Руководитель: профессор, д.б.н. Ежова Татьяна Анатольевна

 коллектив: 

• профессор, д.б.н. Ежова Татьяна Анатольевна    
• cтарший научный сотрудник, к.б.н. Куприянова Евгения Владимировна    
• доцент, к.б.н. Солдатова Ольга Павловна

ОПИСАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ  

     Генетика развития – раздел генетики, изучающий генетические программы, управляющие процессами морфогенеза. Это один самых сложных разделов генетики, поскольку развитие любой ткани, любого органа контролируется многими взаимодействующими генами. Самые важные открытия в генетике развития растений делаются в исследованиях на модельных видах, прежде всего - на главном модельном объекте генетики растений – арабидопсис Arabidopsis thaliana L. Heynh. (арабидопсис, резуховидка Таля, резушка Таля, горчица малая). Это первое растение, геном которого был секвенирован в 2000г. Приоритет открытия этой «ботанической дрозофилы» принадлежит отечественным исследователям (pdf).

Объект исследования и методы

        На кафедре генетики с помощью радиационного и химического мутагенеза создана и поддерживается коллекция уникальных мутантов модельного растения арабидопсис. В ней представлены мутанты с изменением структуры стебля, листа, цветка (рис. 1). Эти мутанты являются основным объектом исследования, поскольку анализ мутантов является наиболее эффективным подходом для выявления генов, занимающих центральное место в сложных генных сетях, управляющих развитием.

Рисунок 1. Примеры мутантов из коллекции кафедры генетики с изменениями структуры побега (А) и листа (Б,  слева – лист дикого типа).

   В экспериментальной работе применяются методы генетического анализа, методы анализа экспрессии генов (обратная транскрипция и ПЦР-анализ в реальном времени, анализ транскриптомов, анализ с использованием репортерных генов), методы картирования генов на основе ДНК-маркеров и секвенирования геномов, методы культуры тканей in vitro. 

Основные направления научной работы:

• Изучение эпигенетических механизмов контроля клеточной памяти у растений

    В процессе развития возникают разнообразные ткани и органы, клетки которых характеризуются специфическим набором работающих генов, определяющим направление дифференцировки клеток (клеточную судьбу). Особый для каждой ткани спектр экспрессирующихся генов поддерживается с помощью эпигенетических механизмов и передается клеткам при делениях (клеточная память). Эпигенетическая клеточная память – основа нормального развития растений и животных. Тем не менее, клетки растений способны менять свою судьбу, вновь приобретать плюрипотентное состояние и регенерировать утраченные части. Эта уникальная способность жизненно необходима растениям, ведущим прикрепленный образ жизни (Ежова, 2021, DOI: 10.31857/S0475145021060045). 

   Сегодня идентифицированы гены – регуляторы эпигенетических изменений (гены ДНК-метилаз/деметилаз, гены, осуществляющие метилирование/ деметилирование гистонов, их ацетилирование/деацетилирование и т.д.). Однако, практически не известно, как контролируется работа этих генов.  Наши исследования направлены на изучение механизмов, которые управляют клеточной памятью, т.е. управляют работой генов, вовлеченных в эпигенетические процессы. Исследования проводятся на уникальном мутанте арабидопсис, демонстрирующим утрату клеточной памяти (рис. 2).

Рисунок. 2. Клетки зрелого листа мутанта утрачивают клеточную память. Они формируют почки и лопасти (А) и вновь возобновляют экспрессию генов плюрипотентности (Б – показана экспрессия трансгена KN1:GUS в основаниях  листьев).

• Поиск генов, контролирующих признак кустистости  

  В исследованиях на модельных видах растений можно осуществлять поиск генов, контролирующих хозяйственно ценные признаки. Хотя само модельное растение не используется в практике, обнаруженные гены могут оказаться высоко консервативными. Это открывает возможность для выявления ортологичных генов в культурных видах растений, их направленного изменения методами редактирования в целях улучшения продуктивности. 

   В нашей коллекции есть мутант арабидопсис, который по продуктивности не уступает или превосходит растения дикого типа (рис. 3). Он образует не один, а множество (до 10) укороченных побегов, продуцирующих семена. Выяснение причин необычного фенотипа, выявление генов, контролирующих кустистость растения и изучение их функции – важная задача, которая решается в лаборатории.

Рисунок 3. Кустистый мутант на разных стадиях онтогенеза.

Возможные темы выпускных работ :

• Картирование генов, контролирующих структуру побега у арабидопсис
• Картирование и изучение роли гена FMP в развитии цветка арабидопсис
• Изучение роли гена PARG1 в регуляции ответа на действие генотоксикантов и контроль процессов регенерации in vivo и in vitro
• Изучение влияния генов PARG1 и EXA1 на метилирование генома арабидопсис
• Изучение роли генов PARG1 и EXA1 в поддержании идентичности клеток при развитии цветка