Заведующий лабораторией
Основные направления научной деятельности
• Изучение особенностей состава репитомов у хозяйственно-ценных (злаковых, лекарственных, масличных и эфиромасличных) растений на основе биоинформатического анализа массивов данных выскопроизводительного секвенирования их геномов.
• Исследование хромосомной организации тандемных ДНК повторов и поиск эффективных молекулярных маркеров, пригодных для точной идентификации гомологичных и гомеологичных хромосом, а также выявления хромосомной изменчивости и структурных перестроек в кариотипах диплоидов, полиплоидов и гибридов хозяйственно-ценных растений.
• Определение хромосомной структуры и плоидного статуса геномов у хозяйственно-ценных растений и их дикорастущих сородичей с использованием комплекса молекулярных-цитогенетических маркеров для установления происхождения и родственных взаимоотношений их геномов, уточнения систематического положения видов и путей хромосомной эволюции, поиска доноров ценных генов и выявления перспективных селекционных форм.
• Физическое картирование методами флуоресцентной гибридизации in situ на хромосомах хозяйственно-ценных растений генов и маркерных последовательностей ДНК, ассоциированных с полезными признаками.
Основные научные достижения
На основе использования современных и классических методов молекулярной биологии, биоинформатики и цитогеномики (NGS, FISH, GISH, PCR и др.) проведены уникальные, разносторонние и масштабные исследования хромосомной организации геномов хозяйственно-ценных зерновых, масличных и лекарственных растений и их дикорастущих сородичей. Проведена уникальная работа по локализации на метафазных хромосомах Linum usitatissimum (лен) генов мультигенного семейства CesA, кодирующих целлюлозосинтазы, которые играют ключевую роль в формировании целлюлозосинтазного комплекса и синтезе целлюлозы. Картирование семейств генов на метафазных хромосомах хозяйственно-ценных растений важно для будущего прогресса в построении комплексных физических / генетических / цитологических карт их геномов. Лекарственные растения незаменимы в качестве источников получения фармакологических препаратов широкого спектра действия, которые практически не токсичны, высокоэффективны при различных заболеваниях и у патогенных организмов к ним не возникает устойчивости. Впервые изучена структура репитомов у ценных лекарственных растений из родов Calendula (календула), Chelidonium (амарант), Hedysarum (амарант), Linum, Polemonium (синюха), Potentilla (лапчатка), Salvia (шалфей) и определена хромосомная организация повторов ДНК разных классов. Среди идентифицированных в геномах этих видов тандемных повторов ДНК выявлены новые эффективные молекулярно-цитогенетические маркеры, позволяющие впервые провести идентификацию их хромосом, определить плоидность, выявить внутри- и межвидовую изменчивость кариотипов, установить хромосомные перестройки и уточнить таксономические и филогенетические взаимоотношения внутри изученных родов. Впервые, в результате сравнительного изучения репитомов видов амарантов определены в качестве эффективных молекулярных маркеров метафазных хромосом две сателлитные ДНК: AmC4 и AmC9. В кариотипах изученных видов амарантов Amaranthus cruentus и Amaranthus hypochondriacus впервые проведена идентификация всех пар мелких метафазных хромосом по рисункам распределения 45S рДНК, 5S рДНК, AmC4 и AmC9, что позволило подтвердить близкое родство их геномов. Впервые продемонстрировано, что полиморфизм числа сайтов рибосомных генов на хромосомах ценных масличных и овощных растений Brassica napus (рапс, брюква) и Brassica rapa (репа, сурепица, китайская капуста), не только взаимосвязан с озимой или яровой формой существования, но и с холодоустойчивостью. Исследование хромосом в ряду поколений мутантных и ресинтезантных линий рапса выявило хромосомную нестабильность его аллополиплоидного генома, что демонстрирует необходимость цитогенетического контроля линий-кандидатов на новые сорта при селекции рапса с использованием химического мутагенеза или отдаленной гибридизации. Разработаны новые надежные системы маркеров на основе тандемных ДНК повторов для идентификации хромосом и точного определения их геномной и субгеномной в кариотипах потенциальных доноров хозяйственно-полезных признаков сородичей пшеницы из родов Triticum и Aegilops, а также близкородственного овсу вида Avena macrostachya и антарктического злака Deschampsia. Впервые для искусственных межродовых гибридов культурных злаков показано преимущественное наследование составных геномов с замещениями хромосом по гомеологичным группам, а для внутриродовых гибридов преимущественное наследование определенных геномов. Полученные результаты открывают новые механизмы хромосомной стабилизации аллополиплоидных геномов злаков при селекции и в процессе эволюции. Результаты исследования расширяют возможности использования интрогрессивных методов гибридизации при выведении устойчивых сортов культурных злаков.