Регистрация / Вход
Прислать материал

Геномные и хромосомные механизмы возникновения и поддержания биологического разнообразия

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2009 - 2011, 25 мес.
Бюджетные средства
12,6 млн
Внебюджетные средства
2,52 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ИЦиГ СО РАН

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 15.09.2009
Получены файлы в формате СУБД Paradox for Windows, содержащие структурированную информацию об мРНК 24154 генов Homo sapiens, 16788 генов Mus musculus, 17323 генов Arabidopsis thaliana.
Установлено, что цитоплазма дикорастущего ячменя может оказывать супрессирующее влияние на такой важный хозяйственный показатель, как «масса 1000 зерен».
Показано, что микродиссекционная ДНК проба, приготовленная из прицентромерного района аутосомы Chorthippus apricarius, гомологична только прицентромерному гетерохроматину этого вида. Перекрёстный FISH анализ этой ДНК-пробы с хромосомами других видов саранчовых рода Chorthippus и Stauroderus не выявил гомологии молекулярной композиции прицентромерного гетерохроматина исследованных видов. Полученные данные указывают, что прицентромерный гетерохроматин представляет собой один из наиболее лабильных компонентов генома в эволюции саранчовых подсемейства Gomphocerinae.
Выяснено, что подавление рекомбинации в инвертированном участке привело к перераспределению рекомбинационных событий также и в неинвертированных плечах гетероморфных бивалентов. Полное подавление кроссинговера в инвертированных плечах хромосом за счет негомологичного синапсиса у гетерозигот предотвращает образование дефектных хромосом. Благодаря этому у гетерозигот не снижается плодовитость, и следовательно инвертированные хромосомы не подвергаются элиминации естественным отбором.
Сформулирована гипотеза о том, что хромосомный полиморфизм в восточно-средиземноморских популяциях плавучей кобылки отличается от неравновесной модели долгосрочной эволюции, описанной для западных популяций. Динамика системы полиморфизма по добавочным хромосомам в большей степени соответствует эгоистической модели с взаимным проникновении доминантных типов добавочных хромосом между популяциями.
Анализ фрагментов последовательностей нуклеотидов у кузнечиков свидетельствует в пользу гипотезы А.В. Горохова о филогенетической близости Bradyporinae и Tettigoniinae и против точки зрения Ф. Цойнера и его последователей, считающих, что внешнее сходство кузнечиков Bradyporinae и Hetrodinae обусловлено их происхождением от общего предка.
Сравнительно-морфологический анализ осевого элемента Х-хромосомы самцов 41 вида саранчовых показал, что у представителей подсемейств Acridinae и Catantopinae ось всегда линейная и короткая, в то время как в подсемействе Locustinae у одних видов ось прерывистая и длинная, у других - не обнаруживается совсем. Эти данные свидетельствуют об особенной молекулярной организации Х-хромосомы у видов подсемейства Locustinae и подтверждают ранние представления систематиков о независимом статусе подсемейства Locustinae.
Сопоставление изученных сообществ прямокрылых лесостепных ландшафтов правобережного Приобья показывает их относительную однородность. Несмотря на то, что применение эвклидова расстояния позволяет выделить два их основных типа, а внутри одного из них – еще и несколько подтипов, различия между ними во многом определяются не соотношением видов, а уровнями их численности.
Обоснован выбор трех основных таксонов в качестве модельных: их принадлежность к совершенно разным, но высокоорганизованным группам живых существ (покрытосеменные растения, беспозвоночные и позвоночные животных).
В ходе полевых исследований, проведенных в разных частях юга Палеарктики, собраны дополнительные материалы по распределению, экологии и разнообразию ряда модельных групп, а также таксонов, материалы по которым привлекаются дополнительно.
Развернуть
2
16.09.2009 - 12.12.2009
1. Показано, что в мРНК высших растений с кодонами-терминаторами UGA и UAG статистически достоверно увеличена частота встречаемости тандемных нонсенс-кодонов (UGAUAA и т. п.), тогда как мРНК растений с теминатором UAA не характеризуются такой особенностью. Выдвинуто предположение о том, что в ходе эволюции у небольшой группы генов растений сформировался сигнал терминации трансляции, в котором содержится «запасной» стоп-кодон.
2. Установлено неодинаковое проявление фертильности у аллоплазматических линий мягкой пшеницы, несущих цитоплазму дикорастущего ячменя H. marinum subsp. gussoneanum и пару телоцентрических хромосом 7H1Lmar ячменя. У аллоплазматической пшенично-ячменной замещенной линии Л-32(1) в отличие от линий Л-32(2) и Л-32(3) обнаружен крайний вариант ядерно-цитоплазматического конфликта в виде практически ее полной стерильности, что ассоциировано с наличием митохондриального 18S/5S повтора ячменного типа. Две другие аллоплазматические пшенично-ячменные дополненные линии характеризуются гетероплазмией, а у эуплазматических замещенных линий, имеющих цитоплазму пшеницы, обнаружены только пшеничные последовательности мтДНК. Сформулирована гипотеза о том, что выявление последовательностей мтДНК ячменного типа не связано с присутствием хромосом ячменя в ядерном геноме аллоплазматических замещенных линий, а 18S/5S повтор может использоваться в качестве надежного маркера для дифференциации мтДНК ячменя и пшеницы при изучении потомков ячменно-пшеничных гибридов.
3. FISH анализ микродиссекционных ДНК-проб В-хромосом P. kanoi c В-хромосомами P. sapporensis показывает видоспецифичные различия в организации В-хромосом.
4. При проведении FISH В4-пробы с различными типами В-хромосом показано, что в гетерохроматиновых добавочных элементах не выявляется гомологии с «эухроматиновой» пробой. При гибридизации с Ва5 хромосомой сигнал выявляется в трех участках хромосомы, соответствующих двум интеркалярным и одному околотеломерному С-негативным блокам. При гибридизации с Вtmini хромосомой сигнал выявляется в дистальном С-негативном районе. Таким образом, преимущественно С-негативная добавочная хромосома насыщена последовательностями, характерными для эухроматиновых районов хромосом.
5. Интенсивность рекомбинации у лисиц оцениватеся как 0.54 сМ/ Mb. Это значение ниже, чем таковая для собаки. Не обнаружены достоверные различия по частоте рекомбинации между лисицами из доместицируемой и неселекционируемой популяций.
6. Показано, что отсутствие синапсиса в прицентромерном гетерохроматине у темнокрылой кобылки приводит к исчезновению хиазменной интерференции через центромерный район и к независимому формированию хиазм в каждом плече. Таким образом, наличие крупных блоков прицентромерного гетерохроматина в двуплечих хромосомах, приводит к тому, что в рекомбинационном отношении плечи ведут себя как акроцентрические хромосомы, образуя большее число хиазм, более равномерно расположенных по длине бивалента.
7. Продемонстрировано, что все модельные группы характеризуются ярко выраженными очагами разнообразия во внетропических районах. Часть из них находится в пределах России и сопредельных стран. Это делает их особенно удобными для эволюционно-географических и эколого-эволюционных обобщений.
8. Сравнительный анализ результатов классификаций сообществ наземных беспозвоночных Западно-Сибирской равнины, основанных на оценках воздушно-сухой биомассы и полученных в рамках разных подходов, показывает их неравнозначность. Классификации, базирующиеся на разных способах кластерного анализа и использующие в качестве меры сходства эвклидово расстояние, лучше отражают распределение запасов биомассы, в том числе на уровне отдельных функционально-таксономических групп.
9. Сопоставление плакорных сообществ прямокрылых насекомых Кулундинской степи показывает их ярко выраженную дифференциацию. Общая черта большинства из них – довольно высокое видовое богатство и значительные уровни обилия. Расчет эвклидова расстояния и кластеризация с помощью метода Уорда позволяют расчленить все рассматриваемую совокупность на четыре типа, а внутри них – на несколько подтипов. Различия между группировками во многом определяются характером почвенно-растительного покрова. Сравнение сообществ, выявленных на одном и том же участке на протяжении ряда лет, показывает, что они могут попадать в разные классы. В первую очередь это детерминируется массовыми размножениями, особенно итальянской саранчи.
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.06.2010
1. Определены мРНК млекопитающих, содержащие в начале белок-кодирующей части элементы стабильной вторичной структуры, которые могут выполнять функцию стресс-специфического энхансера трансляции.
2. Выявлена пшенично-ржаная транслокация у многочисленных линий, выделенных из сорта мягкой пшеницы Омская 37 и формы Ф-311. Отбор среди этих линий по комплексу хозяйственно-ценных и адаптивных признаков дает возможность выделить наиболее перспективные из них в качестве источников пшенично-ржаной транслокации с целью их использования в селекционной работе при получении новых сортов яровой мягкой пшеницы.
3. Показано, что молекулярная дивергенция исследованных хромосомных рас и субрас Podisma sapporensis не превышает уровня видовых отличий по исследованному гену COI. Сравнение результатов цитогенетического и молекулярного анализа популяций (хромосомных форм) P. sapporensis показывает, что уровень хромосомной дивергенции популяций выше уровня нуклеотидных замен в гене COI, что позволяет предполагать существование в прошлом или в настоящее время потока генов между популяциями, вопреки их кажущейся изоляции.
4. Анализ синапсиса и рекомбинации в ооцитах мышей, гетерозиготных по парацентрической инверсии в хромосоме 1, показывает изменение соотношения синаптических конфигураций в течение пахитены: возрастание доли клеток с прямым бивалентом 1 и уменьшение доли клеток с инверсионными петлями. Выявлено повышение частоты и изменение паттерна рекомбинации по сравнению с нормальными гомозиготами. Локализованы сайты рекомбинации в прямых бивалентах в пределах инвертированного участка, полученные результаты интерпретированы в рамках модели синаптической подгонки.
5. Показано, что среди саранчовых, у которых обнаружены различные варианты мейотического синапсиса гомологичных хромосом и распределения в них рекомбинационных обменов, особое место принадлежит видам трибы Bryodemini. У самцов этих видов обнаружен принципиально новый тип синапсиса, начинающийся с центромерных районов. Он характерен для девяти пар хромосом. Проведение FISH с пробой теломерной ДНК не демонстрирует сигнал в прицентромерной области этих хромосом. Две пары хромосом, в которых образование синаптонемного комплекса начинается с терминального района длинного плеча, дают сигналы гибридизации на концах обоих плеч, причем сигнал в коротком плече часто более интенсивный.
6. Построенная генетическая карта отражает популяционные особенности выборки из изолированной популяции г. Рукфен. Использование этой карты для анализа сцепления в нашей выборке представляется более корректным, чем использование других карт. Выявленные блоки повышенной и пониженной рекомбинации позволят более корректно планировать исследования и интерпретировать полученные результаты.
7. Установлено, что многообразие и таксономическая насыщенность областей повышенного разнообразия и центров эндемизма возрастают к юго-западу и к юго-востоку внетропической Евразии. При этом отчетливо прослеживается нарастание с севера на юг дискретирующего значения меридиональных физико-географических рубежей, связанных в первую очередь с орографическими преградами и с нарастанием континентальности климата. Совпадение в основных чертах распределения всех прямокрылых и размещение центров разнообразия и очагов эндемизма не позволяет прямо подойти к заключению о причинах формирования наблюдаемой картины.
8. Показано, что выявление закономерностей устройства популяционной системы того или иного вида необходимо не только для понимания его роли в экосистемах разного ранга, но и для оценки его эволюционной судьбы и установления механизмов поддержания уровня биоразнообразия в целом и для разработки подходов к управлению популяциями массовых и редких форм.
9. Организованы полевые исследования в различных районах юга Западной Сибири для сбора дополнительных данных по теме проекта.
Развернуть
4
01.07.2010 - 12.12.2010
Впервые показано, что в зависимости от направления скрещивания между мягкой пшеницей и рожью посевной проявляется разное состояние 18S/5S повтора мтДНК. Это позволяет использовать его в качестве маркера для детекции цитоплазмы ржи и пшеницы у растений гибридного происхождения. Полученные в результате выполненного исследования данные указывают на двуродительское наследование мтДНК при образовании ржано-пшеничных гибридов и формирующихся на их основе аллоплазматических форм мягкой пшеницы, несущих цитоплазму ржи. Достаточно высокая частота стерильности среди аллоплазматических пшенично-ржаных замещенных линий мягкой пшеницы может быть результатом ядерно-цитоплазматического конфликта. Таким образом, изученный пример показывает, что с одной стороны, перенос генов от мягкой пшеницы в геном ржи при интрогрессивной гибридизации может быть ограничен из-за меньшей плоидности ржи (2n=2x=14) по сравнению с мягкой пшеницей (2n=6x=42), а с другой – определяться особенностями митохондриального генома у ржано-пшеничных гибридов и их потомков.
Установлено, что уровень молекулярной дивергенции популяций саранчовых трибы Podismini, распространенных на юге Дальнего Востока России, островах Сахалин, Кунашир, Хоккайдо и Хонсю, а также популяций видов этой трибы, принадлежащих к родам Sinopodisma, Fruhstorferiola и Tonkinacris, обитающих на островах Амами, Ишигаки и Ириомото архипелага Рюкю, зависит от радиуса репродуктивной активности и давности географической изоляции популяций. Во всех выявленных случаях, полиморфизм гаплотипов не превышает уровня видовых отличий по исследованному гену COI.
Выявление сигналов MLH1 на синаптических конфигурациях В-хромосом и соответствие в характере их распределения паттерну распределений кроссоверов на А-хромосомах свидетельствует об их вовлеченности в гомологичную рекомбинацию. Не обнаружена корреляция между числом синаптических конфигураций В- хромосом и числом сайтов MLH1 на А-хромосомах (y = 0.1x + 29.2; R² = 0.004, p >0.05). Можно предполагать, что это обусловлено длительным (более 12 млн лет) периодом коэволюции А- и В-хромосом лисицы, в результате которой В-хромосомы утратили большинство своих паразитических свойств.
Выявлен различный характер влияния добавочных хромосом на уровень рекомбинации в хромосомах основного набора разных видов саранчовых. Присутствие единственной В-хромосомы в хромосомном наборе сибирской кобылки Aeropus sibiricus не сказывается на частоте рекомбинации хромосом основного набора. У плавучей кобылки Eyprepocnemis plorans присутствие В-хромосом в четном количестве не сказывается на частоте рекомбинации, в то время как нечетное количество добавочных хромосом приводит к увеличению частоты рекомбинации хромосом основного набора.
Исследование характера распределения прямокрылых насекомых в пределах районов с экстремальными условиями (бореальная зона) позволяет выделить наиболее существенные факторы, его определяющие. Если для Orthoptera в целом ведущим из них, несомненно, является зональность, связанная в первую очередь с явно коррелирующими градиентами солнечной радиации, теплообеспеченности и и продуктивности растительного покрова, то в размещении областей повышенного разнообразия и эндемизма данной группы ярко прослеживается влияние последних оледенений.
Выявлена высокая и значимая корреляция между числом эндемичных родов и видов прямокрылых насекомых во внетропической Евразии. Велика корреляция числа эндемичных таксонов и площади области повышенного разнообразия и эндемизма. Фактически это соответствует уже описанной рядом авторов картине для других групп живых существ и для других массивов суши. Такая тесная корреляция свидетельствует о более или менее равномерной плотности распределения эндемичных таксонов. Значимые корреляции также выявлены для таких взаимосвязанных факторов, как средняя широта и средняя годовая температура. Отсутствие корреляций с годовыми суммами осадков и средней долготой демонстрирует возможности прямокрылых в освоении как гумидных, так и аридных (в том числе внутриконтинентальных) регионов. Отсутствие корреляции со средними температурами самого холодного месяца — об известной возможности переживания зимы в состоянии диапаузы (главным образом на стадии яйца). Интригует почти полное отсутствие связей со сложностью рельефа, характером растительного покрова и разорванностью суши. Возможно, однако, это следствие значительного огрубления оценок этих факторов.
Показано, что пустынные эндемики и субэндемики с их сильно локализованными поселениями и невысокими численностями в агро- и урбоценозы почти не проникают. В результате сообщества прямокрылых в антропогенных ландшафтах аридных и семи-аридных районах внутренних частей Евразии гораздо более близки в различных частях региона, чем естественные. В отличие от других районов внетропической Евразии здесь редко наблюдается подъем численности прямокрылых в умеренно нарушенных местообитаниях (пастбища, залежи).
Разработана классификация сообществ прямокрылых насекомых степного юга Западной Сибири (за исключением Центрального и Юго-Восточного Алтая). В качестве меры сходства использовано эвклидово расстояние. Выделено 5 типов сообществ, два из которых могут быть разделены на таксоны низших рангов. В целом общий характер распределения сообществ прямокрылых в степях юга Западной Сибири определяется зональностью. Однако в пределах каждой из двух представленных природных зон — степной и лесостепной, даже на равнинных территориях, достаточно очевидно влияние провинциальности. На организацию сообществ существенный отпечаток накладывают подъемы численности, особенно стадных саранчовых, в первую очередь итальянского пруса, доля которого во время вспышки массового размножения может превышать 30 %. Очевидно, что такие динамические особенности необходимо учитывать при классификации сообществ и разработке тематических карт. Кроме того, на протяжении последних 30 лет на исследуемой территории прослеживается расселение одних видов прямокрылых и исчезновение популяций других. Это приводит как к появлению новых вариантов сообществ, так и внедрению чуждых видов в ранее существовавшие сообщества.
Развернуть
5
01.01.2011 - 31.03.2011
Изучены особенности ядерно-цитоплазматических взаимодействий при изменчивости геномов у самоопыленных потомков ячменно-пшеничных амфиплоидов.
Созданы консенсусные эволюционно-филогенетические сценарии (филогенетическии деревья), отражающие актуальную связь анцестральных и производных видов и надвидовых таксонов в отряде Orthoptera на основе синтеза частных семофилезов.
Оценена общей частоты мейотической рекомбинации у 4 близкородственных видов полевок.
Определена разрешающая способность различных методов картирования генов, находящихся в регионах с различной интенсивностью рекомбинационного процесса.
Установлен характера изменчивости исследованных геномных и хромосомных признаков в районах высокого многообразия и за их пределами.
Развернуть
6
01.04.2011 - 06.08.2011
6.1. Сравнительный анализ вклада альтернативной трансляции в кодирующий потенциал геномов растений и животных. Оценка вклада этого механизма в кодирование биологической сложности эукариотических организмов.
6.2. Анализ изменчивости ядерных и митохондриальных геномов у беккроссных потомков ячменно-пшеничных амфиплоидов.
6.3. Оценка перспектив использования молекулярных маркёров в решении общих и частных проблем систематики и филогении прямокрылых насекомых.
6.4. Сравнительный анализ частоты и распределения сайтов рекомбинации по хромосомам 8 видов млекопитающих, оценка относительной роли числа хромосом и хромосомных плеч, размера синаптонемного комплекса и силы кроссоверной интерференции в определении межвидовых и межпопуляционных различий в общем уровне рекомбинации.
Оценка роли и возможной интеграции геномных и хромосомных механизмов возникновения и поддержания биоразнообразия в биотах и биоценозах.
6.7. Проведение патентных исследований.
6.8. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров