Предлагаемые темы для квалификационных работ (магистерские и кандидатские диссертации)

Выявление последовательностей новых генов, контролирующих формирование азотфиксирующих клубеньков у гороха посевного, и анализ их функций.

Для многих мутантных линий гороха с нарушениями развития клубеньков пока не известны гены, затронутые мутациями. В лаборатории недавно получены данные РНК-секвенирования растений поколения F2 для генетического картирования симбиотических генов Sym23 и Sym24 при помощи модифицированной методики Mapping-by-sequencing (методика детально описана в Zhernakov et al., 2019). Также получены данные РНК-секвенирования клубеньков мутантных растений. В ходе работы необходимо будет провести детальный биоинформатический анализ имеющихся данных для идентификации генов-кандидатов и подробного описания профилей экспрессии генов в клубеньках мутантов по сравнению с клубеньками исходной линии «дикого типа». В результате будут получены новые фундаментальные знания о генетической системе гороха, контролирующей развитие и функционирование азотфиксирующих клубеньков.

В рамках этой работы возможно выполнение дальнейших задач по генетической трансформации мутантных линий гороха конструкциями с генами-кандидатами для комплементации мутаций. Дальнейшее развитие направлений работы будет зависеть от функций выявленных генов.

Руководитель работы: к.б.н. Кулаева Ольга Алексеевна.

 

Контроль экспрессии генов при реализации генетической программы развития азотфиксирующего клубенька бобовых растений.

Гомеозисный ген COCHLEATA (COCH) гороха и его ортолог NOOT люцерны контролирует развитие тканей клубенька в ходе его роста. Мутации в указанных генах приводят к формированию на кончике клубенька нового корня из-за переключения меристемы клубенька на программу развития корня (Couzigouetal., 2012Magne et al., 2018). В лаборатории получены данные РНК-секвенирования клубеньков мутантной линии гороха SGEapm (coch) и исходной линии SGE. Также доступны данные анализа экспрессии на микрочипах (microarrays) для клубеньков мутантов люцерны по гену noot. В рамках работы планируется проведение детального анализа экспрессии генов в мутантных клубеньках и идентификация молекулярных механизмов контроля судьбы апикальной меристемы клубенька (предположительно, включающих в себя действие растительных гормонов – ауксинов и цитокининов). Кроме биоинформатического анализа запланирована экспериментальная работа (оценка экспрессии генов при помощи ПЦР в реальном времени). Тема разрабатывается в сотрудничестве с группой Dr. Pascal Ratet, Institut des Sciences des Plantes de Paris Saclay, Франция.

Руководители работы: к.б.н. Кулаева Ольга Алексеевна, к.б.н. Романюк Дарья Андреевна, к.б.н. Жуков Владимир Александрович

 

Тема работы: «Мономеры кутина как факторы, лимитирующие развитие арбускулярной микоризы у гороха в условиях микробоксов».

Работа для бакалавра / магистра.

В рамках проекта РФФИ 20-04-01136_а (2020-2022) «Новые механизмы системной регуляции развития арбускулярной микоризы у гороха посевного» (Руководитель: Штарк О.Ю.) проводится проверка гипотезы о роли мономеров кутина как факторов, лимитирующих развитие арбускулярной микоризы у гороха (Pisum sativum L.) при выращивании в условиях микробоксов (закрытых емкостей для растений). В ходе работы запланировано выполнение следующих задач:

1) Подбор оптимальных условий экзогенной обработки мономерами кутина корневых систем растений гороха при выращивании в условиях закрытых микробоксов.

2) Постановка вегетационного эксперимента с экзогенной обработкой корневых систем растений гороха мономерами кутина.

3) Анализ развития арбускулярной микоризы у растений гороха при различных условиях экзогенной обработки корней мономерами кутина.

4) Постановка вегетационного эксперимента с целью контроля влажности воздушной среды, окружающей надземные части растений гороха при выращивании в различных условиях микробоксов.

Руководитель: к.б.н. Штарк Оксана Юрьевна.

 

 

Разнообразие последовательностей генов симбиотических рецепторных киназ у гороха посевного.

Симбиоз между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями начинается с сигнальных взаимодействий, в ходе которых Nod-факторы (бактериальные сигнальные молекулы) распознаются высокоспецифичными растительными рецепторами (LysM-содержащими рецептор-подобными киназами, LysM-RLK). В ходе работы у серии генотипов гороха различного географического происхождения из коллекции ВИР (от 100 до 1000 образцов) при помощи ампликонного секвенирования на Illumina будет изучен полиморфизм генов, кодирующих LysM-RLK. Данные по полиморфизму генов будут сопоставлены с симбиотическим фенотипом растений (образованием эффективных либо неэффективных клубеньков). Результаты работы позволят описать всё разнообразие аллелей генов симбиотических рецепторных киназ, оценить размах изменчивости данных генов, проследить их молекулярную эволюцию, а также станут основой для генетического редактирования.

Руководители работы: к.б.н. Сулима Антон Сергеевич, к.б.н. Жуков Владимир Александрович

 

 

Функциональная геномика отзывчивости гороха посевного на инокуляцию полезными микроорганизмами.

Магистерский или аспирантский проект.

Сорт гороха Триумф, обладающий свойством высокой симбиотической отзывчивости, был получен в ходе серии возвратных скрещиваний сорта Классик (Дания) с подходящей архитектоникой стебля и высокой семенной продуктивностью с донором признака симбиотической отзывчивости - сорта Вендевиль (Франция). В работе планируется изучение геномов трёх указанных сортов гороха с целью идентификации участков, унаследованных сортом Триумф от сорта Вендевиль (по оценкам, они составляют не более 5% генома), и их функционального анализа. В анализ будут также вовлечены ранее полученные данные о транскриптомных профилях корневых систем растений трёх сортов, выращенных в условиях взаимодействия с полезными микроорганизмами. Таким образом, будут идентифицированы гены-кандидаты и/или регуляторные участки генов, определяющие проявление признака симбиотической отзывчивости. В рамках данного проекта возможно проведение более глубокого транскриптомного анализа с целью идентификации генов-кандидатов, ответственных за проявление отзывчивости на воздействие разных групп микроорганизмов (грибы арбускулярной микоризы и клубеньковые бактерии).

Работа в рамках задач проекта РНФ 22-16-00109.

Руководитель: к.б.н. Жуков Владимир Александрович

 

Сравнительная геномика гороха посевного (Pisum sativum) и его дикорастущих родственников - афганского гороха, гороха красно-жёлтого (Pisum fulvum) и вавиловии красивой (Vavilovia formosa).

В ходе биоинформатического исследования будут изучены имеющиеся в распоряжении лаборатории геномы культурного сорта гороха Frisson и дикорастущих родичей гороха – афганской разновидности гороха (характеризующейся повышенной избирательностью по отношению к симбиотическим клубеньковым бактериям), другого вида гороха (Pisum fulvum), а также вавиловии красивой (Vavilovia formosa), ранее относимой к роду горох, а сейчас выделяемой в отдельный род. У указанных объектов будет исследована структура известных симбиотических генов (ответственных за различные этапы развития азотфиксирующего симбиоза). Также будет изучена молекулярная эволюция последовательностей симбиотических генов, в частности, кластера генов рецепторных киназ, определяющих специфичность взаимодействий, а также семейства генов, кодирующих клубенёк-специфичные антимикробные пептиды.

Работа в рамках задач НЦМУ «Агротехнологии будущего».

Руководитель: к.б.н. Жуков Владимир Александрович

 

Анализ симбиотической отзывчивости гороха посевного с помощью транскриптомного и протеомного подходов.

Магистерский проект (выполняется).

С помощью комбинирования данных транскриптомики и протеомики корневых систем растений гороха двух генотипов, контрастных по проявлению признака отзывчивости на инокуляцию клубеньковыми бактериями и арбускулярно-микоризными грибами, будут исследованы молекулярные механизмы, лежащие в основе данного признака. В ходе анализа коэкспрессионных генных сетей будут идентифицированы ключевые гены, определяющие эффективность взаимодействия растений гороха с симбиотическими микроорганизмами.

Работа в рамках задач проекта РНФ 22-16-00109.

Руководитель: к.б.н. Жуков Владимир Александрович

 

Характеристика гена Sym31 гороха, ответственного за дифференцировку бактерий в клубеньках в симбиотическую форму.

Мутант гороха по гену sym31 неспособен инициировать дифференцировку клубеньковых бактерий в симбиотическую форму, называемую бактероиды. Как следствие, клубеньки этого мутанта являются недоразвитыми и не фиксируют азот. Несмотря на то, что мутант выявлен более 30 лет назад, последовательность гена Sym31 до сих пор не идентифицирована, и ортологи этого гена неизвестны у модельных бобовых растений (лядвенца японского и люцерны слабоусечённой). В работе планируется анализ уже полученных данных геномного секвенирования мутантной линии по гену sym31 и родительского генотипа с целью поиска нуклеотидной замены, приводящей к мутантному фенотипу. Дальнейшая работа будет включать в себя комплементационный тест при помощи hairy root трансформации, а также детальную фенотипическую характеристику мутанта с использованием конфокальной и электронной микроскопии. Кроме того, для выявления молекулярной функции гена Sym31 будет проведён анализ транскриптомных профилей мутантных клубеньков в сравнении с клубеньками «дикого типа». Результат работы обогатит фундаментальные знания о молекулярных механизмах контроля азотфиксирующего симбиоза у бобовых растений.

Руководитель: к.б.н. Жуков Владимир Александрович.

Подписаться на рассылку ВНИИСХМ

Что будем искать?
l.inner_sub