Хромосомная организация геномов растений с хромосомами малых размеров или малоинформативным рисунком дифференциального окрашивания. (18.01.2010)

Автор: Муравенко Ольга Викторовна

Муравенко Ольга Викторовна

Хромосомная организация геномов растений

с хромосомами малых размеров или малоинформативным рисунком дифференциального окрашивания.

Специальности: 03.01.03 – молекулярная биология

03.01.15 - генетика

Диссертация в виде научного доклада

на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва 2010

Работа выполнена в Лаборатории молекулярной кариологии и основ клеточной терапии Учреждения Российской академии наук Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор,

академик Юрий Викторович Ильин

Доктор биологических наук, профессор Юрий Федорович Богданов

Доктор биологических наук, профессор Владимир Юрьевич Поляков

Ведущая организация Учреждение Российской академии наук

Институт цитологии и генетики СО РАН

Защита состоится " " 2010 г. в " " часов

на заседании Диссертационного совета Д 002.235.01 при Институте

молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН по адресу:

119991, г. Москва, ул. Вавилова, д. 32.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН.

Диссертация в виде научного доклада разослана " " 2010 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

кандидат химических наук А.М. Крицын

общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Цитогенетика растений менее чем за столетие прошла путь от описания числа и морфологии хромосом в геноме и кариотипе вида (в понимании Г. Винклера, Л.Н. Делоне и Г.А. Левитского) до молекулярного кариотипирования (идентификации хромосом с помощью физического картирования на них различных ДНК-зондов методами флуоресцентной гибридизации in situ). Важнейшим этапом в развитии цитогенетики растений стало внедрение в 70-е годы прошлого столетия в широкую практику Т. Касперсоном, K. Воза и другими учеными методов диффренциального окрашивания хромосом (бэндинга). Метод С-бэндинга, основанный на выявлении участков конститутивного гетерохроматина, на долгие годы занял ведущее место в исследованиях хромосом растений, что связано с чрезвычайной обогащенностью их геномов повторяющимися последовательностями ДНК. В 70-80-х г.г. прошлого века были изучены рисунки С-бэндинга хромосом у многих видов возделываемых и дикорастущих растений. Следующий этап в развитии цитогенетики растений, приведший к серьезному расширению ее возможностей, связан с разработкой и началом широкого использования в 80-90-х годах прошлого столетия флуоресцентной гибридизации in situ (FISH). В качестве маркерных ДНК-зондов начали применять участки генов рибосомных РНК и другие ДНК-последовательности. В результате за прошедшие десятилетия был накоплен огромный багаж знаний, касающихся особенностей хромосомной организации геномов растений, получены важнейшие сведения об их изменчивости, происхождении и эволюции, что послужило базисом для разработки цитогенетических основ селекции. Стал возможен многопараметрический сравнительный анализ кариотипов в природных популяциях, а также у сортов и линий культурных растений и их гибридов. Цитогенетический мониторинг селекционных образцов, исследование селекционной истории и контроль чистоты сортов прочно вошли в практику селекции. В это же время возник широкий спектр методов молекулярного анализа генома, который также внедрился в генетические исследования многих культурных видов растений и их дикорастущих сородичей, а также в селекционную практику. Объединение цитогенетического и молекулярного подходов открыло новые перспективы для изучения геномов растений. В частности, физическое картирование последовательностей ДНК на хромосомах является необходимым этапом при тотальном секвенировании крупных эукариотических геномов.

Однако большинство из перечисленных выше исследований были выполнены на объектах, метафазные хромосомы которых имеют размеры не менее 5 мкм (большинство злаков, лилейные, многие бобовые). Это связано с тем, что изучение рисунка дифференциального окрашивания небольших хромосом (длиной 1-4 мкм) часто представляет значительные трудности вследствие недостаточной разрешающей способности светооптического микроскопа. Кроме того, геномы мелкохромосомных растений, как правило, имеют небольшие размеры (на один-два порядка меньше, чем геномы злаков или лилейных) и содержат сравнительно мало повторяющихся последовательностей ДНК различных классов, а, следовательно, и конститутивного гетерохроматина. Это обуславливает бедность рисунков С-бэндинга мелких хромосом, что еще в большей степени затрудняет их распознавание. В связи с этим, для изучения кариотипов растений, имеющих небольшие хромосомы, возникла необходимость разработки новых подходов, повышающих разрешение методов хромосомного анализа, а также поиск дополнительных хромосомных маркеров. Важность решения этой задачи связана с тем, что кариотипы значительного числа хозяйственно-ценных культур: технических, масличных, овощных и т.п. представлены хромосомами малых размеров. Для большинства таких растений задача соотнесения молекулярной, генетической и цитологической классификаций хромосом остается весьма актуальной. Особое место среди таких растений занимает лен – культура, имеющая для нашей страны не только большое хозяйственное, но и стратегическое значение. Именно поэтому исследование хромосомной организации генома этого ценного растения и его дикорастущих сородичей представляет собой задачу первостепенной важности.

Цель работы.

Разработка новых и усовершенствование существующих методов молекулярно-цитогенетического исследования для повышения разрешающей способности анализа геномов растений с хромосомами малых размеров или малоинформативным рисунком дифференциального окрашивания. Изучение кариотипов таких растений (низших и высших) с целью идентификации индивидуальных хромосом, выявления структурных перестроек, изучения внутривидового хромосомного полиморфизма, а также сравнения геномов родственных видов для уточнения их таксономического статуса и филогенетических взаимосвязей.

Основные задачи исследования:

1. Разработка комплекса методов, повышающих разрешающую способность анализа хромосомной организации геномов растений с хромосомами малых размеров или малоинформативным рисунком С-бэндинга на модельных объектах (человек, ячмень, пшеница) и объектах исследования (ромашка, лен, горох).

2. Поиск дополнительных молекулярных и цитогенетических маркеров для FISH-картирования хромосом и геномов растений с хромосомами малых размеров или малоинформативным рисунком С-бэндинга:

применение универсальных маркеров – генов рибосомных РНК и теломерной последовательности ДНК,

маркеры из тотальной геномной ДНК,

оптимизация методов выявления флуорохромного бэндинга на хромосомах растений после процедуры FISH.

3. Повышение информативности хромосомного анализа с помощью последовательного или одновременного сочетания несколько методов выявления на хромосомах различных молекулярных и цитогенетических маркеров, а также применения специализированных компьютерных технологий и методов геномного анализа.

4. Исследование с помощью разработанных подходов кариотипов растений с хромосомами малых размеров или с неинформативным рисунком дифференциального окрашивания с целью точной идентификации их хромосом, выявления структурных перестроек, определения родственных взаимоотношений, уточнения таксономического статуса и филогенетических взаимосвязей изученных видов. Особое внимание предполагается уделить растениям, имеющим хозяйственную ценность (хлопчатник, лен, горох, ромашка) или используемым в качестве модельных объектов.

Научная новизна.


загрузка...