Лаборатория сигнальной регуляции

Лаборатория сигнальной регуляции

Лаборатория сигнальной регуляции создана в 2019 году в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты». В составе лаборатории – 12 сотрудников. Руководитель лаборатории - Долгих Елена Анатольевна, д.б.н., лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники «Получение производных хитина и препаратов на их основе для применения в сельском хозяйстве, медицине, пищевой промышленности и биотехнологии» (2013 г.).

Основной целью работы лаборатории является исследование сигнального обмена между растениями и микроорганизмами, направленное на совершенствование технологии получения и использования сигнальных соединений в качестве эффективных стимуляторов развития растений, имеющих важное сельскохозяйственное значение. Среди таких соединений производные хитина, которые выделяются микроорганизмами и используются в качестве стимуляторов развития мутуалистических симбиозов и эффективных средств биологической защиты у растений.

 

Основные результаты работы

Основные направления

  • Поиск и изучение рецепторов растений к сигнальным молекулам (Nod-факторам, хитоолигосахаридам, Myc-факторам), выделяемым клубеньковыми бактериями и грибами арбускулярной микоризы

    Результатом работы в этом направлении стало выявление ключевой роли новой LysM-рецептор-подобной киназы К1 в контроле развития бобово-ризобиального симбиоза как на самых ранних этапах развития этого процесса, так и на более поздних при проникновении ризобий в клетки корня растений (Kirienko et al., 2018). Удалось выяснить, как структурные изменения в различных доменах LysM-рецептор-подобной киназы К1 могут влиять на ее способность формировать комплекс с ко-рецептором, что приводит к нарушению связывающей способности клеток корня растений с сигнальными молекулами Nod-факторами, выделяемыми клубеньковыми бактериями (Kirienko et al., 2019).  Для изучения специфичности рецепторов используется молекулярное моделирование и метод микроскопического термофореза. 

    Наши исследования позволили выявить уникальную LysM-рецептор-подобную киназу LYK9, которая необходима для узнавания растением хитоолигосахаридов (ХОС) с разной степенью полимеризации. Эти молекулы со степенью полимеризации 4 и 5 (ХОС4-5) наряду с Myc-факторами выделяются грибами арбускулярной микоризы (АМ) и необходимы для формирования симбиоза. При взаимодействии растений с фитопатогенными грибами под влиянием литических ферментов в среду выделяется смесь ХОС из клеточной стенки грибов и эти соединения со степенью полимеризации более 6 вызывают сильный иммунный ответ у растений. В результате проведенной работы удалось впервые показать, что LYK9 является бифункциональной рецепторной киназой (Leppyanen et al., 2018) и при объединении с разными ко-рецепторами может связывать либо ХОС4-5 и контролировать развитие симбиоза с грибами АМ, либо активировать иммунный ответ у растений при узнавании ХОС6-8 фитопатогенных грибов.

    Изучение таких уникальных рецепторов позволит выяснить механизмы, которые определяют способность растений на уровне одного рецептора быстро переключать сигнальные пути, которые ведут к развитию либо мутуалистических, либо антагонистических взаимоотношений.

    Узнать больше »

  • Выявление и анализ компонентов сигнальных путей, которые активируются рецепторами, с помощью методов транскриптомного и протеомного анализа

    С помощью методов транскриптомного и протеомного анализа были выявлены ряд новых регуляторов сигнальных путей, которые необходимы для передачи сигнала в клетках растений, при взаимодействии с клубеньковыми бактериями и грибами АМ. Среди них гетеротримерный G-белок, фосфолипазы С и D, кальций- и фосфолипид-связывающие белки.  Для генов, кодирующих выявленные регуляторы, было проведено нокаутирование с помощью РНК-интерференции или осуществлена сверхэкспрессия. Это впервые позволило показать, например, важную роль гетеротримерного G-белка, а также кальций-связывающего белка аннексина в контроле развития бобово-ризобиального симбиоза.

    Анализ сигнальных путей, активируемых рецептор-подобной киназой LYK9, с помощью технологий транскриптомного и протеомного профилирования впервые позволил показать ключевую роль комплекса митоген-активируемых протеинкиназ (МАР-киназ) в передаче сигнала при узнавании растением ХОС4-5 и ХОС6-8. Исследования показали, что в результате активации разных комплексов MAP-киназ растение может контролировать либо развитие симбиоза с грибами АМ при узнавании ХОС4-5, либо активировать иммунный ответ при узнавании ХОС6-8.

    Узнать больше »

  • Изучение влияния генов, кодирующих рецепторы к Nod-факторам и контролирующих инициацию развития азотфиксирующих симбиозов, на небобовые растения с целью оценки возможности взаимодействия таких растений с азотфиксирующими бактериями

    Новым направлением исследований стало изучение влияния генов, кодирующих рецепторы к Nod-факторам и контролирующих инициацию развития азотфиксирующих симбиозов, на небобовые растения. С этой целью проводится генетическая трансформации растений томата и ячменя, изучается экспрессия генов рецепторов к сигнальным молекулам ризобий и транскрипционных регуляторов при переносе их в растения под контролем конститутивных и специфичных промоторов. В результате проведенных исследований удалось показать возможность активации перенесенных генов в тканях небобовых растений (анализ содержания мРНК и кодируемого белка), а также оценить изменения, к которым приводит такой перенос. Эти исследования носят приоритетный характер, поскольку являются пионерскими в данной области и позволят в перспективе расширить круг растений, вступающих в симбиоз с ризобиями.

    Узнать больше »

  • Изучение роли гормонов в контроле растительно-микробных отношений и выяснение того, как регуляторы гормональных путей взаимодействуют с транскрипционными факторами, активируемыми сигнальными молекулами

    Одним из направлений исследований лаборатории является изучение роли гормонов и транскрипционных факторов в контроле развития клубеньков бобовых растений. Известно, что под влиянием сигнальных молекул Nod-факторов в тканях корня бобовых растений происходят значительные изменения в концентрации гормонов цитокининов, ауксинов и гиббереллинов, что влияет на инфекционный процесс и органогенез клубеньков. Остается загадкой как Nod-факторы, оставаясь связанными с рецепторами, локализованными в эпидермисе, передают сигнал в удаленные клетки коры корня, где происходит закладка клубеньков. Наши исследования показали, что под влиянием Nod-факторов у бобовых растений активируются транскрипционные факторы семейств KNOX и BELL, которые стимулируют гены, контролирующие биосинтез цитокининов (Azarakhsh et al., 2015; Dolgikh et al., 2017; Dolgikh et al., 2020). В свою очередь, под влиянием цитокининов в тканях коры корня бобовых растений происходит локальное увеличение концентрации ауксинов, что стимулирует пролиферацию клеток и приводит к формированию клубеньков. Вместе с тем, цитокинины, как показывают наши исследования, оказывают значительное влияние и на более поздние стадии развития симбиоза, связанные с процессами дифференцировки тканей клубенька и дифференцировки бактероидов (Dolgikh et al., 2020).

    Узнать больше »

Сотрудники

  • Долгих Елена Анатольевна

    Долгих Елена Анатольевна

    Заведующая лабораторией, доктор биологических наук

Леппянен Ирина Викторовна – с.н.с., к.б.н.

Кириенко Анна Николаевна – н.с., к.б.н.

Павлова Ольга Андреевна – н.с., к.б.н.

Бовин Андрей Дмитриевич – м.н.с.

Козюлина Полина Юрьевна – м.н.с.

Рудая Елизавета Степановна – м.н.с.

Вашурина Мария Андреевна – м.н.с.

Велижанина Мария Евгеньевна – м.н.с.

Долгих Александра Вячеславовна – инженер-микробиолог

Ковалева Оксана Дмитриевна – инженер-микробиолог

 

Участие в проектах:

  1. ОНТП задание (№ FGEW -2021-0005).
  2. РНФ 21-16-00106 «Изучение иммуносупрессивных свойств сигнальных молекул клубеньковых бактерий и грибов арбускулярной микоризы, обеспечивающих развитие эффективных внутриклеточных симбиозов.» (2021-2023 гг.; руководитель: Долгих Е.А., участники: Леппянен И.В., Павлова О.А., Рудая Е.С., Бовин А.Д., Дымо А.М., Долгих А.В., Вихнина М.А.).
  3. РНФ 22-26-00279 «Поиск мишеней ключевых транскрипционных факторов IPD3/CYCLOPS и NIN, регулирующих процесс клубенькообразования у гороха посевного» (2021-2022 гг.; руководитель: Долгих А.В., участники: Рудая Е.С., Дымо А.М., Широбокова С.А.).
  4. НЦМУ «Агротехнологии будущего» (2021-2025 гг.; Руководитель темы – Долгих Е.А., участники: Бовин А.Д., Рудая Е.С., Долгих А.В.).

 

Участие в международных конференциях в 2019 - 2021:

  1. Участие в 14 Европейской конференции по азотфиксации - 14th European nitrogen fixation conference, 22 September – 22 October 2021. Aarhus, Denmark. (2 приглашенных доклада и 2 постерных доклада).
  2. Участие в Европейской конференции по биотехнологиям  - European Biotechnology Congress 2020. Prague, September 24-26, 2020. (2 приглашенных доклада).
  3. Участие в 9 международной конференции по генетике и геномике бобовых растений  - 9th International Conference on Legume Genetics and Genomics. Dijon, France, 13-17 May 2019 (1 приглашенный доклад).

Список публикаций 2019-2022:

  1. Bovin A.D., Pavlova O.A., Dolgikh A.V., Leppyanen I.V., Dolgikh E.A. The role of heterotrimeric G-protein beta subunits during nodulation in Medicago truncatula Gaertn and Pisum sativum L. // Frontiers in Plant Science. 2022. V. 12: Article 808573. doi.org/10.3389/fpls.2021.808573 (WoS Q1, Scopus).
  2. Rudaya E.S., Kozulina P.Yu., Pavlova O.A., Dolgikh A.V., Ivanova A.N., Dolgikh E.A.  Regulation of the later stages of nodulation stimulated by IPD3/CYCLOPS transcription factor and cytokinin in pea Pisum sativum L. // Plants. 2022. V. 11 (1). Article 56. doi.org/10.3390/plants11010056 (WoS Q1, Scopus)
  3. Leppyanen I.V., Pavlova O.A., Vashurina M.A., Bovin A.D., Dolgikh A.V., Shtark O.Y., Sendersky I. V., Dolgikh V.V., Tikhonovich I.A., Dolgikh E.A. LysM-receptor-like kinase LYK9 of Pisum sativum L. may regulate plant responses to chitooligosaccharides differing in structure // Int. J. Mol. Science. 2021. V. 22 (2). Article 711. doi.org/10.3390/ijms22020711 (WoS Q1, Scopus).
  4. Pavlova O.А., Leppyanen I.V., Kustova D.V., Bovin A. D., Dolgikh E. A. Phylogenetic and structural analysis of annexins in pea (Pisum sativum L.) and their role in legume–rhizobial symbiosis development // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021. V. 25, N 5. P. 502-513. doi: 10.18699/VJ21.057 (WoS Q4, Scopus).
  5. Sergeeva AV, Belashova TA, Bondarev SA, Velizhanina M.E., Barbitoff YA, Matveenko AG, Valina AA, Simanova AL, Zhouravleva GA, Galkin AP. Direct proof of the amyloid nature of yeast prions [PSI+] and [PIN+] by the method of immunoprecipitation of native fibrils // FEMS Yeast Res. 2021. V. 21(6). Article foab046. doi: 10.1093/femsyr/foab046 (WoS Q1, Scopus).
  6. Chirinskaite AV, Siniukova VA, Velizhanina M.E., Sopova JV, Belashova TA, Zadorsky SP. STXBP1 forms amyloid-like aggregates in rat brain and demonstrates amyloid properties in bacterial expression system. Prion. 2021. 15(1): 29-36. doi: 10.1080/19336896.2021.1883980 (WoS Q2, Scopus).
  7. Pavlova O. A., Kirienko A. N., Sendersky I. V., Dolgikh V. V. and Dolgikh E. A. Heterologous synthesis of plant LysM receptor-like kinase K1 in insect cells and binding assay with ligand // Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2021. V. 35: sup1, S94. doi: 10.1080/13102818.2020.1871545 (WoS Q4, Scopus).
  8. Pavlova O. A., Leppyanen I. V., Senderskiy I. V., Dolgikh V. V., Tikhonovich I. A. and Dolgikh E. A. Synthesis of plant receptor-like kinases involved in interaction with pathogenic and beneficial fungi in heterologous system and their functional analysis // Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2021. V. 35: sup1, S92. doi: 10.1080/13102818.2020.1871545 (WoS Q4, Scopus).
  9. Рудая Е.С., Долгих Е.А. Получение и анализ композитных растений томата Solanum lycopersicum L., трансформированных генами рецепторов гороха к сигнальным молекулам ризобий. Сельскохозяйственная биология. 2021. Т. 56, № 3, С. 465-474. doi: 10.15389/agrobiology.2021.3.465rus (WoS Q3, Scopus, РИНЦ).
  10. Долгих А.В., Долгих Е.А. Поиск регуляторов, взаимодействующих с транскрипционным фактором BELL1 и необходимых для контроля развития бобово-ризобиального симбиоза. Экологическая генетика. 2021. Т. 19, № 1, С. 37-45. doi: https://doi.org/10.17816/ecogen51489 (WoS Q3, Scopus, РИНЦ).
  11. Леппянен И.В., Штарк О.Ю., Павлова О.А., Бовин А.Д., Иванова К.А., Серова Т.С., Долгих Е.А. Анализ эффектов совместной инокуляции грибами арбускулярной микоризы и ризобиями на рост и развитие растений гороха Pisum sativum L. Сельскохозяйственная биология. 2021. Т. 56, № 3, С. 475-486 doi: 10.15389/agrobiology.2021.3.475rus (WoS Q3, Scopus, РИНЦ).
  12. Dolgikh A.V., Rudaya E.S., Dolgikh E.A. Identification of BELL transcription factors involved in nodule initiation and development in the legumes Pisum sativum and Medicago truncatula. Plants. 2020. V. 9 (12), 1808. doi:10.3390/plants9121808 (WoS Q1, Scopus, РИНЦ).
  13. Dolgikh E.A., Kusakin P.G., Kitaeva A.B., Tsyganova A.V., Kirienko A.N., Leppyanen I.V., Dolgikh A.V., Ilina E.L., Demchenko K.N., Tikhonovich I.A., Tsyganov V. E. Mutational analysis indicates that abnormalities in rhizobial infection and subsequent plant cell and bacteroid differentiation in pea (Pisum sativum) nodules coincide with abnormal cytokinin responses and localization. Annals of Botany, 2020. 125: 905–923.  doi: 10.1093/aob/mcaa022 (WoS Q1, Scopus, РИНЦ).
  14. Smolikova G., Shiroglazova O., Vinogradova G., Leppyanen I., Dinastiya E., Yakovleva O., Dolgikh E., Titova G., Frolov A., Medvedev S. Comparative analysis of the plastid conversion, photochemical activity and chlorophyll degradation in developing embryos of green-seeded and yellow-seeded pea (Pisum sativum) cultivars. Funct Plant Biol. 2020. 47(5): 409-424. doi: 10.1071/FP19270 (WoS Q1, Scopus, РИНЦ).
  15. Afonin A.M., Leppyanen I.V., Kulaeva O.A., Shtark O.Y., Tikhonovich I.A., Dolgikh E.A., Zhukov V.A. A high coverage reference transcriptome assembly of pea (Pisum sativum L.) mycorrhizal roots. Vavilov Journal of Genetics and Breeding 2020. 24 (4): 331-339  doi:10.18699/VJ20.625 (WoS Q4, Scopus, РИНЦ).
  16. Bovin A. D., Leppyanen I. V., Pavlova O. A., Dolgikh E. A. The role of heterotrimeric G proteins in the control of symbiosis development in legume plants. BIO Web of Conferences, 2020, 23: 03004 doi.org/10.1051/bioconf/20202303004 (WoS Q4, Scopus, РИНЦ).
  17. Kirienko A.N., Dolgikh E. A. Studying the effect of tissue-specific expression of the K1 gene encoding LysM-receptor-like kinase on the development of symbiosis in peas. BIO Web of Conferences, 2020, 23: 03005 doi.org/10.1051/bioconf/20202303005 (WoS Q4, Scopus, РИНЦ).
  18. Кустова Д.В., Долгих Е.А. Аннексины и их роль в контроле развития симбиозов у растений. Экологическая генетика. 2020. 18(3):293-300 doi.org/10.17816/ecogen.183 (Scopus).
  19. Lubyaga Y., Dolgikh A., Drozdova P., Nazarova A., Timofeyev M. Transcriptome- based analysis of the diversity of membrane-bound lectins in Baikal amphipods Eulimnogammarus sp. and the Holarctic amphipod Gammarus lacustris. Limnology and Freshwater Biology. 2020. 4 (SI:7VBC): 797-798. doi:10.31951/2658-3518-2020-A-4-797 (РИНЦ).
  20. Dolgikh A.V., Kirienko A.N., Tikhonovich I.A., Foo E., Dolgikh E.A. The DELLA proteins influence the expression of cytokinin biosynthesis and response genes during nodulation. Front Plant Sci. 2019. 10: 432. doi: 10.3389/fpls.2019.00432 (WoS Q1, Scopus, РИНЦ).
  21. Leppyanen I.V., Kirienko A.N., Dolgikh E.A. Agrobacterium rhizogenes - mediated transformation of Pisum sativum L. roots. PeerJ 2019. 7:e6552 doi.org/10.7717/ peerj.6552 (WoS Q1, Scopus, РИНЦ).
  22. Kirienko A.N., Vishnevskaya N.A., Kitaeva A.B., Shtark O.Y., Kozyulina P.Y., Thompson R., Dalmais M., Bendahmane A., Tikhonovich I.A., Dolgikh E.A. Structural variations in LysM domains of LysM-RLK PsK1 may result in a different effect on pea-rhizobial symbiosis development. Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20 (7): 1624.  doi:10.3390/ijms20071624 (WoS Q1, Scopus, РИНЦ).
  23. Sopova J., Koshel E., Belashova T., Zadorsky S., Sergeeva A., Siniukova V., Shenfeld A., Velizhanina M., Volkov K., Nizhnikov A., Gaginskaya E., Galkin A. (2019). RNA-binding protein FXR1 is presented in rat brain in amyloid form. Nature Sci Rep., 2019. 9(1): 18983. doi: 10.1038/s41598-019-55528-6 (WoS Q1, Scopus, РИНЦ).
  24. Pendina A.A., Shilenkova Y.V., Talantova O.E., Efimova O.A., Chiryaeva O.G., Malysheva O.V., Dudkina V.S., Petrova L.I., Serebryakova E.A., Shabanova E.S., Mekina I.D., Komarova E.M., Koltsova A.S., Tikhonov A.V., Tral T.G., Tolibova G.K., Osinovskaya N.S., Krapivin M.I., Petrovskaia-Kaminskaia A.V., Korchak T.S., Ivashchenko T.E., Glotov O.S., Romanova O.V., Shikov A.E., Urazov S.P., Tsay V.V., Eismont Y.A., Scherbak S.G., Sagurova Y.M., Vashukova E.S., Kozyulina P.Y., Dvoynova N.M., Glotov A.S., Baranov V.S., Gzgzyan A.M., Kogan I.Y. Reproductive History of a Woman With 8p and 18p Genetic Imbalance and Minor Phenotypic Abnormalities // Front Genet. 2019 Nov 20;10:1164. doi: 10.3389/fgene.2019.01164. eCollection 2019 (WoS Q1, Scopus, РИНЦ).
  25. Бовин А.Д., Долгих Е.А. Роль гетеротримерных G-белков в сигнальной регуляции у растений // Экологическая генетика. 2019.  Т. 17, № 2.  С. 43–54 doi.org/10.17816/ecogen17243-54 (Scopus, РИНЦ). 
  26. Senderskiy I. V., Tsarev A. A., Zhuravlyov V. S., Pavlova O. A., Dolgikh V. V. Heterologous expression of Nosema bombycis hexokinase in baculovirus-Sf9 insect cell system confirms its accumulation in host nuclei and secretion by the microsporidian parasite. Protistology  14 (1),  2019 (Scopus, РИНЦ).
  27. Долгих А. В., Долгих Е. А. Роль универсальных регуляторов роста и развития растений DELLA-белков в контроле симбиозов // Экологическая генетика.  2019. Т. 17,  № 1.  С. 33–41 (Scopus, РИНЦ).

 

Патенты:

  1. Долгих Е.А., Кириенко А.Н. Рекомбинантный вектор для синтеза в клетках растений рецепторной киназы К1, контролирующей развитие симбиоза с клубеньковыми бактериями, и штамм для репликации вектора. Патент № 2738735 от 12.12.2018. Патент зарегистрирован 16.12.2020.
  2. Долгих Е.А., Долгих В.В., Леппянен И.В., Варламов В.П., Лопатин С.А., Тихонович И.А. Способ ферментативного получения пента-N-ацетилхитопентаозы // Патент № 2460800 от 04.08.2010. Патент зарегистрирован 10.09.2012 г.
  3. Долгих Е.А., Долгих В.В., Леппянен И.В., Варламов В.П., Лопатин С.А., Тихонович И.А. Способ ферментативного получения пента-N-ацетилхитопентаозы и гекса-N-ацетилхитогексаозы. Патент № 2517620 от 04.08.2010. Патент зарегистрирован 01.04.2014.

 

Диссертации:

Бовин А. Д. «Роль гетеротримерных G-белков в регуляции развития бобово-ризобиального симбиоза у люцерны M. truncatula Gaertn. и гороха P. sativum L.» специальность 03.02.03 микробиология, 2022

Подписаться на рассылку ВНИИСХМ

Что будем искать?