Статьи журнала - Сельскохозяйственная биология
Все статьи: 1718
Молекулярно-генетические и гормональные механизмы ветвления корневых систем
Статья обзорная
Важнейшая функция корня любого наземного растения - обеспечение минерального питания в гетерогенной среде с неравномерным распределением питательных веществ. Необходимость компенсации этой неравномерности приводит к ветвлению корня и формированию корневой системы. Типы корневых систем отражают различные стратегии выживания наземных сосудистых растений (L. Kutschera с соавт., 1997). Исследования молекулярно-генетических и физиологических механизмов инициации бокового корня проводятся в основном на модельном объекте Arabidopsis thaliana (J.G. Dubrovsky с соавт., 2001; B. Parizot с соавт., 2012; J.G. Dubrovsky с соавт., 2017). В последнее время в изучение ветвления корня вовлекаются важные сельскохозяйственные культуры (злаки, крестоцветные, бахчевые культуры, гречиха и др.). Полученные результаты позволяют выявить хозяйственно значимые признаки корневых систем и использовать их в селекционном процессе. В нашем обзоре представлен анализ современных данных о клеточных, молекулярно-генетических и физиологических механизмах инициации и формирования боковых корней. Фитогормон ауксин выполняет множественные функции при инициации бокового корня (Y. Du с соавт., 2017). Он участвует в начальных этапах формирования компетенции клеток перицикла к первым делениям, в образовании примордия, а также обеспечивает его успешное продвижение наружу через кору материнского корня. Образование бокового корня начинается с осцилляции концентрации ауксина в базальной части меристемы материнского корня и формирования в некоторых клетках его центрального цилиндра максимума клеточного ответа на ауксин (I. De Smet с соавт., 2007; K.H. ten Tusscher с соавт., 2017). Следующий этап - специализация клеток-осно-вательниц (founder cells) в перицикле и образование точки ветвления (prebranch site) (M.A. Mo-reno-Risueno с соавт., 2010). Мы рассматриваем начальные этапы детерминации клеток перицикла, приводящие к образованию бокового корня, механизмы регуляции пролиферации клеток перицикла и окружающих тканей, положение места инициации боковых корней вдоль оси материнского корня, а также гормональные факторы и их мишени, осуществляющие последовательную программу развития бокового корня. Приводятся данные о роли ауксина в этом процессе, а также о механизмах передачи гормонального сигнала на молекулярные мишени, обеспечивающие закладку боковых корней. Ключевыми факторами, участвующими в образовании локальной компетенции клеток перицикла к инициации примордия бокового корня, служат транскрипционный фактор GATA23 (B. De Rybel с соавт., 2010) и мембранно-ассоциированный киназный регулятор MAKR4 (W. Xuan с соавт., 2015). Особое внимание уделяется роли тканей корня, окружающих перицикл, в регуляции начальных этапов пролиферации клеток при инициации бокового корня. Однако среди цветковых растений имеются семейства, у которых инициация и развитие примордия бокового корня происходит непосредственно в меристеме родительского корня (И.Г. Дубровский, 1986, 1987; K.N. Demchenko с соавт., 2001; E.L. Ilina с соавт., 2012). Мы впервые приводим данные о ключевой роли ауксина на начальных этапах инициации бокового корня у таких растений, в частности у тыквенных ( Cucurbitаceae ). Также обсуждаются механизмы, позволяющие некоторым видам создавать обширную корневую систему в кратчайшие сроки после прорастания. Рассматриваются возможные эволюционные механизмы определения места инициации бокового корня у цветковых растений.
Бесплатно
Статья обзорная
Аскомицетные рода Fusarium, выделенного в качестве отдельной таксономической группы в 1809 году Генрихом Фридрихом Линком (Heinrich Friedrich Link), распространены по всему миру и занимают различные экологические ниши. Их обнаруживают в почве и растениях в качестве эндофитов, сапротрофов либо паразитов. Заболевания сельскохозяйственных культур, вызванные представителями рода Fusarium, ежегодно наносят существенный ущерб, выражаемый сотнями миллионов долларов. Помимо снижения урожая и ухудшения его качества, опасность заражения культурных растений возбудителями фузариоза обусловлена их способностью продуцировать токсические метаболиты (фузариотоксины). В 1930-1940-х годах потребление перезимовавшего в поле зерна, содержащего фузариотоксины, привело к гибели десятков тысяч людей в Поволжье и на Урале. Приведенные факты делают необходимым тщательное изучение морфологии, биохимии и генетики этих организмов. На сегодняшний день не существует универсальной таксономической системы рода Fusarium, поэтому во многих случаях идентифицировать штамм с точностью до вида затруднительно. Высокая изменчивость морфологических структур с одной стороны, и их сходство у близкородственных видов - с другой, создают огромные проблемы для исследователей, использующих классические методы идентификации и систематизации представителей этой группы. Все более важную роль в изучении разнообразия представителей рода Fusarium играют методы, основанные на применении ДНК-маркеров, позволяющие идентифицировать вид по характерной последовательности нуклеотидов его ДНК. Применение такого подхода дало возможность выявить целый ряд новых видов в составе рода. Так, в исследованиях Т. Yli-Mattila с соавт. (2009, 2011) использование мультилокусного филогенетического анализа позволило выделить в качестве новых видов F. sibiricum и F. ussurianum, которые были обнаружены в Сибири и на Дальнем Востоке и морфологически сходны соответственно с F. langsethiae и F. graminearum. Авторами настоящей статьи с помощью ДНК-маркеров впервые на территории России идентифицирован вид F. torulosum, морфологически сходный с F. avenaceum. Не менее важно и то, что анализ меж- и внутривидового полиморфизма ДНК делает возможным создание высокоспецифичных систем молекулярной детекции грибов рода Fusarium, в том числе поражающих растения и синтезирующих токсины. Использование таких систем, например описанных M. Nicolaisen с соавт. (2009) или A.A. Stakheev с соавт. (2011), позволяет не только своевременно обнаружить заражение растений продуцентами микотоксинов, но и количественно оценить их содержание в пробе. В то же время ряд проблем остаются нерешенными: в частности, до сих пор идут споры о наиболее информативном и корректно отражающем эволюционную историю рода маркере; кроме того, использование различных концепций вида (морфологической, биологической, филогенетической) усложняет задачу создания единой универсальной таксономической системы рода. В настоящем обзоре обсуждаются основные достижения и проблемы филогенетики рода Fusarium, и перспективы использования молекулярно-генетического подхода в исследовании этой группы организмов.
Бесплатно
Статья научная
На примере генезиса сибирских пород свиней (кемеровской и скороспелой мясной СМ-1) рассматривается породообразование как микроэволюционный процесс, важнейшие условия которого (гибридизация и отбор) обеспечивают обогащение генофонда и активацию генома. Представлены данные по гибридизации геномов азиатского и европейского происхождения при создании современных пород свиней. На основе общих закономерностей микроэволюции обсуждается возможность использования молекулярно-иммуногенетического анализа при изучении породообразования у различных видов животных.
Бесплатно
Статья научная
Традиционная селекция животных длительна по времени и требует больших материальных затрат. Применение лабораторных молекулярно-генетических методов значительно ускоряет и удешевляет процесс создания пород и кроссов с нужными свойствами, отбор желательных генотипов. Молекулярное типирование по аллелям, сцепленным с полом, важно для получения исходных линий птицы, дающих аутосексное потомство. Разделение по полу при выращивании бройлеров - известный технологический прием, который обеспечивает более эффективное использование корма, лучшую выживаемость, сортность, повышенное сходство по массе. Нами разработан тест, позволяющий, используя технологию количественной ПЦР в реальном времени (ПЦР-РВ), различать у 1-суточных цыплят гомо- и гетерозиготное состояние сцепленных с полом аллелей К и k, отвечающих за скорость роста перьев крыла. Применение количественной ПЦР-РВ для анализа генотипов сводится к дискриминации содержания одной копии гена в геноме от двух. Для получения надежных результатов при проведении анализа необходимо придерживаться определенных правил: во-первых, эффективность ПЦР должна приближаться к максимуму, во-вторых, без надлежащей статистической обработки данных возможно получение ложных результатов. Для преодоления ограничений количественной ПЦР-РВ предложен новый алгоритм тестирования: все пробы подвергаются двум последовательным независимым анализам одновременно с референсными образцами (известные генотипы), а с пробами, давшими противоположные результаты, проводится повторный анализ без учета предыдущих данных. Такой подход исключает возможные ошибки. Предложена новая система из трех (вместо четырех) праймеров для амплификации двух генов и зонда, позволяющая эффективно дискриминировать генотипы КК, Кk и kk. Данные количественной ПЦР-РВ анализировали по методу ΔΔCt и обрабатывали при помощи пакета программ статистики SPSS с применением ROC-анализа. Использовав разработанный тест, мы определили процентное соотношение генотипов КК, Кk и kk среди 145 петухов исходных линий Б5, Б6, Б7 и Б9 отечественного мясного кросса Смена 8. Показано, что все протестированные 19 петухов линии Б5 и все 15 петухов линии Б6 имели генотип kk. Из 46 петухов линии Б7 ни у одного не обнаружили генотип kk, у 17 особей (37 %) выявили генотип Кk, у 29 особей (63 %) - генотип КК. Из 65 петухов линии Б9 ни один не был гомозиготным по аллелю k (генотип kk ), 17 особей (26 %) оказались гетерозиготами с генотипом Кk и 48 особей (74 %) имели генотип КК. Для исключения влияния возможной вариабельности нуклеотидных последовательностей ДНК на результаты анализа провели секвенирование и установили отсутствие каких-либо нуклеотидных замен в участках отжига праймеров и зондов. Полученные результаты определения пола у 1-суточных цыплят с помощью количественной ПЦР-РВ (на основании выявления аллелей К и k, отвечающих за скорость роста перьев крыла) позволяют ускорить селекцию кур с целью создания нового отечественного мясного кросса. Дальнейшая селекционная работа предполагает оценку птицы традиционными и молекулярно-генетическими методами.
Бесплатно
Статья научная
Высокая скорость роста - признак, который в значительной степени определяет физиологические преимущества гетерозисных гибридов различных культур. Быстрое развитие листового аппарата и корневой системы обеспечивает высокую эффективность фотосинтеза и минерального питания. Гетерозисные гибриды быстро проходят фазу, характеризующуюся низкой устойчивостью к абиотическим стрессовым факторам, что значительно снижает вероятность повреждения всходов. Скорость роста связана с генами, определяющими высоту растения. Наследуемость признаков, характеризующих эффективность роста проростка, его массу и длину корня и стеблей, составляет 87-90 %. В настоящей работе мы впервые обнаружили локусы, определяющие формирование признака скорость роста в период прорастания у отечественных сортов риса ( Oryza sativa L.). Целью работы было выявление локусов и хромосомных регионов, а также изучение генетики признаков, обусловливающих быстрое получение и развитие всходов риса. Опыты проводили в 2013-2019 годах. Коллекционные образцы (32 сорта российской селекции) и гибриды риса изучали общепринятыми методами. Семенной материал обрабатывали 20 % стерилизующим раствором (гипохлорит натрия с содержанием активного хлора 95,2 %, ООО «Гринфилд РУС», Россия) в течение 40 мин с целью стерилизации. Проращивали по 30 зерновок каждого образца (в 2 повторностях) при температуре 28-29 °С в термостате в течение 7 сут. У 20 растений каждого сорта или гибрида определяли массу проростка, размеры колеоптиля и зародышевого корня. Гибридизацию между сортами с контрастными признаками проводили твелл-методом (метод Борлоуга) по полной диаллельной схеме. Полиморфизм изучали с помощью 60 нейтральных или ассоциированных с высокой скоростью роста проростков SSR маркеров, распределенных по 12 хромосомам риса. Массу проростков российских сортов определяли локусы, расположенные на четырех хромосомах. Выявлены маркеры, позволяющие изучить их полиморфизм: RM261, RM405, RM463, RM242, RM6314, RM289, RM126. Два хромосомных региона на 4-й и 9-й хромосомах обусловливали длину зародышевого корня, а высоту проростка - локус на 5-й хромосоме, расположенный в районе маркера RM289. Показана возможность упростить методику выявления хромосомных регионов, детерминирующих величину признаков, при изучении неизвестных образцов. Для выявления маркеров с максимальным фенотипическим эффектом проявления признаков можно использовать групповую селекцию (bulk breeding). Для этого нет необходимости создавать популяции для маркирования признака типа рекомбинантных инбредных линий (recombinant inbred lines, RILs) или дигаплоидных линий (doubled haploid, DН) и фенотипировать их. Гораздо больше информации дает использование сортов, контрастных по признаку, что в короткие сроки позволяет определить наиболее важные для формирования признака локусы. Полученная информация позволит установить маркеры, тесно сцепленные с генами, определяющими признак в выявленном хромосомном регионе (http://www.gramene.org). В дальнейшей работе можно использовать именно эти маркеры, если изучение полиморфизма подтвердит возможность достоверного разделения сортов с их помощью на контрастные группы. Таким образом, у отечественных сортов риса нами установлены восемь хромосомных регионов, связанных с темпами роста, и предложена методика, упрощающая их выявление.
Бесплатно
Молекулярные маркеры в системе проявлений иммунного ответа
Статья обзорная
Гетерогенность популяций по иммунному ответу формируется благодаря генетическому контролю и сложной генетической регуляции функций иммунной системы. Целью статьи был анализ молекулярных механизмов клеточно-опосредованного и гуморального иммунного ответа и маркирования этих признаков для их включения в геномные показатели отбора. Доказано наличие генотипических различий между особями по восприимчивости и толерантности к инфекционным заболеваниям (S.C. Bishop с соавт., 2014). Результаты исследований свидетельствуют о многочисленных однонуклеотидных полиморфизмах (single nucleotide polymorphisms, SNP), модифицирующих степень проявления иммунного ответа у животных, что позволяет рассчитать геномные коэффициенты племенной ценности для этого признака. Существует необходимость в оценке дисперсии косвенных генетических эффектов, которые помогают открыть новые возможности для борьбы с инфекционными заболеваниями посредством отбора. Вместе с тем следует отметить, что на сегодняшний день генетический подход, основанный на количественном анализе индивидуальных проявлений патологии у особи, позволяет охватить только часть полной наследственной изменчивости, влияющей на динамику инфекционных заболеваний. Наиболее перспективным направлением в этих исследованиях представляется оценка характера экспрессии генов, в особенности генов иммунного ответа (В.В. Фирстова с соавт., 2010). Использование SNP-чипов высокой плотности для анализа геномной области главного комплекса гистосовместимости (major histocompatibility complex, MHC-B), которая охватывает у птиц 209296 п.н., позволило определить 45 основных генов с эффектами увеличения разнообразия посредством рекомбинаций. Полученные данные расширяют представление о вкладе рекомбинаций в формирование разнообразия по гаплотипам МНС-B, включая возможность выявления горячих точек таких рекомбинаций и оценки их частоты (J.E. Fulton с соавт., 2016). На хромосомах кур картированы каузативные мутации, которые вызывают генетическую изменчивость врожденных и адаптивных иммунных реакций (A. Slawinska с соавт., 2013). Поиск ключевых мутаций, ответственных за изменчивость иммунного ответа, можно рассматривать как подход в диагностике восприимчивости к заболеваниям. Так, выявлены ассоциации мононуклеотидного полиморфизма с восприимчивостью к туберкулезу (M.L. Bermingham с соавт., 2014). Иммунные реакции попадают в категорию сложных количественных признаков и находятся под контролем нескольких генов, при этом заметное влияние оказывает окружающая среда. Очевидно, в формировании врожденного и адаптивного иммунитета могут принимать участие некоторые гены общего, универсального действия. Можно считать, что для таких иммунных реакций характерен преимущественно аддитивный тип наследования (M. Siwek с соавт., 2015). Селекция на резистентность к заболеваниям представляет серьезные сложности из-за низкой наследуемости. Возможности классического генетического анализа недостаточны для оценки изменчивости этого признака и практического применения в селекции, однако развитие методов молекулярного маркирования создает новые перспективы для отбора на повышение устойчивости животных к заболеваниям. Проведенные исследования ассоциаций различных геномных элементов и общего адаптивного иммунного ответа у разных видов сельскохозяйственных животных дают отправную точку для реализации таких планов. Определение кандидатных генов и биологических путей, связанных с иммунной реактивностью, может помочь в понимании важных процессов, лежащих в основе резистентности или восприимчивости животных к инфекционным болезням.
Бесплатно
Статья обзорная
В настоящее время на Азию и Европу приходятся самые высокие нормы расхода минеральных удобрений. Возникают серьезные проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, в том числе наблюдается подкисление почвы и воды, загрязнение поверхностных и подземных водных объектов, возрастает выброс парниковых газов. У риса, пшеницы и кукурузы коэффициент использования азота составляет 26-30 %, у овощных культур - менее 20 % (K. Vinod с соавт., 2012). Последние 50 лет селекция сортов ведется на фоне высоких доз минерального питания. Сорта, которые высокопродуктивны за счет внесения удобрений, как правило, менее эффективно их используют. Кроме того, урожайность таких сортов очень нестабильна, поскольку на нее в значительной мере влияют дозы удобрений, сроки их внесения, температура окружающей среды и другие факторы. В настоящей статье рассмотрены механизмы приспособления растений риса к низкому содержанию азота и фосфора и генотипические различия образцов по эффективности использования этих элементов. Отмечается различная реакция генотипов на дозы вносимого азота и фосфора, а также влияние источника элемента питания и взаимодействия генотип-среда на реакцию сортов. Сравнение генотипов риса показало 20-кратное различие в эффективности усвоения фосфора между крайними типами (M. Wissuwa с соавт., 2001). Все высокоэффективные генотипы - это стародавние сорта или эндемичные образцы. Питательные вещества в почве должны быть переведены в доступную для растений форму. Так, генотипические различия в эффективности использования фосфора у разных культур связаны с неодинаковой активностью фосфатаз. Фитиновая кислота - одно из веществ, способствующих переводу связанного фосфора в доступный (A.E. Ric-hardson с соавт., 2001). Ее образуют корни растений и микроорганизмы, поэтому свойство корней поддерживать выгодные микробные сообщества служит дополнительным адаптивным механизмом. Другие приспособления растений к низкому содержанию азота и фосфора могут быть связаны с увеличением поверхности корневой системы, интенсификацией поглощения элементов, повышением внутренней эффективности их использования, а также с биосинтезом и выделением корнями органических кислот, повышающих доступность элементов питания (H. Lambers с соавт., 2006). Под внутренней эффективностью в указанном случае понимается перераспределение поступающего элемента питания между генеративными и вегетативными органами, между листьями одного или разных побегов и т.д. Вариабельность по эффективности использования элементов минерального питания среди генотипов риса главным образом объясняется различиями в росте корневой системы, что увеличивает площадь питания растений. Вариабельность устойчивости к недостатку фосфора в большей степени связана с различиями генотипов риса по способности поглощать этот элемент, в то время как эффективность его использования оказывает незначительное влияние. Описаны молекулярные маркеры, которые сцеплены с QTL, определяющими эффективность минерального питания у риса, - RM 53, RM 25, RM 600, RM 242, RM 235, RM 247, RM 322, RM 13, RM 261, RM 19 (D. Wei с соавт., 2012; Y. Cho с соавт., 2007). У российских сортов риса выявлен полиморфизм для всех изученных маркеров QTL, определяющих эффективность поглощения элементов минерального питания (Ю.К. Гончарова с соавт., 2015), что позволяет вести маркерную селекцию по этому признаку и отбор сортов-доноров.
Бесплатно
Молекулярные методы в селекции яблони на устойчивость к красногалловой яблонной тле
Статья научная
Красногалловая, или серая, яблонная тля ( Dysaphis devecta Walk) наносит значительный урон урожаю яблони ( Malus × domestica Borkh.). Тля повреждает как молодые, так и взрослые деревья. Она живет колониями на коре, листьях и побегах, питаясь соком яблони. Молекулярные методы позволяют идентифицировать гены устойчивости к насекомым-вредителям и целенаправленно вводить их в создаваемые сорта. В представленном исследовании технология молекулярных маркеров (ПЦР с праймерами SdSSR) была использована для выявления Sd -локуса устойчивости к красногалловой яблонной тле в коллекции культивируемых и перспективных для селекции форм яблони, состоящей из 132 сортов и гибридов. Sd- локус устойчивости был идентифицирован в геноме у 31 сорта из разных стран. Локус представлен как у старых сортов, известных еще в ХIX веке (Белый налив, Папировка, Пепин литовский, Чулановка, Cox's Orange Pippin), так и у сортов современной селекции (Белорусский синап, Белорусское малиновое, Слава победителям, Чаравница). Технология молекулярных маркеров использована при создании перспективных гибридных сеянцев яблони, устойчивых к тле.
Бесплатно
Статья обзорная
Длительное бесконтрольное применение антибактериальных средств в сельском хозяйстве и животноводстве, в особенности с целью стимулировать рост животных, привело к распространению устойчивых форм микроорганизмов, что представляет серьезную проблему для общественного здравоохранения, поскольку такие бактерии могут становиться патогенными для человека, легко передаваться ему через продукцию и сырье животного происхождения или контаминацию окружающей среды отходами агропромышленных предприятий (C. Manyi-Loh с соавт., 2018; A.Н. Панин с соавт., 2017; N. Vidovic с соавт., 2020). Существует ряд механизмов, способствующих развитию устойчивости бактериальной клетки к одному или нескольким антимикробным препаратам: модификация мишени, на которую воздействует лекарственное средство; приобретение метаболических путей, альтернативных существующим (формирование метаболического шунта); избыточное производство фермента-мишени; ферментативная модификация или деградация противомикробного средства и активный эффлюкс антибиотика, то есть уменьшение накопления противомикробного препарата внутри клетки через снижение проницаемости стенки и/или активный эффлюкс антимикробного препарата из бактериальной клетки. Эти механизмы могут быть естественными для одних микроорганизмов или приобретенными - для других (M.F. Varela с соавт., 2021; W.C. Reygaert, 2018; А.Л. Бисекенова с соавт., 2015). Их понимание позволит выбрать наилучший вариант лечения для каждого конкретного инфекционного заболевания и разработать противомикробные препараты, препятствующие развитию резистентных микроорганизмов. Наиболее клинически значимые гены антибиотикорезистентности обычно расположены на разных мобильных генетических элементах (МГЭ), которые могут перемещаться внутриклеточно (между бактериальной хромосомой и плазмидами) или межклеточно (в пределах одного вида или между разными видами или родами) (C.O. Vrancianu с соавт., 2020). В основном передача генов антибиотикорезистентности происходит за счет горизонтального переноса, то есть посредством обмена МГЭ, например плазмидами или транспозонами, несущими гены антибиотикорезистентности, между видами бактерий, даже если они не относятся к близкородственным (S. Redondo-Salvo с соавт., 2020). Горизонтальный перенос генов между устойчивыми к антибиотикам бактериями и облигатной микрофлорой осуществляется с участием трех основных механизмов: конъюгации (с участием плазмиды), трансформации (с участием свободной ДНК) и трансдукции (с участием бактериофагов) (Y. He с соавт., 2020). При горизонтальном переносе трансформация между видами бактерий для передачи генов устойчивости к антибиотикам происходит редко. Конъюгация с участием мобильных генетических элементов служит наиболее эффективным и основным методом распространения антибиотикорезистентности (J.M. Bello-López с соавт., 2019). Целью настоящего обзора стало описание генов антибиотикорезистентности бактерий, персистирующих в условиях агропромышленного комплекса и характерных для микробиоты сельскохозяйственных животных, а также механизмов формирования антибактериальной устойчивости к противомикробным препаратам, применяемым в ветеринарии. Приведена непосредственная локализация некоторых генетических детерминант антибиотикорезистентности, рассмотрены основные меры борьбы с антибиотикорезистентностью, которые включают в себя сокращение использования антибиотиков вследствие улучшения качества жизни и условий содержания животных; организацию и проведение мониторинга и надзора за распространением антибиотикоустойчивых бактерий.
Бесплатно
Статья обзорная
Ген пшеницы RHt ( Reduced height ), предопределивший успех «зеленой революции» и используемый при создании низкорослых и устойчивых к полеганию сортов, кодирует белок с высококонсервативным DELLA доменом (J. Peng с соавт., 1999). Большинство карликовых форм культурных растений содержат мутации в генах, кодирующих DELLA-белки. Такие мутации весьма перспективны для использования в селекции, поскольку они не оказывают влияния на жизнеспособность и размножение растений (M. Ueguchi-Tanaka с соавт., 2007). Помимо карликовости, некоторые мутации в генах DELLA-белков могут привести к противоположному фенотипу с сильно вытянутыми стеблями ( slender -формы, или великаны). К какому фенотипу (карлик или великан) приведет мутация, зависит от ее природы (P. Achard, P. Genschik, 2009). В статье подробно обсуждается структура, локализация, посттрансляционные модификации и функции DELLA-белков. Участвуя в сложных белок-белковых взаимодействиях, они играют роль репрессоров в трансдукции гиббереллинового (ГА) сигнала. DELLA-белки ассоциируют с транскрипционными факторами (ТФ), ингибируя их активность и, как следствие, вызывают торможение роста растений. В присутствии гиббереллина удлинение стебля активируется, поскольку резко снижается стабильность DELLA-белков и DELLA-зависимая репрессия ТФ прекращается. Низкий рост мутанта пшеницы rht, как и многих других встречающихся в природе карликовых форм растений, обусловлен накоплением DELLA-белков вследствие их повышенной стабильности. Стабильность DELLA-белка увеличивается в результате мутаций, которые могут быть связаны с нарушением в его структуре и(или) в структуре доменов других участников передачи ГА-сигнала, таких как рецептор GID1 и белки F-бокса убиквитин-протеин-лигазы E3 (GID2 - у риса, SLY1 - у арабидопсиса), вовлеченные в образование сложного белкового комплекса, который необходим для индукции протеолиза DELLA-белков (B.C. Willige с соавт., 2007; K. Hirano с соавт., 2010). В статье подробно рассматривается роль различных функциональных мотивов DELLA-белка в передаче ГА-сигнала (DELLA, TVHYNP, polySTV на N-концевой части молекулы и С-концевой GRAS домен, включающий участки LR, VHIID, PFYRE и SAW). В DELLA-белках нет ДНК-связывающего домена. По-видимому, репрессивная функция DELLA-белка, обусловлена наличием GRAS домена и реализуется через белок-белковые взаимодействия мотива лейциновых повторов LRI с транскрипционными факторами (R. Zentella с соавт., 2007; K. Hirano с соавт., 2010). Участок polySTV выполняет регуляторную роль. В нем обнаружены сайты, по которым осуществляются посттрансляционные модификации, способные изменить партнеров в межбелковых взаимодействиях и(или) локализацию DELLA-белков (L.M. Hartweck, 2008). Участки DELLA, TVHYNP и часть GRAS домена вовлечены в формирование белкового комплекса c рецептором GID1 и убиквитин-протеин-лигазой, необходимого для протеолиза DELLA-белков (M. Ueguchi-Tanaka с соавт, 2005; K. Hirano с соавт., 2010). Обсуждается функция DELLA-белка как интегратора сигнальных путей гормонов и внешних стимулов, способного корректировать ростовую реакцию растений в зависимости от условий (X.-H. Gao с соавт., 2011). Таким образом, активность DELLA-белков может лежать в основе фенотипической пластичности и обусловливать замедленный рост растений при воздействии неблагоприятных факторов.
Бесплатно
Статья обзорная
Создание низкорослых (карликовых) форм зерновых культур, устойчивых к полеганию, привело к значительному повышению урожайности в 1960-1970-х годах и было одной из главных задач «зеленой революции», направленной на преобразования в сельском хозяйстве развивающихся стран (G.S. Khush, 2001). В настоящее время признак карликовости широко используется в селекции. Помимо компактности и устойчивости к полеганию, карликовые формы эффективнее утилизируют питательные вещества и более устойчивы к болезням (К.У. Куркиев с соавт., 2006). В этой связи в последние годы возрастает интерес к изучению факторов, предопределяющих рост растений. Показано, что многие низкорослые сорта, участвовавшие в «зеленой революции», несли мутации в генах, ответственных за метаболизм или передачу сигнала фитогормона гиббереллина (ГА) (M. Ueguchi-Tanaka с соавт., 2001; T. Sakamoto с соавт., 2004). ГА вовлечены во многие этапы развития растения, в том числе прорастание семян, рост стеблей и корней (E. Tanimoto, 2012; P. Hedden, V. Sponsel, 2015). Однако изменения на различных этапах ГА-зависимых процессов могут приводить как к низкорослости, так и к высокому росту. Выявлению ключевых звеньев, целенаправленные изменения в которых приведут к созданию желаемых низкорослых форм, поможет только четкое схематичное понимание взаимодействия генетических и молекулярных механизмов, вовлеченных в ГА-контроль роста растений. В статье рассмотрены пути биосинтеза и деактивации гиббереллинов. Обсуждаются механизмы поддержания пула активных ГА. Среди известных к настоящему времени многочисленных ГA, продуцируемых растениями, физиологически активны только ГА1, ГА3, ГА4, ГА5 и ГА7. В продукцию этих активных гиббереллинов вовлечены ГА20-оксидазы и С3,β-оксидазы (или С3,β-гидроксилазы), катализирующие последние реакции биосинтетического пути. С2,β-оксидазы - основные ферменты, которые могут быстро инактивировать активные ГА посредством добавления к молекуле гидроксильной (-ОН) группы. Проанализированы современные представления о ГА-сигналинге, в который вовлечены рецептор гиббереллинов GID1, негативные регуляторы ГА-сигналинга DELLA-белки, SCF E3-убиквитин-протеин-лигаза и 26S-протеасома, транскрипционные факторы с ДНК-связывающим доменом, гиббереллин-регулируемые гены. Накопленные к настоящему времени данные дают основание предполагать, что в трансдукции гиббереллинового сигнала молекула ГА индуцирует деградацию репрессора DELLA через взаимодействие GID1-DELLA с убиквитин-протеин-лигазным комплексом E3 SCFSLY1/GID2 (T.-P. Sun, 2011). Таким образом, низкий рост может быть связан с нарушениями биосинтеза ГА или накоплением репрессоров ГА-сигналинга DELLA-белков, а высокий рост - с повреждением ферментов деактивации ГА или с потерей репрессивной функции DELLA-белков (H. Claeys c соавт., 2014). Обсуждается участие гиббереллина в сложной гормональной регуляции роста растений, которое часто реализуется посредством контроля репрессивной функции DELLA (P. Achard с соавт., 2003). Особое внимание уделяется характеристике мутаций генов, приводящих к изменению роста растений - карликовости или гигантизму.
Бесплатно
Молекулярный анализ генетического разнообразия популяций донников ( Melilotus dentatus Pers.)
Статья научная
Проведены молекулярно-генетические исследования популяций донника зубчатого ( Melilotus dentatus Pers.) из разных географически удаленных районов (Северный Кавказ и Казахстан). Использованный комплексный подход включал внутри- и межпопуляционный анализ по таксономически значимым молекулярным маркерам (ITS). Также выполнен анализ участка рецепторного гена nfr 5. Показано, что среди растений Melilotus dentatus Pers. имеются различия как на внутри-, так и на межпопуляционном уровне. Кроме того, наблюдается обособленность популяций донников в кластеры согласно их географическому распространению. Определено независимое распределение популяций растений донников по рецепторной части гена nfr 5 относительно кластерной структуры ITS региона.
Бесплатно
Молекулярный анализ микологического поражения древесины
Статья научная
Оценка микологического поражения образцов древесины традиционно проводится с помощью культивирования, продолжительность которого может составлять до нескольких месяцев. Нами продемонстрирована возможность применения методов молекулярной биологии для таксономического и количественного анализа при грибном поражении древесины. С использованием секвенирования библиотеки диагностического фрагмента межгенного участка ITS рибосомального оперона и ПЦР с детекцией в реальном времени обнаружено, что 75 % популяции, населяющей проанализированный образец древесины (фрагмент эксплуатируемой деревянной конструкции), относится к виду Aureobasidium pullulans. Показано, что примененный подход имеет большие преимущества перед традиционными методами микологической экспертизы, так как он универсален, доступен для большинства современных отечественных лабораторий и не зависит от культивирования. Метод характеризуется высокой скоростью выполнения анализов (3-4 сут) и довольно низкими затратами (1-2 тыс. руб. на образец). Основное достижение разработанного протокола заключается в возможности выявлять разнообразие в микробных сообществах, которое до последнего времени, по всей видимости, недооценивалось. Без существенных модификаций предложенный метод может быть перенесен в рутинную сельскохозяйственную практику для детекции грибных патогенов.
Бесплатно
Статья научная
В условиях промышленной технологии изучали влияние повышенного содержания энергии в рационе высокопродуктивных коров черно-пестрой породы в последние 3 нед стельности и новотельный период на молочную продуктивность, углеводный и липидный обмен, а также воспроизводительную функцию животных.
Бесплатно
Статья научная
Одна из важнейших составляющих биологически полноценного питания высокопродуктивного молочного скота - аминокислотно-витаминная обеспеченность организма. Установлена важная роль карнитина в углеводно-жировом и белковом обмене, участие в транспорте длинноцепочечных жирных кислот через мембрану митохондрий, в выведении из клеток потенциально токсичных метаболитов, в регуляции глюконеогенеза, а также в синтезе гормона роста. Однако отсутствуют рекомендации по дозам L-карнитина для новотельных коров с неодинаковой продуктивностью, а данные об эффекте скармливаемого карнитина часто противоречивы. В настоящей работе мы впервые сравнили действие разных доз защищенного L-карнитина (в виде препарата Carnipass™) и определили оптимальное количество защищенной формы L-карнитина - 45 мг/кг надоенного молока. Целью работы было изучение влияния L-карнитина в защищенной форме на молочную продуктивность, качество молока, интенсивность и направленность физиолого-биохи-мических процессов у новотельных коров ( Bos taurus taurus ) в период раздоя...
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается возможность изучения микроэволюции и образования генома современных диких и домашних форм Sus scrofa на основе молекулярно-иммуногенетических методов. Представлены результаты многолетнего широкомасштабного анализа трех систем групп крови - G, F и D - у диких кабанов и свиней различных пород, аборигенных и локальных популяций, значительно различающихся по структуре генома и частоте генотипов по аллелям европейского и азиатского происхождения. Описаны модельные эксперименты по гибридизации в нескольких смежных поколениях маток классических европейских и азиатских пород с диким среднеазиатским кабаном Sus scrofa nigripes. Полученные данные дополнены результатами экспериментальных исследований гетерозиса по плодовитости, пре- и постнаталъной жизнеспособности при скрещивании гомо- и гетерозиготных животных с евро-азиатскими генотипами в пределах классических глобальных пород свиней: крупная белая, беркширская, ландрасская и лакомб.
Бесплатно
Мониторинг физиологических функций и признаков продуктивности у молочных коров (обзор)
Статья обзорная
Рассматриваются современные подходы к организации мониторинга физиологических и продуктивных функций коров в условиях производства. Описаны критерии оценки упитанности и баланса энергии, контроля протеинового питания и комфортности условий содержания коров. Сформулированы требования к информационным системам физиологического мониторинга в молочном скотоводстве.
Бесплатно
Статья научная
Паразитарные болезни широко распространены у пушных зверей, особенно у норок ( Mustela vison Linnaeus, 1761, Neovison vison Schreber, 1777). Кокцидиидозы среди инвазионных болезней занимают особое место, так как часто протекают без выраженных симптомов, что затрудняет их своевременную диагностику. Несмотря на слабо выраженное клиническое проявление инвазии, кокцидии причиняют серьезный вред здоровью животных и наносят ощутимый экономический ущерб звероводческим хозяйствам. Анализ литературных данных показал, что распространение эймериидозов пушных зверей в Калининградской области изучено недостаточно. В частности, отсутствует информация об экстенсивности и интенсивности инвазии, а также возрастной динамике эймериидозов норок в звероводческих хозяйствах этого региона. Цель настоящей работы - изучение эпизоотической обстановки по эймериидозам норок в трех звероводческих хозяйствах Калининградской области. Видовой состав простейших у норок определяли с помощью анализа морфологических признаков кокцидий и методом глубокого секвенирования региона V4 гена 18S рPНК. Проведенный биоинформатический анализ позволил определить ОТЕ (операционные таксономические единицы), установить таксономическую принадлежность возбудителей и подтвердить результаты световой микроскопии. При анализе результатов, полученных в ходе экспериментов и выборе методов исследований, учитывали возраст, пол животных, а также условия их кормления и содержания. Объектами исследования был молодняк норок 5-6-месячного возраста и взрослое поголовье - самки и самцы в возрасте 1-2 года. Всего во всех трех хозяйствах обследовали 561 особь (общее число животных - зараженных и интактных). Во всех обследованных хозяйствах у норок обнаружили простейших семейства Eimeriidae . Наибольшая экстенсивность инвазии (56 %) и самое широкое видовое разнообразие кокцидий было установлено в звероводческом хозяйстве, находящемся в Багратионовском районе Калининградской области. Паразитофауну норок, содержащихся в этом зверохозяйстве, представляли два вида эймерий ( Eimeria vison и E. furonis ) и два вида изоспор ( Isospora laidlawi и I. eversmanni ; вид I. eversmanni ранее был впервые выявлен нами у норок в Калининградской области). Эймериидозы у норок во всех звероводческих хозяйствах чаще диагностировали в форме моноинвазии. Процентное соотношение микстинвазий было следующим: микстинвазия двумя видами паразитов - 68,55 %, микстинвазия тремя видами паразитов - 23,67 %. Подтверждено, что молодняк норок более подвержен эймериидозам, чем взрослые животные. У животных текущего года рождения наиболее часто встречаются E. vison (18,36 %), I. laidlawi (16,32 %) и E. vison + I. laidlawi (11,90 %).
Бесплатно
Морские водоросли: потенциал использования в рационах сельскохозяйственных животных (обзор)
Статья обзорная
В настоящее время в комбикормовой промышленности, наряду с внедрением энергосберегающих прогрессивных технологий, широко применяют нетрадиционные виды сырья и вторичные ресурсы, получаемые при производстве пищевых продуктов. Переработка и использование нетрадиционных ресурсов на пищевых предприятиях значительно повышает их рентабельность и позволяет снизить затраты на зерно при производстве комбикормов (P. Burtin, 2003). Один из наиболее эффективных способов организации полноценного кормления животных, укрепления их здоровья, улучшения производственных функций и повышения продуктивности - использование природных кормовых ресурсов. В настоящее время исследования биологической активности флоротанинов водорослей по-прежнему актуальны. Разнообразие биологических свойств определяет их практическое применение в различных областях, в том числе в производстве кормовых добавок для сельскохозяйственных животных (S.B. Wang с соавт., 2013). Немаловажная проблема в животноводстве - бесконтрольное применение антибактериальных препаратов, которое может привести к переносу антибиотикорезистентности от животного к человеку (И.И. Кочиш с соавт., 2019). К препаратам, которые служат альтернативой кормовым антибиотикам, относят пробиотики, пребиотики, симбиотики, органические кислоты. Такие добавки по эффективности не уступают антибиотикам, но негативное влияние последних при этом исключается (И.А. Егоров с соавт., 2019). Водоросли обладают не только пребиотическими свойствами из-за содержащихся олиго- и полисахаридов, но и антимикробной, иммуномодулирующей, антиоксидантной и противовоспалительной активностью благодаря биоактивным соединениям. В зависимости от цели применения и при соблюдении оптимальной дозировки водоросли способны положительно повлиять на онтогенез, продуктивность животных, качество получаемой продукции. По мнению многих авторов, морские водоросли могут использоваться в птицеводстве для улучшения иммунного статуса, снижения микробной нагрузки в пищеварительном тракте и улучшения качества получаемой продукции (A.M. Abudabos с соавт., 2012). Зеленые водоросли ( Entermorpha prolifera ) способствуют лучшей усвояемости питательных веществ, повышению уровня метаболизируемой энергии и яйценоскости, улучшению качества куриных яиц (увеличение массы, толщины скорлупы, изменение окраски желтка), а также снижению количества холестерина в желтке (S.B. Wang с соавт., 2013). Бурые водоросли (например, Sargassum dentifebium , Turbinaria conoides , Dictyota dentata ) в сушеном, вареном и автоклавированном виде можно включать в рацион молодняка и кур-несушек без отрицательного влияния на продуктивность и потребление корма. При этом происходят положительные изменения в окраске желтка и увеличивается содержание кальция в скорлупе. Включение бурых водорослей Sargassum sp. в рацион кур-несушек способствует снижению концентрации холестерина и триглицеридов в плазме крови и желтке при одновременном повышении содержания каротина, лютеина и зеаксантина (M.A. Al-Harthi с соавт., 2012). Красные морские водоросли ( Asparagopsis taxiformis ) в рационе животных могут положительно изменять микробиом желудочно-кишечного тракта, увеличивая разнообразие и обилие полезных бактерий (B.M. Roque с соавт., 2019). Таким образом, благодаря особому биохимическому составу морские водоросли перспективны в кормлении высокопродуктивных кроссов сельскохозяйственной птицы, свиней и крупного рогатого скота.
Бесплатно
Морфо-биологические особенности формирования продуктивности черешни на юге Нечерноземной зоны
Статья научная
Черешня ( Cerasus avium L. Moench) - ценная плодовая культура, промышленные насаждения которой в связи с недостаточной зимостойкостью сосредоточены в южных регионах Российской Федерации. В настоящее время по Нечерноземной зоне районировано 16 сортов и проходят испытания 11 сортов селекции Всероссийского НИИ люпина (ВНИИ люпина). Генетический потенциал вида может быть использован наиболее эффективно, если учесть биологические особенности формирования структурных элементов урожайности. В представленном исследовании впервые в условиях юга Нечерноземной зоны установлено значительное варьирование морфо-биологических показателей у новых сортов черешни, что расширяет возможности отбора генотипов для селекции и производства. Выявлено, что показатели, формирующие продуктивность, взаимосвязаны между собой, но лишь у части из них коррелятивные связи достоверны. С помощью кластерного анализа сорта сгруппированы по степени сходства роста и плодоношения. Определены факторы, вносящие наибольший вклад в формирование продуктивности. Цель работы - изучить морфо-биологические показатели растений черешни, определяющие продуктивность сортов, и выделить ценные генотипы для селекции и хозяйственного использования. Работу проводили в 1991-1996 годах на опытном участке сада ВНИИ люпина (Брянская обл.). Оценили 23 сортообразца черешни по 9 морфологическим и биологическим показателям: числу однолетних побегов, средней длине однолетних побегов, числу букетных веточек, плодовых почек на однолетнем побеге, плодовых почек на букетных веточках, цветков в плодовой почке, урожайности, ширине кроны, окружности штамба. Учеты и наблюдения выполнены согласно общепринятым методикам. Оценка изучаемых генотипов по вариабельности признаков с использованием коэффициента вариации позволила разделить их на две группы. В первой группе были выявлены сорта с высоким (>10 %) коэффициентом изменчивости связанных между собой признаков (числа однолетних побегов, средней длины однолетних побегов, числа букетных веточек, числа плодовых почек на однолетних побегах, числа плодовых почек на букетных веточках), которые образовывали корреляционные плеяды: Подарок Пителину, Теремошка, Бряночка, 2-3-67, 2-6-36, 2-3-45, Одринка, Красная плотная, Янтарная, 2-5-2, 2-3-35. Плеяды характеризовались различной мощностью и крепостью. Сорта этой группы могут быть использованы в селекции на комплекс хозяйственно ценных признаков. Во вторую группу вошли все изучаемые генотипы. Степень изменчивости у них не превышала 6 % по следующим структурным элементам: число цветков в плодовых почках ( Cv = 1,0-6,0 %), ширина кроны ( Cv = 2,0-5,0 %), окружность штамба ( Cv = 0,3-0,4 %). Выявлено, что из 36 парных корреляций статистически достоверны семь: средняя длина однолетних побегов-число однолетних побегов ( r = -0,49, p = 0,016), средняя длина однолетних побегов-число букетных веточек ( r = 0,73, p = 0,000), средняя длина однолетних побегов-ширина кроны ( r = 0,74, p = 0,000), средняя длина однолетних побегов-окружность штамба ( r = 0,42, p = 0,044), число однолетних побегов-число плодовых почек на однолетних побегах ( r = 0,77, p = 0,000), число букетных веточек-ширина кроны ( r = 0,59, p = 0,003), ширина кроны-окружность штамба ( r = 0,54, p = 0,008). Отмечено отсутствие связи между урожайностью и ее структурными элементами. С использованием кластерного анализа выделено четыре кластера, в каждом из которых находились сорта, сходные по обобщенному показателю изучаемых признаков. Это облегчает отбор исходных форм для селекционной работы. Отсутствие статистически достоверных связей между урожайностью и морфологическими признаками заставило обратиться к факторному анализу. Отобраны четыре фактора, собственные значения которых выше 1. Их вклад в наблюдаемую изменчивость составлял 35,9; 18,6; 11,9 и 11,5 %. Остальные четыре фактора можно отнести к так называемой факториальной осыпи.
Бесплатно
