АБИТУРИЕНТУ   СТУДЕНТУ   ВЫПУСКНИКУ   СОТРУДНИКУ   РАСПИСАНИЯ


БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ГЛАВНАЯ
НАШ ФАКУЛЬТЕТ
История
Ученый Cовет
Управление
Кафедры
Ботанический сад
Полевые стационары
Коллекции и музеи
Партнеры
ПОСТУПЛЕНИЕ
ПЕРЕВОД И ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ОБРАЗОВАНИЕ
НАУКА
ЭТИЧЕСКИЙ КОМИТЕТ
ШКОЛЬНИКАМ И УЧИТЕЛЯМ
СТУДСОВЕТ
БИБЛИОТЕКА
ЭКСПЕРТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
САЧОК
БЛОГ
ТРУДОУСТРОЙСТВО
АДМИНИСТРАЦИЯ
СВЕДЕНИЯ О СПбГУ
ЗЕЛЕНЫЙ КАМПУС

Авторизация
Запомнить меня на этом компьютере
  Забыли свой пароль?
 

Главная / Наш факультет / Кафедры / Кафедра Генетики и Биотехнологии

биофак СПбГУ


Заведующая лабораториейЛутова Людмила Алексеевна, д.б.н., проф.

e-mail:

тел. (812)328-15-90

Лаборатория генной и клеточной инженерии растений организована в 2000 г. Исследования охватывают широкий спектр объектов, опираются как на современные методы молекулярной биологии (включая молекулярное маркирование, ПЦР в реальном времени, секвенирование, инсерционный мутагенез), так и на традиционные — методы генетического анализа, тестирование физиологических признаков in vitro и другие.

Генетический контроль развития меристем

В основе большинства морфогенетических процессов у растений лежит контроль развития меристем — образовательных структур, содержащих пулы стволовых клеток. Таким образом, изучение генетического контроля развития меристем является одним из ключевых вопросов генетики развития растений. В лаборатории исследуются механизмы дифференцировки-дедифференцировки клеток и поддержания стволовых клеток растений в меристемах разных типов - регулярных (апикальные меристемы побега и корня, латеральные меристемы) и нерегулярных (симбиотические клубеньки гороха, спонтанные опухоли у инбредных линий редиса, опухоли, индуцированные агробактериями), а также при соматическом эмбриогенезе.

Известно, что основную роль в развитиии меристем играют несколько групп регуляторных генов:
1.    меристем-специфичных генов семейств KNOX и WOX, кодирующих гомеодомен-содержащие транскрипционные факторы;
2.    гены, кодирующие компоненты систем CLAVATA, регулирующих экспрессию генов WOX;
3.    гены, регулирущие метаболизм фитогормонов, главным образом – цитокининов и ауксинов.

Объекты наших иссдедований:
1.    модельные объекты генетики развития растений - арабидопсис (Arabidopsis thaliana) и люцерна (Medicago truncatula);
2.    уникальные генетические коллекции растений: генетическая коллекция редиса (Raphanus sativus), созданная на кафедре генетики и биотехнологии СПбГУ и содержащая мутантов со спонтанным опухолеобразованием (Рис. 1), и генетическая коллекция гороха (Pisum sativum), созданная на базе ВНИИ Сельскохозяйственной микробиологии и содержащая формы с нарушениями на разных этапах развития клубеньков (Рис. 2).


Рис.1 Корнеплоды редиса с опухолями.

Рис.2 Корни с клубеньками суперклубенькообразующего мутанта гороха.

Мы идентифицировали гены, кодирующие меристемные регуляторы разных групп, проведено сравнительное изучение их экспрессии при развитии меристем разных типов и локальный анализ их экспрессии в меристемах (Рис. 3). Это позволило определить гены-кандидаты на роль универсальных регуляторов развития меристем. Эксперименты по сверхэкспрессии и сайленсингу выявленных генов-кандидатов подтвердили наши предположения об универсальности некоторых механизмов регуляции групп стволовых клеток в разных типах меристем, а также составить предполагаемые схемы взаимодействия разных факторов (например – фитогормонов и транскрипционных факторов) в их регуляции.

Одним из таких универсальных меристемных регуляторов является ген WOX5, кодирующий гомеодомен-содрежащий транскрипционный фактор. Ранее была выяснена его функция как регулятора пула стволовых клеток в меристеме корня. В наших исследованиях была показана роль WOX5 как центрального регулятора меристемы клубенька и мишени системы авторегуляции клубенькообразования. Также была отмечена роль этого гена в развитии спонтанных опухолей у линий редиса и опухолей, индуцированных агробактериями. Таким образом, в наших исследованиях был выявлен универсальный регулятор развития меристем корня – ген WOX5.


Рисунок 3. Локальный анализ экспрессии гена WOX5 в спонтанных опухолях редиса(A) и в симбиотических клубеньках гороха (Б).

Центральную роль в регуляции экспрессии генов WOX играют системы CLAVATA, включающие в себя семейство регуляторных пептидов CLE, их рецепторы и нижележащие компоненты сигналинга. Нами впервые идентифицирована роль некоторых CLE-пептидов в развитии опухолей у растений и вторичном росте корня, а также исследовано их взаимодействие с фитогормонами цитокининами.


Генетический контроль соматического эмбриогенеза у растений

Соматический эмбриогенез – это вид регенерации растений, при котором наблюдается образование эмбрионов из соматических клеток, без оплодотворения. Соматические эмбрионы у большинства видов развиваются in vitro на поверхности эмбриогенного каллуса – скопления недифференцированных клеток. Цель работы – выявить механизм, определяющий те конкретные клетки каллуса, которые дадут начало соматическим эмбрионам (Рис. 4).


Рисунок 4. Соматический эмбрион люцерны.

Объектом исследования являются генетические линии люцерны (Medicago truncatula) с повышенной способностью к соматическому эмбриогенезу in vitro. Мы исследуем работу транскрипционных факторов из семейства WOX, а также транспортёров ауксина из семейства PIN в соматическом эмбриогенезе. Некоторые из генов WOX и PIN участвуют в регуляции ранних этапов обычного зиготического эмбриогенеза — развития зародыша после оплодотворения.


К настоящему времени нами показано, что в ходе соматического эмбриогенеза повышается уровень экспрессии тех же генов WOX, которые активируются при развитии зиготического эмбриона. Ведётся работа по получению трансгенных растений M.truncatula для визуализации экспрессии интересующих нас генов WOX и PIN.


Получение растений, устойчивых к болезням и вредителям сельского хозяйства

Известно, что насекомые-вредители, некоторые патогены (например, возбудитель фитофтороза) и другие неспособны к самостоятельному синтезу стеринов, а потому целиком зависят от их содержания в пище. Недостаток стеринов в пище резко отражается на развитии и репродуктивной способности этих объектов.

Рис.5. Результаты селекции каллусов табака на среде с полиеновыми антибиотиками.

Рис.6. Регенерация побегов картофеля после агротрансформации.


Наша работа, начатая совместно с лабораторией генетики животных, посвящена получению растений, обладающих устойчивостью к вредителям сельского хозяйства. Для достижения поставленной цели мы используем методы опосредованной клеточной селекции (Рис.5,6), и методы генной инженерии с целью получения растений с измененным метаболизмом фитостеринов, необходимых для развития насекомых-вредителей.

Изучение горизонтального переноса генов от агробактерий к растениям

Известно, что некоторые растения содержат в своих геномах последовательности, гомологичные Т-ДНК из агробактерий, наиболее распространенного вектора для перенесения чужеродной ДНК в растения.
Некоторые гены Ri-плазмиды Agrobacterium rhizogenes (rol гены) присутствуют в ряде видов рода Nicotiana (Рис. 7) как результат горизонтального переноса генов в эволюции данного рода растений.

Рис.7. Примеры видов табака, в геноме которых присутствуют гены агробактерии: rolC, rolB, ORF13, ORF14

В нашей лаборатории впервые в результате целенаправленного поиска Т-ДНК-подобных последовательностей у представителей двудольных растений обнаружен новый пример горизонтального переноса генов от агробактерий к растениям рода Linaria. Т-ДНК-подобные последовательности L. vulgaris детально охарактеризованы и обнаружены некоторые общие закономерности в структуре Т-ДНК у табаков и льнянок.

Описание гомологов агробактериальных генов в дикорастущих видах позволит снизить обеспокоенность экологов и населения относительно возможного негативного влияния «трансгенизации» на здоровье людей и окружающей среды.



Создание растений-продуцентов γ-интерферона быка

γ-интерферон, который широко применяют в медицине и ветеринарии – естественный иммуномодулятор, участвующий в формировании естественного и специфического иммунитета.

В настоящее время препарат бычьего гамма-интерферона используют для профилактики туберкулёза и лейкемии крупного рогатого скота. Создание растений-продуцентов гамма-интерферона быка позволит избежать ежегодного трудоёмкого процесса вакцинации молодых бычков, используя данные растения-продуценты в качестве «вакцин».

В совместной работе с лабораторией биохимической генетики лаборатории, с помощью агробактериальной транформации получены растения табака (Nicotiana tabacum L.), содержащие ген бычьего γ-интерферона. Проводятся работы по получению сельскохозяйственных растений (гороха и моркови), синтезирующих данный белок. Эти растения могут быть использованы как иммуностимулирующая пищевая добавка к рациону крупного рогатого скота.

Генетика метаболизма хлорофиллов

Хлорофиллы – уникальные природные тетрапирролы, играющие ключевую роль не только в жизни фотосинтезирующих организмов, но и всей биосферы. Их биосинтез связан с морфогенезом растительной клетки и реакциями фотосинтеза – запасанием и передачей энергии света.

Важнейшая фундаментальная проблема современной биологии состоит в понимании природы процесса биосинтеза хлорофилла, механизмов его генетической и биохимической регуляции, а также закономерностей изменений, которые они претерпели в ходе эволюции и при адаптации к различным условиям.

Экспериментальные исследования ведутся на пигментных мутантах зелёной одноклеточной водоросли Chlamydomonas reinhardtii (Chlamy)– модельного объекта генетики фотосинтеза (Рис. 8). Её клетки, в отличие от высших растений, синтезируют хлорофилл не только на свету, но и в гетеротрофных условиях (в темноте), используя в качестве источника углерода ацетат натрия. Такая способность позволяет получать мутанты по обоим путям биосинтеза: темновому и индуцируемому светом.



Рис 8. Клетки Chlamydomonas reinhardtii

В лаборатории поддерживается уникальная коллекция пигментных мутантов хламидомонады. В настоящее время мировой ресурсный центр штаммов хламидомонады находится в США – это Chlamy Center. В России наша коллекция пигментных мутантов хламидомонады – единственная. Она содержит сейчас минимальный набор - около 150 мутантов, и постоянно пополняется новыми формами.

Штаммы из коллекции активно используются в экспериментальных исследованиях, педагогическом процессе (Летняя практика по генетике и в курсе “Генетика микроводорослей”), создании штаммов-продуцентов биологически-активных веществ и разработке тест-систем оценки экологической безопасности водных ресурсов.


Основные результаты исследований

Осуществлена молекулярно-генетическая идентификация генов, контролирующих ключевой фермент в цепи биосинтеза хлорофилла — магний-хелатазу. Структурный ген CHLH хламидомонады, кодирует большую (H) субъединицу магний-хелатазы. Исследованы его структура и функции.

Обнаружен новый регуляторный ген LTS3 C. reinhardtii, кодирующий фактор транскрипции семейства GATA – активатор транскрипции генов Mg-хелатазы в темноте. Молекулярно-генетические исследования мутантов по гену LTS3 позволили установить, что белок Chlamy LTS3 – первый, обнаруженный у водорослей фактор транскрипции семейства GATA, непосредственно регулирующий экспрессию генов биосинтеза хлорофилла. Сам факт его существования свидетельствует, что темновой БХ может обеспечиваться регуляторными элементами, действующими на уровне транскрипции.

Изучение супрессии мутаций в гене LTS3 привело к обнаружению еще одного ранее неизвестного гена – SUP-I, продукт которого является ядерным регуляторным белком-активатором экспрессии гена LTS3 и необходим для процесса зеленения – индуцированного светом синтеза хлорофилла.

Описан новый хлоропластный ген хламидомонады mod-u-25, участвующий в процессе регуляции уровня содержания ПП в клетке.

Межлабораторное сотрудничество

•    Лаборатория биохимической генетики СПбГУ

•    Институт цитологии и генетики, Новосибирск


Избранные публикации

Виноградова А.П., Лебедева (Осипова) М.А., Лутова Л.А. Меристематические характеристики опухолей, индуцированных Agrobacterium tumefaciens у гороха. Генетика. 2015. Т. 51. № 1. C. 1-9.

Лутова Л.А., Додуева И.Е., Лебедева М.А., Творогова В.Е. Транскрипционные факторы в генетике развития и эволюции высших растений. Генетика. 2015. Т. 51. № 3.

Додуева И.Е., Ганчева М.С., Осипова М.А., Творогова В.Е., Лутова Л.А. Латеральные меристемы высших растений: фитогормональный и генетический контроль. Физиология растений. 2014. Т. 61. № 5. С. 1-21.

Lebedeva (Osipova) M.A., Tvorogova V.E., Vinogradova A.P., Gancheva M.A., Azarakhsh M., Ilina E.L. et al. Initiation of spontaneous tumors in radish (Raphanus sativus): Cellular, molecular and physiological events. Journal of Plant Physiology. 2014. V. 173. P. 97-104.

Додуева И.Е., Кирюшкин А.С., Осипова М.А., Юрлова Е.В., Бузовкина И.С., Лутова Л.А. Влияние цитокининов на экспрессию генов CLE редиса. Физиология растений. 2013. т. 60. №2. с. 1-9

Додуева И.Е., Юрлова Е.В., Осипова М.А., Лутова Л.А. CLE-пептиды – универсальные регуляторы развития меристем. Физиология растений. 2012. т. 59. с. 17-31.

Творогова В.Е., Осипова М.А., Додуева И.Е., Лутова Л.А. Взаимодействие транскрипционных факторов и фитогормонов в регуляции активности меристем растений. Экологическая генетика. 2012. №. 3. С. 28-40

Osipova M.A., Mortier V., Demchenko K.N., Tsyganov V.E., Tikhonovich I.A., Lutova L.A. et al. WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX5 gene expression and interaction of CLE peptides with components of the systemic control add two pieces to the puzzle of autoregulation of nodulation. Plant Physiology. 2012. V. 158. P. 1329-1341.

Осипова М.А., Долгих Е.А., Лутова Л.А. Особенности экспрессии меристем-специфичного гена WOX5 при органогенезе клубеньков бобовых растений. Онтогенез. 2011. т. 42. с. 1-13.

Dolgikh E.A., Leppyanen I.V., Osipova M.A., Savelyeva N.V., Borisov A.Y., Tsyganov V.E. et al. Genetic dissection of Rhizobium-induced infection and nodule organogenesis in pea based on ENOD12A and ENOD5 expression analysis. Plant Biology. 2011. V. 13 (2). P. 285–296.

Генетический контроль соматического эмбриогенеза у растений

Творогова В.Е., Лебедева М.А., Лутова Л.А. Выявление генов WOX и PIN, участвующих в соматическом эмбриогенезе у Medicago truncatula. Генетика. 2015. В печати.

Изучение горизонтального переноса генов от агробактерий к растениям

Matveeva T.V., Lutova L.A. Horizontal gene transfer from Agrobacterium to plants. Frontiers in Plant Science. 2014. V. 5.

Кулаева О.А., Матвеева Т.В., Лутова Л.А. Изучение возможного горизонтального переноса генов от агробактерий к некоторым представителям семейства Solanaceae. Экологическая генетика. 2013. Т. 11. № 2. С. 3-9.

Павлова О.А., Матвеева Т.В., Лутова Л.А. Геном Linaria dalmatica содержит гомолог гена rolC Agrobacterium rhizogenes. Экологическая генетика. 2013. Т. 11. № 2. С. 10-15.

Matveeva T.V., Bogomaz D.I., Pavlova O.A., Nester E.W., Lutova L.A. Horizontal gene transfer from genus Agrobacterium to the plant Linaria in nature. Molecular Plant-Microbe Interactions. 2012. V. 25. N. 12. P. 1542-155.

Матвеева Т.В., Павлова О.А., Богомаз Д.И., Демкович А.Е., Лутова Л.А. Молекулярные маркеры для видоидентификации и филогенетики растений. Экологическая генетика. 2011. Т. 9. № 1. С. 32-43.

Burlakovskiy M.S., Saveleva N.V., Yemelyanov V.V., Padkina M.V., Lutova L.A. Production of bovine interferon-γ in transgenic tobacco plants. Plant Cell. Tissue and Organ Culture (PCTOC): Journal of Plant Biotechnology. 2015. In Press.

Ткаченко А.А., Емельянов В.В., Савельева Н.В., Лутова Л.А. Конструирование векторов для экспрессии гетерологичного гена гамма-интерферона в растениях гороха посевного (Pisum sativum L.). Биомика. 2012. Т. 3, № 1. С. 103-105.

Савельева Н.В., Лутова Л.А. Растения — продуценты рекомбинантных белков медицинского назначения. Продуценты γ-интерферона быка. Изд. LAPLAMBERT Academic Publishing. 2010. 152с.

Чекунова Е.М. Генетика метаболизма хлорофиллов. LAP LAMBERT Academic Publishing. 2011. 136 с.

Чекунова Е.М., Савельева Н.В. Ген LTS3 контролирует светонезависимый биосинтез хлорофилла у зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii. Экологическая Генетика. 2010. №2. С.35-44.

Чекунова Е.М. Генетика биосинтеза хлорофилла: Темновой и светонезависимый пути. Экологическая генетика. 2010. №3. С. 38-51.








199034, Санкт-Петербург,
Университетская наб. 7/9
Тел.:  + 7 (812) 36 36 105

И. о. зав. кафедрой

Журавлева Галина Анатольевна, д.б.н., проф.

e-mail

Секретарь

Бузовкина Ирина Сергеевна, к.б.н., доц.

e-mail



контакты       карта сайта      почтовый сервер       управление      поддержка

199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9
© Санкт-Петербургский государственный университет, 2006-2017