Дослідження

Про нас

Дослідження

Публікації

Кафедра біології,

Лабораторія генетики та клітинної біології кафедри біології

 

Наукова школа з генетики рослин (керівник: професор, д.б.н. Терновська Т.К.)

 

Напрямки досліджень:

Генетика злаків, інтрогресивна гібридизація пшениці, популяційна генетика рослин, генетика стійкості пшениці до біотичних та абіотичних чинників довкілля (стійкість до борошнистої роси та фузаріозу пшениці, стійкість до холодового стресу), механізми формування геномів алополіплоїдів, що мають гібридне походження.

 

Наукові завдання:

  • вивчення геномів гібридного походження щодо молекулярних механізмів забезпечення їхньої мінливості;
  • вивчення поліморфізму інтрогресивних ліній пшениці за морфологічними ознаками та генами транскрипційних факторів;
  • дослідження механізмів мінливості кластерів гліадинових генів як моделі формування пластичності геномів з інтрогресією у родоводі та генів стійкості до грибних захворювань;
  • моделювання співвідношень фенотипних розщеплень при генетичному аналізові геномів з інтрогресивними елементами.
  • встановлення поліморфізму між генотипами пшениці- носіями господарсько-корисних ознак
  • створення розмаїття унікальних 42-хромосомних ліній м’якої пшениці, що несуть гени стійкості до біотичних та абіотичних чинників довкілля, перенесені до її геному від дикорослих родичів пшениці.

 

Поточні проекти

«Детекція генетичної стійкості до фузаріозу, інтрогресованої до м’якої пшениці від егілопсу, з використанням сенсорних систем на основі молекулярно-імпринтованих полімерних мембран» Керівник: д.б.н. Терновська Т.К.

 

Анотація. Фузаріоз є одним з небезпечних та поширених по всьому світу захворювань зернових культур, зокрема пшениці. На відміну від інших розповсюджених грибних захворювань він не лише викликає втрату частини урожаю, а також робить врожай зернових непридатним для вживання людиною та тваринами через накопичення у зерні токсинів. Реєструвались спроби використовувати токсини фузаріуму у якості хімічної зброї. Стійких до фузаріозу сортів пшениці досі немає, хоча серед дикорослих родичів пшениці, зокрема Aegilops tauschii, таку стійкість зареєстровано. Пшениця Мігушової (Triticum miguschovae Zhir.), що включає в свій гексаплоїдний геном субгеном D від Ae. taucshii, є стійкою до фузаріозу та продукує з м’якою пшеницею фертильні гібриди, попередники інтрогресивних ліній, потенційно стійких до фузаіозу. Головна проблема при інтрогресії генів стійкості до фузаріозу полягає у відсутності високоспецифічного, некоштовного та придатного для оцінки у польових умовах методу оцінки рослин на стійкість до збудника. Протягом виконання проекту буде створено високочутливі та прості у застосуванні сенсорні системи для діагностики фузаріозу зернових, що ґрунтуються на виявленні зеараленону (токсичного вторинного метаболіту, який продукується грибами роду Fusarium.) Оптичні сенсорні системи будуть створені на основі наноструктурованих полімерних мембран, отриманих із застосуванням методу молекулярного імпринтингу. Завдяки високій стабільності молекулярно-імпринтованих полімерів (МІП) пропоновані сенсорні системи будуть придатними для високочутливого визначення зеараленону у польових умовах, а також для контролю якості продуктів харчування у домашніх умовах.

Термін виконання: 2017 – 2019рр.

 

«Розширення генетичного пулу м’якої пшениці за рахунок генофондів дикорослих рослин». Керівник: д.б.н. професор Терновська Т.К.

Термін виконання 2016–2020 рр.

Анотація. Проект виконується у рамках загального завдання перенесення до геному м’якої пшениці від її дикорослих родичів генів, що покращують стійкість пшениці до стресових чинників біотичної та абіотичної природи. Конкретною метою є розробка моделі співвідношень фенотипних класів для ознаки, що наявність її певних градацій у рослин пшениці пов’язано з їхнім інтрогресивних походженням. Розроблена модель має враховувала все цитогенетичні особливості геномів гібридного походження, які змінюють модель успадкування гена проти традиційної, заснованої виключено на менделюванні ознаки.

 

«Генетична природа динамічності геномів інтрогресивних ліній м’якої пшениці». Керівник к.б.н. с.н.с. Антонюк М.З.

Термін виконання 2016–2020.

Анотація. Дослідження проводиться для встановлення молекулярних механізмів генетичних та епігенетичних змін, які супроводжують формування геному при інтрогресивній гібридізації. Його метою є пошук можливості формалізації результатів оцінки генотипного розщеплення у популяціях F2 від схрещування інтрогресивних лінй, стійких до борошнистої роси з нестійкими лініями спільного походження. Для цього виконується пошук спільних рис (особливостей) картини успадкування стійкості до борошнистої роси, яка притаманна низці гексаплоїдних ліній м’якої пшениці, що їхнє походження пов’язане з геномно-заміщеними амфідиплоїдами, у геномі яких у наявності геноми S (Авродес), Ssh (Аврозис) та U (Авролата) трьох видів егілопсу, Aegilops speltoides, Ae. sharonensis та Ae. umbellulata відповідно.

 

«Молекулярна генетика розвитку морфологічних ознак колоса пшениці м’якої». Керівник: Наваліхіна А.Г.

Термін виконання 2018 р.

Анотація. Пшениці м'яка та тверда є одними із найважливіших культурних злаків, які займають друге місце за виробництвом зерна, поступаючись лише рису. Досягнення молекулярної генетики та геноміки останніх років дали можливість виконувати дослідження цих видів на молекулярному рівні. Більшість досліджень, які проводяться на сьогодні, спрямовані на з’ясування молекулярної будови генів, хромосомна локалізація яких була встановлена десятиліття тому. За цим етапом слід очікувати відкриття молекулярних механізмів, за якими ці гени виконують свої функції, а це дає нам нові можливості щодо модифікації функціональних властивостей таких генів та привнесення бажаних ознак до рослин, що культивуються. Проект присвячено дослідженню генів-регуляторів розвитку морфологічних ознак колосу пшеницевих — колір колосу, остистість, опушення та наявність воскової осуги. Ці ознаки є одними із факторів, які мають вплив на врожайність пшениці. Фенольні сполуки, які забезпечують темне забарвлення луски колоса, є важливими для стійкості рослин до низки патогенів, опушення та воскова осуга зменшують випаровування вологи із поверхні і забезпечують кращу посухостійкість, а ості є основним органом колоса, у якому відбувається фотосинтез та транспірація при дозріванні.

 

Виконані проекти

«Підвищення екологічної пластичності м’якої пшениці через індукцію рекомбіногенезу за участю інтрогресивного хроматину». Керівник д.б.н. Терновська Т.К. Термін виконання 2012-2014 рр.

Анотація. Проект присвячений вивченню генетичної мінливості інтрогресивних ліній, отриманих з залученням чужинного хроматину через посередництво штучних геномно-заміщених амфідиплоїдів Авродес, Аврозис, Авролата. Його метою було встановлення специфіки перенесення до геному м’якої пшениці фрагментів чужинного хроматину (інтрогресій) різного обсягу від різних дикорослих видів, родичів м’якої пшениці, яке відбувається на тлі присутності у геномі ініціальних гібридних рослин хромосоми 4Sl виду Aegilops sharonensis, відомою своєю гаметоцидною дією. Досолідження виконано з застосуванням молекулярно-генетичних, біохімічних, цитологічних, візуальних та статистичних методів. Отримано та вивчено складні гібриди з інтрогресивним геномом. Материнським компонентом схрещування був гібрид F1 від схрещування інтрогресивних ліній з хроматином від Aegilops speltoides, Ae. sharonensis, Ae. umbellulata, батьківським — різноманіття ліній, що походить від Аврозиса та мають чи не мають у складі геному гаметоцидну хромосому 4Ssh. Встановлено, що механізм дії гаметоцидної хромосоми полягає у фрагментації хромосом в гаметах, що не мають цієї хромосоми у своєму складі. Якщо гамета залишається життєздатною, вона продукує гібридний геном з розширеним потенціалом мінливості, джерелом якої є геном пшениці, геном егілопса – донора інтрогресій, а також нова мінливість, що виникає через підвищення рівня рекомбіногенної та мутагенної активності у геномах гібридного походження. Сформовані таким чином геноми були вивчені щодо контролю ознак морфології, біохімії, стійкості до борошнистої роси та мінливості за мікросателітними локусами. Встановлено підвищення пластичності гібридних геномів у порівнянні з мінливістю вихідних генотипів.

 

«Формування геному поліплоїдних злаків за умов штучної інтрогресії чужинного хроматину та у природних умовах». Керівник д.б.н Терновська Т.К.

Терміни виконання 2010–2014 рр.

Анотація. Досліджували природні та штучно створені гексаплоїдні популяції Triticinae з метою встановити тенденції у змінах геному на субхромосомному рівні та рівні поліморфізму за молекулярно-генетичними маркерами у представників підтриби Triticinae з різними способами статевого розмноження. Дослідження виконано з використанням молекулярно-генетичних, біохімічних, цитологічних, візуальних, статистичних методів. Вивчено два типи гексаплоїдних представників Triticinae: природні популяції пирію середнього (Thinopyrum intermedium) з перехресним запиленням та низка штучних алогексаплоїдів із самозапиленням, які мають однакову тетраплоїдну частину генома ААВВ та відрізняються один від одного третім субгеномом, М від Aegilops comosa або D від Ae. tauschii. Серед шести популяцій пирію виявлено високий рівень поліморфізму за генами Glu, що кодують запасний білок злаків. Встановлено частоти алелів різних генів та генотипів, сформованих за їхньою участю, показали, що виду притаманна змішана система схрещування. Всі популяції характеризуються поліморфізмом за якісними та кількісними ознаками морфології колосу. Показано наявність клинальної мінливості, прояв якої залежить від умов зростання рослин. Встановлено асоціації між деякими ознаками, які не є постійними у два роки дослідження. Штучні амфідиплоїди виявилися мономорфними за електрофоретичними спектрами компонентів п‘яти білкових систем: гліадини, глютеніни, альфа-амілаза, бета-амілаза, кисла фосфатаза. Електрофоретичні спектри білків штучних амфідиплоїдів мали всі компоненти спектра, властиві спектрам білків прабатьківських видів. За допомогою генів, що кодують згадані білкові системи, виявилися маркованими хромосоми 1, 4, 5, 6 та 7 гомеологічних груп Triticinae.

 

«Інтрогресивні процеси у геномі м’якої пшениці та їх застосування для генетичного аналізу Triticinae». Керівник к.б.н. Терновська Т.К.

Термін виконання 2010-2014 рр.

Анотація. Низку генотипів інтрогресивних ліній м’якої пшениці дослідили з метою встановити генетичний контроль деяких ознак м’якої пшениці та вивчити вплив геномних перебудов внаслідок інтрогресії чужинного хроматину на регуляцію експресії. Використано молекулярно-генетичні, біохімічні, цитологічні, візуальні, статистичні методи дослідження. Штучні геномно-заміщені та геномно-додані амфідиплоїди з різною геномною структурою та отримані на їхній основі інтрогресивні лінії м’якої пшениці слугували матеріалом для генетичного аналізу за ознаками морфології рослин пшениці: забарвлення зрілої колоскової луски, опушення колоскової луски, остистість колосу, наявність/відсутність воскової осуги на рослинах. Досліджені інтрогресивні лінії м’якої пшениці відрізняються одна від однієї та від рекурентного генотипу Аврори за одним чи кількома з 4-х генів, що беруть участь у контролі кольору зрілої колоскової луски та за одним, двома чи трьома генами опушення луски. Гени Bg2 та Hg2 успадковуються не вільно один від одного і розташовані, здогадно, у хромосомі 5U. Ідентифіковано ген-промотор розвитку остей, awnP, у хромосомі 6Sl Ae. sharonensis. Ген awnP гіпостатичний відносно гену В1, коли останній є у гомозиготному стані, і проявляється у генотипі del В1, забезпечуючи напівостистість або великі остевидні відростки. Встановлено наявність у хромосомі 6D сорту Аврора рецесивного гена-промотора остевидних відростків Ген гіпостатичний до В1, коли він знаходится у гомозиготному стані. Зміна домінантно гена – інгибітора воскової осуги на рецесивний стан відбувається у генах хромосоми 2Т Ae. mutica, яка вхоить до складу геному Авротики.

 

«Індукція рекомбіногенезу для перенесення чужинних генів у геном м’якої пшениці». Керівник к.б.н. Антонюк М.З.

Термін виконання 2010-2014 рр.

Анотація. Дослідження виконано на певнмих генотипах інтрогресивних ліній м’якої пшениці з метою розробки теоретичних основ хромосомної та субхромосомної інженерії та їхнього впровадження для мінімізації обсягу чужинного хроматину за умови збереження селекційно-цінної ознаки. Було використано молекулярно-генетичні та біохімічні методи дослідження. Роботу присвячено зокрема вивченню процесів рекомбіногенезу та створення нової мінливості за генами Gli у лініях м’якої пшениці, геном яких включає чужинний хроматин. Зі 130 проаналізованих генерацій, 122 містили у своєму спектрі компоненти інші у порівнянні з такими спектрів прабатьківських генотипів, що свідчить про нестабільність за генами гліадинів. Лінії проаналізовано на наявність внутрішньолінійної мінливості. Створено компендіум електрофоретичних спектрів гліадинів вивчених ліній. Молекулярними механізмами мінливості ДНК, що лежать в основі поліморфізму інтрогресивних ліній пшениці за генами Gli, визнано збільшення кількості повторів у мікросателітних локусах, які входять до складу генів Gli, та активізація руху транспозонів у геномах ліній, походження яких пов’язане з геномним шоком (інтрогресивні геноми). Поліморфізм α- та ω-гліадинів, за результатом секвенування поліморфних продуктів ампліфікації мікросателітів, зумовлений делеціями, інверсіями та однонуклеотидними замінами щодо рекурентного генотипу м`якої пшениці. Переважна більшість генерацій (45 з 49 вивчених) ліній характеризуються внутрішньогенераційною мінливістю за компонентами спектру, що продукуються при застосуванні техніки REMAP з використанням праймерів до консервативної ділянки ретротранспозону Sukkula та мікросателітної ділянки (CT)9G.


 

© 2012-2019 Національний університет «Києво-Могилянська академія»
вул. Сковороди 2, Київ 04070, Україна