видов асептатных грегарин - паразитов морских беспозвоночных) (Polyrhabdina sp. из полихеты Pygospio elegans и Difficilina cf. linei из немертины Poseidon (Lineus) ruber). Из некоторых проб ДНК этих организмов были также амплифицированы фрагменты, предположительно относящиеся к их генам 28S рРНК. К сожалению, в связи с ограниченным сроком проекта, эти фрагменты пока не удалось прочитать и идентифицировать. Кроме того получены гетерогенные фрагменты генов 18S рРНК из проб ДНК ещё одной агамококцидии и 2-х видов протококцидий, которые требуют клонирования. Проведена оценка современного состояния исследований в области метагеномики по изучению биоразнообразия микроскопических сообществ в биотопах сфагновых болот. Обладая стратегической важностью как природный и хозяйственный ресурс, болота являются одними из наиболее богатых экосистем и, одновременно, наименее изученными. Сопоставлены результаты применения методов секвенирования нового поколения (new generation sequencing, NGS) для выявления функционального разнообразия микробиома сфагнума, а также элементов биохимических путей и генных семейств, обеспечивающих разнообразие адаптивных стратегий прокариотических сообществ. На фоне крайней скудости данных о составе эукариотического биома сфагновых болот, оценена актуальность изучения таксономического профиля, относительной численности отдельных групп микроэукариот и их скрытом биоразнообразии в биотопах болот в контексте современных методов метагеномики. Определены нуклеотидные последовательности фрагмента гена COI мт ДНК нескольких изолятов морских звёзд сем. Asteriidae из Японского (Aphelasterias japonica и Asterias amurensis) и Белого (A. rubens) морей, а также неправильного морского ежа Echinocardium cordatum (сем. Loveniidae). Для нескольких индивидов трёх видов морских звёзд сем. Asteriidae Японского и Белого морей определены также последовательности транскрибируемых спейсеров (ITS1, ITS2) и генов 5.8 S ядерной рРНК. Филогенетический анализ полученных последовательностей в совокупности с гомологичными последовательностями из GenBank показал их строгое распределение по видовым кластерам. Оценены уровни внутривидового, внутриродового и межродового полиморфизма структуры COI у указанных групп иглокожих. Результаты показывают пригодность рассмотренных молекулярно-генетических маркеров для разграничения и идентификации видов иглокожих. Исследованы микросателлитные маркеры в популяциях морских и проходных рыб с различной степенью генетической дивергенции. Во всех случаях продемонстрирован поток генов между популяциями. Установлены филогенетические отношения внутри родов лососевых рыб Salmo, Оncorhynchus, Salvelinus и Coregonus на основании анализа сателлитной ДНК. Полученные генетические дистанции хорошо соответствуют схемам на основе морфологических данных и анализа различных биохимических маркеров и четко отражают эволюционный возраст групп. Разрешены спорные вопросы систематики сигов (род Coregonus) и гольцов (род Salvelinus) с использованием PCR-RAPD в системе 20-членных праймеров. Показано присутствие в праймерах консервативных участков кодирующих последовательностей и полиморфных повторяющихся последовательностей (минисателлитов), составляющих межгенные участки или интроны. Полученные результаты свидетельствуют о неслучайном характере дивергенции повторяющейся ДНК, отражающей эволюцию исследованных групп рыб и участие гетерохроматина в создании репродуктивного барьера. Продолжена работа по изучению генетической структуры лососевых рыб подотряда Salmonoidea. Одним из объектов исследований послужили европейские и сибирские представители семейства Thymallidae (хариусовые). Проведен анализ трех фрагментов мтДНК - ATP6, CR, COI. Среди исследованных хариусов Европейской части России обнаружены только гаплотипы европейского хариуса. Для успешного выполнения продолжающихся работ по установлению молекулярных основ видообразования с двумя различающимися по жизненной стратегии и экологии формами нерки Oncorhynchus nerka (сем. Salmonidae) изучены гаплотипы 16-ти локальных стад проходной нерки Дальневосточного региона по последовательности вариабельного маркера D-петли мтДНК. Установлено, что наиболее консервативным гаплотипом обладает выборка с о. Итуруп (Южные Курильские острова), что может служить аргументов в пользу использования этой популяции для получения референсного генома. Геномный стандарт до сих пор отсутствует для всех лососевых рыб, что осложняет проведение работ по сравнительной геномике и транскриптомике. Созданы и просеквенированы библиотеки кДНК для нескольких форм пресноводной нерки. Для каждой формы получено 10-12 млн. чтений. На основании этих данных будут собраны контиги и получены транскриптомы нерки. По итогам этапа опубликовано 4 статьи в журналах, индексируемых Scopus и Web of Science.

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".