ИСТИНА

В рамках настоящего проекта планируется изучить два аспекта, предположительно влияющих на длительность жизненного цикла у растений, - размера генома (C-value) и динамики теломерной ДНК. В качестве модели выбраны виды из трибы Виковых (Fabeae) семейства Бобовых (Fabaceae = Leguminosae). Эти растения имеют самые большие геномы среди Бобовых, распространены преимущественно в умеренных широтах, среди них редка полиплоидия и высоко разнообразие длительности жизненного цикла. Встречаются однолетники, двулетники, многолетники; при этом разные варианты могут сосуществовать в пределах не только одного рода, но и одного вида. Значительное разнообразие видов трибы Виковых (преимущественно представители родов Vicia и Lathyrus) характерно для Европейской России. В ходе реализации проекта планируется проанализировать размер генома у видов с разной длительностью жизненного цикла методом проточной цитофлуориметрии, оценить динамику теломерной ДНК на разных стадиях жизненного цикла, определить уровень экспрессии гена теломеразы. Очевидно, что величина генома не может не оказывать влияния на ряд показателей, зависящих от размеров клетки (размеры пыльцы, семян; толщина семенной кожуры и т.д.). Можно предполагать, что некоторые морфолого-анатомические особенности будут сопутствовать укрупнению генома. Эти параметры также планируется оценить у видов Виковых с разной продолжительностью жизни.

lants are characterized with a much wider variation of duration of life cycle compared with animals. Within a single genus annual and perennial species may coexist. The perennial life cycle itself may imply duration of individual life from few years to few millenia and, in some extreme cases, tens of millenia. This evidence for potential immortality of some plants' organisms. However, mechanisms regulating the longevity of life cycle remain generally unknown. The presented project aims at survey in two aspects hypothetically influencing duration of life cycle in plans, viz. genome size (C value) and dinamics of telomere DNA. As a model for given research, we chose species of tribe Fabeae of Fabaceae (Leguminosae) family. These plants possess the largest genomes in family, inhabit almost exclusively temperate regions, usually lack polyploidy and have a wide range of life cycle's duration. Annuals, biennials and perennials may cooccur not only in the same genus but also in the same species. The significant diversity of species of this tribe (especially representatives of genera Vicia and Lathyrus) is found in the European Russia. When working on this project, we plan to analyze genome size in species with different longevity of life cycle applying the continuous-flow fluorometry; score the dynamics of telomere DNA on different stages of life cycle; estimate the expression level of telomerase gene(s). Genome size obviously affects some features dependent on cell sizes (scales of pollen grains, seeds, thickness of seed coat etc.). One may expect that some morphological and anatomical traits are conditioned by genome size. These traits would be also analyzed in species of Fabeae with different durations of life cycles.

К концу первого года реализации проекта мы планируем получить следующие научные результаты. 1. Будет проведён биоинформатический анализ геномов Бобовых, доступных в открытых базах данных и публикациях. По результатам этого анализа будет отработана методика устойчивой ПЦР-амплификации гена теломеразы у представителей трибы Виковых с целью последующего определения его последовательности (секвенирования) и уровня экспрессии в разных тканях и органах. 2. Будет апробирована и оптимизирована методика определения размера генома методом проточной цитофлуориметрии. Для ряда модельных представителей трибы Виковых (видов родов Lathyrus, Vicia; коллекция сортов гороха) будет установлено содержание ДНК в ядре. 3. Будут проведены полевые наблюдения по дикорастущим и репродуцируемым видам Виковых с территории Звенигородской биостанции МГУ (Московская область, Одинцовский район). Также будет собран материал для дальнейшего изучения сопряжённых с размером генома признаков (пыльца, семена, цветки). 4. Коллекция сортов гороха разных групп скороспелости будет репродуцирована на территории Звенигородской биостанции МГУ и фенотипирована по признаку длительности периодов "всходы - цветение" и "цветение - плодоношение", а также по ряду сопряжённых параметров.

Участники проекта имеют опыт изучения структуры и изменчивости цветков и соцветий различных Бобовых. Ранее была проведена характеристика ряда аспектов строения соцветий у трибы Виковых, полученные результаты сопоставлены с имеющейся системой трибы и сделаны выводы о путях эволюции соцветий в группе. В частности, было показано, что у однолетних видов трибы Виковых пазушные соцветия обычно состоят из одного цветка. Также получены данные о генетической регуляции признаков цветка и соцветия на примере модельного объекта - гороха посевного. Создана генетическая коллекция сортов и линий гороха посевного, а также ряда дикорастущих видов трибы Виковых Европейской России. Каталог коллекции приведён в публикации: Синюшин и др. (2016) Тр. прикл. бот., генет. сел. 177(3): 47. Были обнаружены особенности строения проростков у ряда представителей Виковых, напрямую связанные с одно-/многолетностью. Так, у однолетников обычно формируются два чешуевидных листа низовой формации (катафилла), а у многолетников - три и больше. Область листьев низовой формации совпадает с зимующей (многолетней) частью побега. Также имеется значительный опыт применения проточной флуориметрии. Ранее имеющаяся методика и прибор успешно применяли для анализа кратных изменений количества ДНК в клетках.

В результате реализации проекта мы ожидаем получить следующие результаты. 1. Будет определена величина генома у ряда представителей трибы Виковых. Для части видов подобные сведения уже доступны, но целесообразно определить этот параметр у конкретных образцов, с которыми будет производиться дальнейшая работа (в том числе у коллекции сортов гороха посевного). Также будет произведена оценка размера генома у некоторых видов, ранее не охарактеризованных по этому параметру. Полученные данные будут иметь большое научное значение, поскольку на их основе удастся определить связь размера генома с рядом морфологических и физиологических особенностей видов – а в конечном итоге распространить полученную картину на растения в целом. 2. С применением корректных статистических подходов будет охарактеризовано влияние размера генома на морфологические (размер пыльцы, семян, устьиц, толщину семенной кожуры и эпидермиса и др.), физиологические (скорость роста, длительность жизненного цикла) и экологические характеристики видов. К настоящему времени имеются убедительные доказательства подобной связи для части этих параметров, другие не были описаны ранее (таковы, например, особенности семенной кожуры и эпидермиса). Помимо фундаментальной значимости, эти результаты будут представлять несомненный практический интерес. Селекция растений (в том числе видов трибы Виковых), направленная на отбор по скорости роста, во многих случаях может по сути представлять собой отбор по размеру генома, который характеризуется и внутривидовой изменчивостью. Следовательно, важно понимать последствия подобного отбора, с одной стороны, и найти маркеры, указывающие на содержание ДНК у конкретного образца, - с другой стороны. 3. Будет изучена динамика теломерной ДНК и активность теломеразы у видов с разной продолжительностью жизненного цикла (однолетников, двулетников, многолетников) и на разных стадиях развития. Полученные результаты будут иметь несомненное фундаментальное значение, поскольку имеющаяся на данный момент картина роли теломерной ДНК в регуляции длительности жизни у растений неполна и отчасти противоречива. Эти результаты могут иметь и прикладное значение. Так, в последующем возможно направленное корректирование длительности жизненного цикла у хозяйственно важных растений – например, путём сайт-направленного мутагенеза или редактирования генома.