The rapid development of high-throughput sequencing technologies has led to an explosive accumulation of high-quality bacterial genome sequence data - their number is approaching three million, and this growth continues. This, in turn, provides additional impetus for the development of technologies for more efficient annotation using analytical methods designed to utilize such large-scale genomic data, as well as for achieving new levels of annotation quality. One such analytical approach is phylogenetic footprinting, which aims to identify motifs corresponding to transcription factor binding sites in the promoter regions of bacterial genomes by comparing corresponding sets of regulatory sequences of orthologous genes in related organisms. The continued accumulation of genomic data has served as the basis for further development of this approach. It has been found that an excessive number of sequences in a set analyzed using phylogenetic footprinting only reduces the accuracy of the method, whereas the inclusion of a sequence selection step in the analyzed set based on data on mutual evolutionary distances improves the method's performance. In this paper, we propose and implement a further step in the development of the phylogenetic footprinting method. This step involves multiple runs of the selection step described above to generate distinct subsamples, subsequent pipeline runs for each subsample, and statistical analysis of the results obtained from multiple pipeline runs. The proposed approach, implemented in the MotifsOnFly method, improves the robustness of motif recognition results obtained from multiple pipeline runs. The effectiveness of the MotifsOnFly method is demonstrated using the analysis of the well-annotated promoter of the Escherichia coli OmpW gene. Активное развитие технологий высокопроизводительного секвенирования привело к взрывообразному накоплению высококачественных данных по последовательностям бактериальных геномов – их число приближается к трем миллионам, и дальнейший рост продолжается. Это, в свою очередь, дает дополнительный импульс развитию технологий для более эффективной их аннотации аналитическими методами с прицелом на применение таких больших геномных данных, а также получение нового качества аннотаций. Одним из таких аналитических подходов стал метод филогенетического футпринтинга, направленный на выявление мотивов, соответствующих сайтам связывания транскрипционных факторов в промоторных областях бактериальных геномов путем сравнения соответствующих выборок регуляторных последовательностей генов-ортологов для родственных организмов. Дальнейшее накопление геномных данных стало стимулом для развития подхода. Так, было обнаружено, что избыточное число последовательностей в выборке, анализируемой с использованием филогенетического футпринтинга, лишь ухудшает точность метода, тогда как включение этапа отбора последовательностей в анализируемую выборку с учетом данных о взаимных эволюционных расстояниях повышает качество работы метода. В настоящей статье нами предложен и реализован следующий шаг развития метода филогенетического футпринтинга, основанный на множественном запуске описанного выше этапа отбора для формирования различающихся подвыборок, последующего запуска конвейера для каждой из подвыборок и на статистическом анализе получаемых результатов множественных запусков конвейера. Предложенный подход, реализованный в методе MotifsOnFly, позволяет повысить устойчивость получаемых результатов распознавания мотивов, выявляемых в многократных запусках конвейера. Эффективность метода MotifsOnFly продемонстрирована на примере анализа хорошо аннотированного промотора гена OmpW Escherichia coli.
Stress phytohormones - salicylic and jasmonic acids - participate in the plant defense response. The increase in the content of these compounds during plant infection by pathogens leads to the activation of signaling pathways, ultimately resulting in changes in gene expression and protein synthesis, including a group of pathogenesis-related (PR) proteins. Phytohormone-dependent so-called marker genes, are used to assess the activation of these signaling pathways. In this study, PR-1 genes, which are markers for salicylic acid signaling and expressed in pea roots, were identified and characterized, and the effects of salicylic acid and methyl jasmonate on their expression were analyzed. It was shown that in pea roots, PR-1, encoded by the Psat1g156240 gene, is among the most significantly expressed genes in the control. Salicylic acid did not cause a change in the expression of this gene; however, it was induced by methyl jasmonate after 24 h. Analysis of the expression of other genes encoding PR-1 proteins showed that salicylate had no effect on their expression after 24 and 72 h. Analysis of the expression of genes encoding chitinases and chitinase-like proteins showed that the former do not exhibit specificity in response to the salicylate and methyl jasmonate, except for the Psat1g131280, the expression of which increased after 24 and 72 h of treatment with methyl jasmonate. Genes Psat1g147600, Psat1g147560, Psat1g149120 encoding chitinase-like proteins, were barely expressed in pea roots in control, and were specifically induced by salicylic acid. β-1,3-glucanase genes were not induced in roots by the studied phytohormones. The obtained results allowed to reveal specific genes including chitinase-like proteins, the expression of which is salicylate-inducible. These genes can be used for the assessment of the activation of the salicylate-dependent signaling pathway in pea roots. В реализации защитного ответа растений принимают участие стрессовые фитогормоны – салициловая и жасмоновая кислоты. Повышение содержания этих соединений при инфицировании растений патогенами приводит к активации сигнальных путей, в конечном итоге изменяющих экспрессию генов и синтез белков, среди которых выделяется группа индуцируемых, связанных с патогенезом белков (PR). Для оценки активации этих сигнальных путей используются фитогормон-зависимые, так называемые маркерные гены. В настоящей работе выявлены и охарактеризованы экспрессирующиеся в корнях гороха гены маркерных для салицилатного сигналинга белков PR-1. Проанализировано влияние салициловой кислоты и метилжасмоната на их экспрессию. Показано, что в корнях гороха ген Psat1g156240, кодирующий PR-1, входит в число наиболее значительно экспрессирующихся генов. Салициловая кислота не вызывала изменение экспрессии этого гена, в то же время он индуцировался метилжасмонатом через 24 ч. Анализ экспрессии других генов, кодирующих белки PR-1, показал, что салицилат не влиял на их экспрессию через 24 и 72 ч. При анализе экспрессии генов хитиназ и хитиназа-подобных белков первые не проявляли специфичность ответа на действие салицилата и метилжасмоната, за исключением гена Psat1g131280, экспрессия которого повышалась через 24 и 72 ч при действии метилжасмоната. Гены хитиназа-подобных белков, Psat1g147600, Psat1g147560, Psat1g149120, практически не экспрессировались в корнях гороха контрольного варианта и специфично индуцировались салициловой кислотой. Гены β-1,3-глюканаз не индуцировались исследованными фитогормонами в корнях. Полученные результаты позволили определить конкретные гены, кодирующие хитиназа-подобные белки, экспрессия которых индуцируется салициловой кислотой. Эти гены могут быть использованы для оценки активации салицилат-зависимого сигнального пути в корнях гороха.
It has been repeatedly shown that spike productivity is the main component of wheat yield. The main spike parameters related to productivity are size, the number of grains and spikelets per spike, and the presence or absence of awns. In modern genetic research, morphometric analysis of hundreds and thousands of spikes is required to determine the loci that control spike productivity traits. On the other hand, thousands of accessions in modern collections of wheat genetic resources need detailed description. These considerations motivate the development of digital technologies for describing spike traits in wheat, which can be achieved through image analysis methods. These methods allow for automated acquisition of trait values that can serve as the basis for digital plant collections. Here we propose an extended set of spike characteristics obtained both manually and through digital image analysis and present plant characterization. These data form the basis of the updated version of the SpikeDroidDB database (http://spikedroid.biores.cytogen.ru/). The digital description of the spike consists of two blocks. The block of uploaded data includes a description of the plant and contains five tables: collection; variety sample (year of cultivation (vegetation), sowing identifier, taxonomic information, etc.), planting site, and characteristics of the spike determined manually (length, width of frontal and lateral views, type and color of the spike, etc.) The block of extracted features includes spike characteristics obtained by digital phenotyping and contains six tables: characteristics of the spike outline in the image; characteristics of the quadrangle model, values of the color components of the spike, dominant colors of the spike, and texture characteristics of the spike in the image. The most illustrative and significant features of the spike have been identified, allowing for the formation of the spike digital certificate, which includes size, shape, and color features derived from the digital images. The features forming the digital certificate have been compared between two wheat species, T. aethiopicum and T. carthlicum. It is shown that the features of the digital certificate allow for a clear representation of the spike model and the identification of distinct parameters: colors of the spike and awns and roundness of the frontal view of the spike. The database interface has been supplemented with the ability to upload data on plant and spike characteristics, as well as their images, in the batch mode. При анализе структуры урожая пшеницы неоднократно показано, что его выраженность зависит от продуктивности колоса. Основные характеристики колоса, которые связаны с продуктивностью, это прежде всего масса 1000 зерен, число зерен и колосков в колосе, его размеры, наличие/отсутствие остей и другие. В современных генетических исследованиях для идентификации локусов, контролирующих признаки продуктивности колоса, требуется морфометрия сотен и тысяч колосьев. С другой стороны, современные коллекции генетических ресурсов содержат тысячи образцов, которые также требуют своего детального описания. Все это обусловливает необходимость развития цифровых технологий описания признака колоса пшеницы, которые могут быть достигнуты на основе методов анализа изображений. Эти методы позволяют автоматически получать значения набора признаков, которые могут служить основой формирования цифровых коллекций растений. В настоящей работе предложено цифровое описание колоса пшеницы на основе характеристик, полученных как вручную, так и на основе анализа цифровых изображений, а также характеристик растений, у которых был взят колос. Эти данные положены в основу обновленной версии базы данных SpikeDroidDB (http://spikedroid.biores.cytogen.ru/). Цифровое описание колоса состоит из двух блоков. Блок загружаемых данных содержит описание растения и включает 5 таблиц: коллекция, сортообразец (год выращивания (вегетация), посевной номер, таксономическую информацию и др.), место выращивания, характеристики колоса растений, оцененные экспертом вручную (длину, ширину фронтальной и боковой проекций, тип и цвет колоса и др.). Блок извлекаемых характеристик включает признаки колоса, полученные в результате цифрового фенотипирования, и состоит из шести таблиц: характеристики контура колоса на изображении; характеристики модели четырехугольников, компоненты цвета колоса, доминантные цвета колоса, текстурные характеристики колоса на изображении. Было проведено выделение наиболее наглядных и информативных характеристик колоса, которые позволили сформировать цифровой паспорт колоса, включающий признаки размера, формы и цвета, определенные на основе анализа цифровых изображений. Проведено сравнение признаков, формирующих цифровой паспорт, у двух видов пшеницы, T. aethiopicum и T. carthlicum. Показано, что признаки цифрового паспорта позволяют наглядно представить модель колоса, а также выявить достоверно различающиеся параметры (цвет колоса и остей, округлость фронтальной проекции колоса). В интерфейс базы данных также добавлена возможность пакетной загрузки данных о характеристиках растения и колоса, а также их изображений.
Genome-wide association studies (GWAS) have become a standard approach for identifying quantitative trait loci associated with diverse phenotypic traits. Further investigation of the locus - specifically, the search for the causal gene and mutation - may present various challenges. One of the challenges is genetic heterogeneity (or locus heterogeneity), when alleles from different closely located genes can influence the same trait. Recently, using GWAS, we found the qDTF-7 locus on soybean chromosome 3, which is associated with flowering time under Novosibirsk conditions. Initially, we identified GmTOE1, an ortholog of TOE1 (TARGET OF EAT1), a known flowering-time regulator in Arabidopsis, as the most likely candidate gene for this locus. Four major haplotypes were identified in GmTOE1, which are associated with soybean flowering and maturity and are likely to provide soybean adaptation to northern latitudes. However, this gene showed only a very weak association with soybean flowering in the Novosibirsk region compared to the Oryol region, suggesting the presence of another gene within the locus that influences flowering time. We therefore re-analyzed genes in the qDTF-7 locus and identified GmRVE8c, an Arabidopsis RVE8 (REVEILLE 8) ortholog, located ~21 kb upstream of GmTOE1; RVE8 is a circadian clock component involved in plant development. After studying the natural variation of the GmRVE8c genes, we found four major haplotypes that arose due to three nonsynonymous substitutions and one 19-bp deletion leading to a frameshift. To identify three haplotypes, GmRVE8chap1, 3, 4, which are predominant in improved soybean cultivars, we developed DNA markers. Using these markers, we genotyped 129 soybean accessions, the developmental time of which had been studied in the Novosibirsk and Oryol regions. Using our data and data from SoyOmics, we found the GmRVE8chap3 and GmRVE8chap4 haplotypes to be associated with late flowering and maturity in soybean. The early-maturing haplotype GmRVE8chap1 is predominant in cultivars from northern regions and is likely associated with the adaptation of soybean to high latitudes. The GmRVE8chap4 haplotype is in complete linkage with the early-maturing allele GmTOE1C, whereas the GmRVE8chap3 haplotype shows strong linkage with the late maturing allele GmTOE1T. Furthermore, the ANOVA results indicate an interaction between GmRVE8c and E1, the major regulator of flowering in soybean. This interaction is manifested as a stronger effect of the GmRVE8chap3,4 haplotypes on flowering and maturity in the genetic background of the e1-as allele compared with E1. Together, these findings define a complex and intriguing locus, which may serve as a possible example of a genetically heterogeneous locus. В настоящее время полногеномный анализ ассоциаций (GWAS) стал стандартным подходом для идентификации локусов количественных признаков, ассоциированных с различными фенотипическими признаками. При последующем изучении локуса, т. е. поиске гена и мутации, которые влияют на признак, можно столкнуться с разными проблемами. Одна из проблем – генетическая (или локусная) гетерогенность, ситуация, когда аллели из разных близко расположенных генов в одном локусе влияют на один признак. Ранее с помощью GWAS на хромосоме 3 сои мы обнаружили локус qDTF-7, ассоциированный с продолжительностью цветения в условиях Новосибирска. Первоначально для данного локуса в качестве наиболее вероятного гена-кандидата мы определили GmTOE1, ортолог TOE1 (TARGET OF EAT 1), известного регулятора цветения у арабидопсиса. У GmTOE1 были обнаружены четыре основных гаплотипа, которые ассоциированы с цветением и созреванием сои и, вероятно, связаны с адаптацией сои к северным широтам. Однако этот ген демонстрировал очень слабую ассоциацию с цветением сои в Новосибирской области по сравнению с Орловской, что указывало на наличие в составе локуса другого гена, который может влиять на цветение сои. Повторно проанализировав гены в составе локуса qDTF-7, мы примерно на 21 т. п. н. выше гена GmTOE1 обнаружили GmRVE8c, ортолог гена RVE8 (REVEILLE 8), который вовлечен в процессы развития у арабидопсиса в качестве компонента циркадных ритмов. Изучив естественное нуклеотидное разнообразие GmRVE8c, мы выявили четыре основных гаплотипа, которые возникли из-за трех однонуклеотидных замен и одной делеции длиной 19 п. н., приводящей к сдвигу рамки считывания. Для определения трех гаплотипов GmRVE8chap1, 3, 4, преобладающих в современных сортах сои, мы разработали ДНК-маркеры. С помощью этих маркеров мы генотипировали 129 сортообразцов сои, для которых ранее изучили продолжительность развития в условиях Новосибирской и Орловской областей. В результате с помощью наших сведений и данных из SoyOmics мы обнаружили ассоциацию гаплотипов GmRVE8chap3 и GmRVE8chap4 с поздним цветением и созреванием сои. Раннеспелый гаплотип GmRVE8chap1 преобладает в сортообразцах из северных регионов и, вероятно, связан с адаптацией сои к северным широтам. Гаплотип GmRVE8chap4 полностью сцеплен с раннеспелым аллелем GmTOE1С, а гаплотип GmRVE8chap3 сильно сцеплен с позднеспелым аллелем GmTOE1T. Кроме того, результат ANOVA показывает наличие взаимодействия GmRVE8c с главным регулятором цветения сои – геном E1. Данное взаимодействие выражается более сильным эффектом гаплотипов GmRVE8chap3, 4 на цветение и созревание на генетическом фоне аллеля e1-as в сравнении с E1. Все это формирует достаточно комплексный и интересный локус, который может выступать как возможный пример генетически гетерогенного локуса.
Genetic diversity of horses of the Sargarinsko-Alexeevskaya and Irmen cultures of the Ob-Irtysh region of Western Siberia and their genetic proximity to modern horses of indigenous breeds. Генетическое разнообразие лошадей саргаринско-алексеевской и ирменской культур Западной Сибири и их генетическое родство с современными лошадьми аборигенных пород.
An additional germline-restricted chromosome (GRC) has been found in the germline cells of all studied passerine bird species. It is eliminated from somatic cells during early embryogenesis and from spermatocytes after the first or second division of male meiosis. The GRC is transmitted across generations predominantly via the maternal line. It contains amplified and rearranged copies of genomic regions from the standard chromosome set. Some of these genes are expressed in the gonads of both males and females. However, the function and evolutionary dynamics of the GRC remain unknown. We conducted a comparative cytogenetic analysis of the GRC in five closely related finch species - the Eurasian bullfinch Pyrrhula pyrrhula, the common greenfinch Chloris chloris, the European goldfinch Carduelis carduelis, the common redpoll Acanthis flammea, and the pine grosbeak Pinicola enucleator - using fluorescent in situ hybridization (FISH) with a whole-chromosome DNA probe derived from the bullfinch GRC on spread spermatocytes of these species and immunolocalization of synaptonemal complex (SC) and centromere proteins. We described for the first time the SC karyotype of the pine grosbeak (2n = 82 + GRC). The standard chromosome set consists of nine submetacentric bivalents (seven macro- and two microbivalents) and 32 acrocentric microbivalents. All acrocentric microbivalents contain centromeres composed of multiple centromeric domains (metapolycentromeres). The grosbeak GRC is a large acrocentric macrounivalent. Cross-species in situ hybridization of the bullfinch GRC DNA probe showed only weak signals on the GRC of the grosbeak and redpoll, whereas no signal was detected on the greenfinch and goldfinch GRCs. These data are consistent with published results for two other representatives of this family and indicate rapid divergence and high species specificity of GRC sequences within the family Fringillidae. We also detected interspecies differences in the localization of sequences homologous to the bullfinch GRC on the bivalents of the standard set of these species. Thus, our data indicate rapid evolution of the GRC's genetic composition and reveal species-specific dynamics of increase and decrease in the copy number of detected sequences in the standard chromosome set during the evolution of songbird species. Добавочная хромосома, ограниченная клетками зародышевой линии (germline-restricted chromosome, GRC), обнаружена у всех исследованных воробьинообразных птиц. Она элиминируется из клеток соматической линии в раннем эмбриогенезе и из сперматоцитов после первого или второго деления мейоза. GRC передается в ряду поколений преимущественно по материнской линии, содержит амплифицированные и перестроенные копии последовательностей хромосом основного набора. Некоторые из них экспрессируются в гонадах самцов и самок. Однако функция и эволюционная динамика GRC остаются неизвестными. Мы провели сравнительный цитогенетический анализ GRC пяти видов птиц семейства Вьюрковые – обыкновенного снегиря Pyrrhula pyrrhula, обыкновенной зеленушки Chloris chloris, обыкновенного щегла Carduelis carduelis, обыкновенной чечётки Acanthis flammea и обыкновенного щура Pinicola enucleator – с использованием флуоресцентной гибридизации in situ ДНК-зонда к целой GRC обыкновенного снегиря с материалом ядер распластанных сперматоцитов данных видов и иммунолокализации белков синаптонемного комплекса и центромеры. Мы впервые описали кариотип синаптонемных комплексов обыкновенного щура (2n = 82 + GRC). Биваленты основного набора состоят из девяти субметацентрических (семь макро- и два микробивалента) и 32 акроцентрических микробивалентов. Все акроцентрические микробиваленты основного набора содержат центромеры, состоящие из нескольких центромерных доменов (метаполицентромеры). GRC щура представляет собой крупный акроцентрический макроунивалент. Перекрестная гибридизация in situ ДНК-зонда к GRC снегиря показала только слабые сигналы на GRC щура и чечётки, тогда как на GRC зеленушки и щегла сигналы отсутствовали. Эти данные согласуются с опубликованными результатами, полученными для двух других представителей этого семейства, и свидетельствуют о высокой видовой специфичности последовательностей GRC в пределах семейства Вьюрковые. Мы также обнаружили межвидовые различия в локализации последовательностей, сходных с последовательностями GRC снегиря, на бивалентах основного набора исследуемых видов. Таким образом, наши данные указывают на быструю эволюцию генетического состава GRC и видоспецифичную динамику увеличения и сокращения копийности выявленных последовательностей на хромосомах основного набора в ходе эволюции певчих птиц.
Wild bird species contribute significantly to the rapid geographic dissemination of tick-borne encephalitis viruses (TBEV) and West Nile virus (WNV), facilitating the establishment of new natural foci of these orthoflaviviruses. However, the impact of TBEV and WNV population variability on shaping these foci, as well as the potential emergence of new human-pathogenic viral variants, remain underexplored. This study aimed to assess the genetic heterogeneity of TBEV (Siberian and Far Eastern genotypes) and WNV, isolated simultaneously from the tissues of a single garden reed warbler (Acrocephalus dumetorum) collected in the suburbs of Tomsk. The methods of viral strain isolation on various cell cultures were used in combination with a whole-genome analysis of isolates through traditional and high-throughput sequencing (NGS) methods. Consensus full-genome nucleotide sequences of the viruses were obtained by Sanger sequencing and compared with those obtained by NGS, with single nucleotide substitutions (single nucleotide variants, SNVs) accounting for 2 % or higher within the population under study. Our findings revealed single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with both synonymous and non-synonymous nucleotide substitutions, primarily located within the non-structural protein genes of TBEV and WNV. Notably, recombination events were not detected in the genomes of isolated orthoflaviviruses. The WNV isolate, Tomsk/bird/2006/A4, and the TBEV isolates, PT12 and PT122, obtained from A. dumetorum, exhibited heterogeneous viral populations, with SNVs ranging in frequency from 1.75 to 19.88 % for WNV and from 2.08 to 23.73 % for TBEV. Most identified SNPs shared similar nucleotide substitutions in the genomes of already known strains of TBEV and WNV, suggesting that these SNVs could play a crucial role in viral adaptation and underscore the genetic and phenotypic diversity of these viruses in nature. Вовлечение различных видов диких птиц в формирование природных очагов вирусов клещевого энцефалита (ВКЭ) и Западного Нила (ВЗН) обеспечивает быстрое распространение этих ортофлавивирусов в различных географических районах и формирование новых природных очагов данных инфекций. Однако роль популяционной вариабельности ВКЭ и ВЗН в формировании природных очагов, возможность появления (селекции) новых вирусных вариантов, патогенных для человека, в этих природных очагах остаются еще недостаточно изученными. Цель настоящего исследования – оценить популяционную гетерогенность геномов ВКЭ сибирского и дальневосточного генотипов и ВЗН, которые были одновременно выделены из тканей одной особи садовой камышовки (Acrocephalus dumetorum), отловленной в природных ландшафтах пригорода Томска. С этой целью были использованы методы выделения вирусных штаммов на различных культурах клеток в сочетании с анализом полных вирусных геномов полученных изолятов, определенных методами традиционного и высокопроизводительного секвенирования (NGS). Консенсусные полногеномные нуклеотидные последовательности вирусов получали секвенированием по Сэнгеру и сравнивали с последовательностями, полученными методом NGS, с однонуклеотидными заменами (single nucleotide variant, SNV) 2 % и выше, в пределах изучаемой популяции. Обнаруженный однонуклеотидный полиморфизм (SNP) ассоциировался как с синонимичными, так и несинонимичными нуклеотидными заменами преимущественно локализующихся в генах неструктурных белков ВКЭ и ВЗН. При этом возможных рекомбинационных событий в геномах изолированных ортофлавивирусов обнаружить не удалось. Результаты показали, что изоляты ВЗН Tomsk/bird/2006/A4, ВКЭ PT12 и PT122, выделенные из A. dumetorum, представлены гетерогенными вирусными популяциями, в которых обнаруживаются множественные SNV, возникающие с частотой от 1.75 до 19.88 % для ВЗН и от 2.08 до 23.73 % для ВКЭ. Для большинства выявленных SNP найдены аналогичные нуклеотидные замены в геномах уже известных штаммов ВКЭ и ВЗН, что может свидетельствовать о важной роли этих SNV-спектров в вирусной адаптации и обеспечении генетического и фенотипического разнообразия этих вирусов в природе.
Variability of the genomes of cellular organelles (chloroplast and mitochondria) is an important component of the overall variability of the plant genome. A large amount of data has already been obtained on the comparative characteristics of the organization of organelle DNA sequences for different groups of plants. This paper presents new original data on the variability of mitochondrial and chloroplast genomes in soybean (Glycine max (L.) Merr.), a crop of great economic importance widely cultivated in Central Europe, including the Republic of Belarus. Initially, we supposed that the peculiarities of soybean organelle DNA sequence or organization promote certain soybean cultivars to be the best maternal and others, alternatively, the best paternal forms. As a result of the study, new complete nucleotide sequences of chloroplast and mitochondrial genomes of 46 soybean samples were obtained by the next generation sequencing method (NGS) on the Illumina platform. A comprehensive bioinformatic comparative study of intraspecific organelle genome variability in 46 soybean varieties of diverse geographical origin was conducted. Polymorphic loci of genomes were discovered. Data on DNA variability were verified by Sanger sequencing. The spectrum of organelle DNA variability of cultivated soybean was represented by three chloroplast DNA haplotypes (C1-C3) and five mitochondrial DNA haplotypes (M1-M5). A comparatively low level of intraspecific variability of organelle genomes in G. max was revealed. The soybean chloroplast genome had a lower level of sequence variability than the mitochondrial genome. A set of DNA markers for polymorphic loci of organelle genomes was developed, allowing the differentiation of varieties of the studied group into plasmatypes. Additionally, 90 soybean samples from the collection were studied using PCR followed by Sanger sequencing. The low level of intraspecific variability of organelle genomes in G. max was confirmed on the extended group of samples. The majority of cultivars were represented by three plasmatypes - C1/M1, C2/ M2 and C1/M3. 46 complete chloroplast DNA sequences have been deposited in NCBI GenBank. The hypothesis that organelle DNA influences the combining ability of different varieties has not yet been confirmed. A more detailed study of the mechanisms of nuclear-cytoplasmic interaction is required, as well as a search for nuclear markers that affect the expression of organelle genes. Изменчивость геномов клеточных органелл – хлоропластов и митохондрий – является немаловажной компонентой общей изменчивости генома растений. Получено большое количество данных о сравнительных особенностях организации последовательностей органельных ДНК для различных групп растений. В настоящей работе представлены новые оригинальные данные об изменчивости геномов митохондрий и хлоропластов у сои (Glycine max (L.) Merr.), важной хозяйственной и пищевой культуры, широко возделываемой на территории Центральной Европы, в том числе и в Республике Беларусь. Рабочей гипотезой нашего исследования изначально стало предположение: возможно, особенности изменчивости последовательности или структуры ДНК органелл сои определяют способность одних сортов выступать в роли лучших материнских родителей, а других – быть лучшими отцовскими формами. Получены новые полные нуклеотидные последовательности хлоропластного и митохондриального геномов 46 образцов культурной сои с применением метода секвенирования нового поколения (NGS) на платформе Illumina. Выполнено комплексное биоинформатическое сравнительное исследование внутривидовой изменчивости геномов органелл у 46 сортов сои разнообразного географического происхождения. Выявлены полиморфные локусы геномов. Данные об изменчивости ДНК верифицированы секвенированием по Сэнгеру. Спектр изменчивости органельных ДНК, исследованных методом полногеномного секвенирования сортов сои, представлен тремя гаплотипами хлоропластной ДНК (С1–С3) и пятью гаплотипами митохондриальной ДНК (М1–М5). Обнаружен сравнительно низкий уровень внутривидовой изменчивости гено-мов органелл у G. max. Хлоропластный геном сои обладал меньшим уровнем изменчивости последовательности, чем митохондриальный. Разработан набор ДНК-маркеров к полиморфным локусам геномов органелл, позволяющий дифференцировать сорта сои на плазматипы. Методом ПЦР с последующим секвенированием по Сэнгеру дополнительно изучено 90 образцов сои из коллекции. Низкий уровень внутривидовой изменчивости геномов органелл у G. max подтвержден на расширенной группе образцов. Большая часть коллекции была представлена тремя плазматипами – С1/М1, С2/М2 и С1/М3. 46 полных последовательностей хлоропластной ДНК помещено в NCBI GenBank. Гипотеза влияния ДНК органелл на комбинационную способность различных сортов в настоящее время не подтверждена. Требуются более детальное изучение механизмов ядерно-цитоплазматического взаимодействия, поиск ядерных маркеров, влияющих на экспрессию цитоплазматических генов.
An important direction in industrial microbiology is the development of probiotic strains with valuable consumer properties. The probiotic industry is currently one of the most rapidly developing segments of the food and pharmaceutical sectors. Stearic (octadecanoic) acid C18:0 is one of the major metabolites present in the cell-free supernatant of the bacterium Streptococcus thermophilus, which is widely used in the production of fermented dairy products, including yogurt and cheese. S. thermophilus affects not only the texture and sensory properties of products, but also exhibits various probiotic effects, including antioxidant activity, modulation of the gut microbiota, inhibition of certain pathogens, and others. It is assumed that a number of probiotic effects exerted by S. thermophilus may be mediated through octadecanoic acid as one of its main metabolites. Octadecanoic acid C18:0, like other long-chain fatty acids, enters the human body via several mechanisms, including protein-mediated transport and passive diffusion across cell membranes. Inside the cell, octadecanoic acid serves not only as a substrate for the synthesis of triglycerides and other complex lipids, but, as shown in cell-based and in vivo models, also acts as a modulator of signaling and stress responses, including those associated with apoptosis. This is an important aspect of the influence of stearic acid on organism functioning, underpinning its anti-inflammatory and potentially anti-tumor effects. However, the molecular genetic mechanisms by which octadecanoic acid acts as a probiotic on the human organism remain insufficiently understood. In the present study, using our previously developed information - software system ANDSystem (employing machine learning and artificial intelligence for automatic extraction of knowledge from scientific texts and databases), we reconstructed gene networks regulating the intrinsic (mitochondrial) and extrinsic (death receptor-mediated) apoptotic pathways in human cells under the influence of stearic (octadecanoic) acid. To search for metabolites produced by probiotic microorganisms that may have beneficial therapeutic properties, we propose an approach that combines gene network reconstruction with differential gene expression analysis. Using this approach, we show that octadecanoic acid produced by S. thermophilus can control the intrinsic and extrinsic apoptotic pathways primarily via regulation of PTGS2 expression; the results indicate that cyclooxygenase-2 is a key regulator mediating the effect of octadecanoic acid on apoptosis-related genes. Важное направление промышленной микробиологии – создание штаммов пробиотиков, обладающих ценными потребительскими свойствами. Индустрия пробиотиков является одним из наиболее динамично развивающихся сегментов пищевой и фармацевтической промышленности. Стеариновая (октадекановая) кислота C18:0 – один из основных метаболитов в клеточно-свободном супернатанте бактерии Streptococcus thermophilus, широко используемой в производстве различных ферментированных молочнокислых продуктов, включая йогурт и сыр. S. thermophilus влияет не только на текстуру и вкусовые свойства продуктов, но и обладает различными пробиотическими эффектами, в том числе антиоксидантной активностью, модуляцией кишечной микробиоты, ингибированием определенных патогенов и др. Предполагается, что ряд пробиотических эффектов, которыми обладает S. thermophilus, может быть опосредован именно через октадекановую кислоту, как основной метаболит. Октадекановая кислота C18:0, как и другие длинноцепочечные жирные кислоты, поступает в организм человека с использованием различных механизмов белок-опосредованного транспорта и пассивной диффузии через мембрану клеток. В клетке стеариновая кислота не только служит субстратом для синтеза триглицеридов и других сложных липидов, но и, как показано на клеточных и in vivo моделях, является модулятором сигнальных и стресс-ответов, связанных в том числе с апоптозом. Это один из важных аспектов влияния стеариновой кислоты на функционирование организма, определяющий противовоспалительный и потенциально противоопухолевый эффекты. Однако молекулярно-генетические механизмы влияния октадекановой кислоты как пробиотика на организм человека в этом отношении остаются недостаточно изученными. В настоящем исследовании с помощью разработанной нами ранее информационно-программной системы ANDSystem, использующей методы машинного обучения и искусственного интеллекта и предназначенной для автоматического извлечения знаний из научных текстов и баз данных, были реконструированы генные сети регуляции внутреннего (митохондриального) и внешнего (индуцируемого рецепторами смерти) пути апоптоза клеток человека под влиянием стеариновой кислоты. Для поиска метаболитов, продуцируемых пробиотическими микроорганизмами, обладающих полезными терапевтическими свойствами, разработан новый поход, включающий реконструкцию генных сетей и анализ дифференциально экспрессирующихся генов. На его основе было показано, что стеариновая кислота, продуцируемая S. thermophilus, контролирует как внешний, так и внутренний пути апоптоза через регуляцию экспрессии гена PTGS2, кодирующего фермент циклооксигеназу-2. Полученные данные позволяют рассматривать циклооксигеназу-2 как один из центральных регуляторов, опосредующих влияние стеариновой кислоты на экспрессию генов апоптоза. В работе предложен рациональный биоинформатический подход к поиску новых штаммов, обладающих пробиотическим потенциалом, на основе оценки действия продуцируемых ими метаболитов на целевые биологические процессы в клетках человека через реконструкцию генных сетей.
Gene mutations and altered epigenetic regulation of gene expression are characteristic features of malignant neoplasms. Combinations of these abnormalities form molecular features of individual tumors. In the large-scale Dependency Map (DepMap) project, the broad panels of human tumor cell lines are being tested for sensitivity to single gene inactivation. Using DepMap data, we have previously identified a set of genes termed supertargets, the deletion of which significantly reduced the survival of cells of a particular tissue origin while minimally impairing the unrelated cell lines. In the present study, we determined the factors of viability (inhibition of proliferation or death) of cell lines in which the supertarget genes have been deleted. We found that, in 79 % of cases, the reduced survival may be caused by epigenetic changes of gene expression. In the remaining 21 % of cases, it is associated with altered gene structure. Three groups containing different types of gene expression alterations can be distinguished. In the first group, the reduced cell survival correlated with a higher expression of the supertarget gene (e. g., SOX10 and HNF1B). In the second group, a gene different from the deleted supertarget was overexpressed (gene pairs: FOXA1 and SPDEF, TP63 and SERPINB13, etc.). The third group was characterized by correlations between low expression of a certain gene and tumor cell sensitivity (e. g., FAM126A and FAM126B, SMARCA2 and SMARCA4). The genetic changes included GOF mutations (KRAS, BRAF genes, etc.), LOF mutations (STAG1, SMARCA2 genes, etc.), gene fusions (BCR-ABL1, PAX3-FOXO1, etc.), and amplification (CPM, BEST3, etc.). Therefore, many different molecular mechanisms act as predictors of tumor cell response to inhibition of supertarget genes. Мутации генов и изменения эпигенетической регуляции экспрессии генов являются характерными признаками злокачественных новообразований. Сочетания данных нарушений формируют биологические особенности индивидуальных опухолей на молекулярном уровне. Разработка стратегий персонализированного лечения требует глубокого понимания молекулярных «портретов» отдельных опухолей. В рамках крупномасштабного проекта Dependency Map (DepMap) обширные панели линий опухолевых клеток человека тестируются на чувствительность к инактивации отдельных генов. Ранее на основе данных DepMap нами охарактеризованы гены, получившие название «супермишени», при делеции которых существенно снижена жизнеспособность клеток конкретного тканевого происхождения при минимальном нарушении жизнеспособности других линий. В настоящем исследовании определены факторы низкой жизнеспособности (ингибирования пролиферации или гибели) клеточных линий при инактивации генов-супермишеней. В результате установлено, что в 79 % случаев низкая жизнеспособность может быть вызвана эпигенетическими изменениями в экспрессии генов. В остальных случаях (21 %) она вызвана нарушениями структуры генов. Исходя из полученных данных, можно выделить три группы, содержащие разного типа нарушения экспрессии генов. В первой группе низкая жизнеспособность клеток коррелирует с повышением экспрессии гена-супермишени (например, SOX10 и HNF1B). Во второй группе детектируется гиперэкспрессия гена, отличного от делетируемой супермишени (пары генов FOXA1 и SPDEF, TP63 и SERPINB13 и др.). Третья группа характеризуется корреляциями между пониженной экспрессией определенных генов и чувствительностью опухолевых клеток (пары генов FAM126A и FAM126B, SMARCA2 и SMARCA4 и др.). Наблюдаемые генетические изменения включали GOF-мутации (KRAS, BRAF и др.), LOF-мутации (STAG1, SMARCA2 и др.), слияние генов (BCR-ABL1, PAX3-FOXO1 и др.) и амплификации (CPM, BEST3 и др.). Таким образом, разные молекулярные механизмы выступают предикторами ответа опухолевых клеток на ингибирование генов-супермишеней.
Hybridization of different landraces or wild crop species facilitates genetic recombination and leads to the development of improved cultivars, particularly in sexually propagated crops. In contrast, genetic recombination via hybridization in asexually propagated crops like sugarcane (Saccharum spp. hybrid) is challenging due to self or cross incompatibility (low fertility). Such crops can be improved by somaclonal variation, which is achieved by tissue culture techniques. As a major contributor to global sugar and bioethanol production, sugarcane suffers substantial yield loss due to various biotic or abiotic stresses, which may be attributed to its poor resistance mechanism. Despite the potential of in vitro culture techniques, somaclonal variation remains underexplored in sugarcane breeding programs. To address the challenges posed to sugarcane under changing environmental dynamics, this review critically evaluates the role of somaclonal variation in sugarcane variety development, its underlying mechanism, practical applications, and factors affecting its occurrence. This review also discusses the limitations and challenges in the practical implementation of this technique in variety development, resulting in its neglect in modern breeding efforts. The focus on the potential of somaclonal variation, sustained by cutting-edge approaches, can unlock its limitations and fulfill the growing future demands of sugar, biofuel, and bioenergy industries. Гибридизация различных местных сортов или диких видов сельскохозяйственных культур способствует генетической рекомбинации и приводит к созданию улучшенных сортов, в особенности у культур, размножающихся половым путем. В отличие от этого, у культур с бесполым размножением, таких как сахарный тростник (гибрид Saccharum spp.), генетическая рекомбинация посредством гибридизации затруднена из-за само- или перекрестной несовместимости (низкой фертильности). Такие сельскохозяйственные культуры могут быть улучшены за счет сомаклональной изменчивости с помощью методов культуры ткани. Сахарный тростник, являющийся одним из основных источников мирового производства сахара и биоэтанола, из-за недостаточной устойчивости к биотическим и абиотическим стрессовым факторам несет значительные потери урожая. Несмотря на эффективность методов культивирования in vitro, сомаклональная изменчивость остается недостаточно изученной в программах селекции сахарного тростника. Для решения проблем, появляющихся у сахарного тростника в условиях меняющейся динамики окружающей среды, в настоящем обзоре критически оценивается роль сомаклональной изменчивости в создании сортов сахарного тростника, рассмотрены ее основные механизмы, практическое применение и факторы, влияющие на ее возникновение. Кроме того, обсуждаются ограничения и проблемы практического применения этого метода при создании сортов, не позволяющие адекватно использовать его в современных селекционных работах. Использование потенциала сомаклональной изменчивости в сочетании с передовыми технологиями позволит преодолеть данные ограничения и удовлетворить растущие потребности в производстве сахара и биотоплива и в биоэнергетической промышленности.
The SARS-CoV-2 virus continues to evolve and remains a significant public health threat, while the worldwide monitoring and sequencing of its genomic variants provide a unique opportunity to study its evolution and better understand its molecular mechanisms. In our work, we analyze its replication-transcription complex (RTC) over a 5.5- year period (December 2019-July 2025). This complex is significantly more conserved (as any alteration impairing its function prevents viral replication) than the S-protein (directly impacting infectivity and immune evasion) but still dynamically evolving part of the genome. The study focuses on high-frequency substitutions, their temporal behavior, co-occurrence, and structural context. Using genomes from GISAID, we identified 22 amino acid point mutations present in at least 1 % of currently available sequences, analyzed their weekly dynamics, revealed three distinct temporal patterns, and enumerated frequent co-occurring groups (pairs, triplets, and larger sets) within the same genomes. We mapped the affected residues onto an RTC 3D structure and reviewed the literature to examine the reported functional consequences. Notably, all these substitutions were single-nucleotide. One of the mutations, nsp12:G671S, showed a unique dynamic feature: it emerged, dominated globally for months, disappeared twice, and in 2025 reappeared for the 3rd time, always accompanied with other mutations in the RTC. Thus, it was interesting to trace its dynamics as an indicator of probable changes. In addition, our analysis of mutation and variant timelines suggests that the Delta variant may have emerged 7-8 months earlier than commonly reported. Taken together, these results provide a consolidated view of recurrent RTC variation, its temporal classes, co-occurrence, and structural context, underscoring the value of systematic surveillance of nsp7-nsp14 alongside analyses focused on structural proteins. Вирус SARS-CoV-2 остается заметной угрозой для человечества, поскольку продолжает циркулировать и эволюционировать. При этом продолжающийся глобальный мониторинг и накопление геномных данных позволяют детально изучать эволюционные механизмы. В нашей работе мы анализируем репликационно-транскрипционный комплекс (RTC, nsp7–nsp14) – более консервативную, чем S-белок, напрямую связанный с инфекционностью и избеганием иммунитета, но все-таки динамично эволюционирующую часть генома – в течение 5.5-летнего периода (декабрь 2019 г. – июль 2025 г.). Исследование сосредоточено на аминокислотных заменах, присутствующих по крайней мере в 1 % доступных в базе GISAID геномов, их временнóй динамике, совместной встречаемости и структурном контексте. Мы идентифицировали 22 таких точечных аминокислотных замены, проанализировали их недельную динамику, выявили три различных временн’ых паттерна и рассчитали частоты для групп мутаций (пары, тройки и т. д.), одновременно присутствующих в геномах. Примечательно, что все изученные замены были однонуклеотидными. Мы визуализировали аминокислотные остатки, соответствующие рассмотренным мутациям, на трехмерной структуре RTC, описали их особенности и обобщили данные литературы для изучения известных функциональных последствий. Одна из мутаций, nsp12:G671S, продемонстрировала уникальную динамику: она появлялась, доминировала в глобальном масштабе в течение нескольких месяцев, затем исчезала дважды, а в 2025 г. появилась в третий раз. При этом она всегда сопровождалась набором сопутствующих мутаций в комплексе RTC, что делает ее потенциальным индикатором изменений в геноме, т. е. необходимо продолжить отслеживание ее динамики. Кроме того, наш анализ временны’ х линий мутаций и вариантов позволяет предположить, что вариант Дельта мог появиться на 7–8 месяцев раньше, чем принято считать. В совокупности эти результаты дают целостное представление о повторяющихся вариациях в RTC, их временны’ х классах и совместной встречаемости, а также о структурном контексте, подчеркивая ценность систематического мониторинга nsp7–nsp14 наряду с анализом, сфокусированным на структурных белках.
The generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) from peripheral blood T-lymphocytes offers a promising alternative to skin fibroblasts. This approach combines minimally invasive sample collection with rapid isolation of enriched target cell population and provides a lower baseline mutational burden, as T-lymphocytes are shielded from chronic ultraviolet radiation - a major driver of somatic mutations in skin fibroblasts. Objective verification of monoclonality of the resulting iPSC lines is possible due to V(D)J rearrangements in T-cell receptor (TCR) genes, which are formed as a result of somatic recombination in the thymus during the natural maturation of T-lymphocytes. These rearrangements remain unchanged during reprogramming and serve as a unique marker, allowing for reliable identification of monoclonal lines and exclusion of contaminated or polyclonal lines. Reliable verification of the clonal origin of iPSCs can be crucial in experiments that place high demands on genetic homogeneity. This work is dedicated to the generation and comprehensive characterization of monoclonal iPSC lines derived from CD3+ T-lymphocytes of a healthy donor using episomal reprogramming. The resulting lines, RCPCMi014-A (PBM022E5) and RCPCMi014-B (PBM022E7), meet the accepted quality criteria for iPSCs: they demonstrate expression of key pluripotency markers (OCT4, SOX2, SSEA-4, TRA-1-81), the ability to differentiate into derivatives of all three germ layers, and possess a normal karyotype. Both lines showed a high-efficiency capacity to differentiate into definitive endoderm, as assessed by CXCR4 expression, highlighting their potential for developing protocols to generate pancreatic β-cells. The obtained iPSC lines can be used for fundamental research into the mechanisms of pluripotency and differentiation, as well as for creating isogenic iPSC lines with introduced mutations for modeling rare hereditary diseases. Получение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток из Т-лимфоцитов периферической крови представляет собой перспективную альтернативу использованию фибробластов кожи. Этот подход сочетает минимально инвазивный забор биоматериала совместно с быстрым получением обогащенной популяции целевых клеток. Дополнительным преимуществом является относительно низкий мутационный груз T-лимфоцитов по сравнению с традиционным источником соматических клеток для репрограммирования – фибробластами кожи, ввиду того что Т-лимфоциты защищены от хронического воздействия ультрафиолетового излучения – одного из ключевых факторов накопления соматических мутаций. Объективная верификация моноклональности полученных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток возможна благодаря наличию V(D)J-перестроек генов Т-клеточного рецептора, формирующихся в результате соматической рекомбинации в тимусе в процессе естественного созревания Т-лимфоцитов. Эти перестройки остаются неизменными при репрограммировании и служат уникальным маркером, позволяющим достоверно идентифицировать моноклональные линии и исключать контаминированные линии или линии поликлонального происхождения. Надежная верификация клонального происхождения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток может быть важной в экспериментах, предъявляющих высокие требования к генетической однородности. Данная работа посвящена созданию и комплексной характеристике моноклональных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из CD3+ Т-лимфоцитов здорового донора методом эписомного репрограммирования. Полученные линии RCPCMi014-A (PBM022E5) и RCPCMi014-B (PBM022E7) соответствуют принятым критериям качества для индуцированных плюрипотентных стволовых клеток: они демонстрируют экспрессию ключевых маркеров плюрипотентности (OCT4, SOX2, SSEA-4, TRA-1- 81), способность к дифференцировке в производные всех трех зародышевых листков и обладают нормальным кариотипом. Обе линии показали способность к дифференцировке в дефинитивную эндодерму с высокой эффективностью, оцененной по экспрессии CXCR4, что определяет их перспективность для разработки протоколов генерации β-клеток поджелудочной железы. Полученные линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток могут быть использованы для фундаментальных исследований механизмов плюрипотентности и дифференцировки, а также для создания изогенных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток с внесенными мутациями при моделировании редких наследственных заболеваний.
Picobirnaviruses (PBVs), members of the Picobirnaviridae family, are found in a wide range of hosts, including eukaryotes (both higher and lower), fungi, and bacteria. However, scientists are unsure about their "true master" or primary host. While often found in animals, including cases of gastroenteritis, they are also detected in environmental samples and have shown genetic links to bacterial and fungal viruses. The lack of a reliable cell culture or animal model for PBV propagation further complicates determining their host specificity. Due to the discovery of prokaryotic regions (motifs) in segments of the PBV genome, it was suggested that their hosts are prokaryotic. However, even this discovery did not pin one specific host to PBVs; since then PBV-like genomes not characteristic of the studied PBV strains, with a mitochondrial genetic code characteristic of lower eukaryotes (molds and invertebrates), were discovered. And recently, a new version of the origin of PBVs from vertebrate viruses and fungi has appeared, denying their phage nature. To understand the nature of genetically diverse PBV strains detected in different organisms, researchers were guided by information about the presence of motifs specific to the viral family in the genome, the genetic code used, and the method of distribution. Recent research suggests that PBVs, previously thought to have a vertebrate origin, may have also evolved from fungal sources denying their phage nature. Some PBV-like sequences have been found to utilize the fungal mitochondrial genetic code, indicating a possible fungal origin or a close relationship with fungal viruses like mitoviruses. This discovery challenges the previously held view of PBVs as exclusively vertebrate viruses and suggests a more complex evolutionary history. The information available today inspires confidence in the imminent conclusion of the ongoing discussion about the possible PBV hosts. In particular, a hypothesis has recently emerged demonstrating a possible mechanism for the replacement of the genetic code in RNA viruses, which makes it possible to explain the origin of PBV forms with the mitochondrial genetic code capable of reproduction in cells of lower eukaryotes using the example of phages. However, an evolutionarily deterministic model demonstrating the path of PBV formation with the genetic code of mold and invertebrate cells has not yet been presented. According to the authors of this review, this evolutionary path is due to the endosymbiotic relationships between the putative PBV hosts, contributing to the horizontal virus spread. The purpose of this review article is to attempt to describe a possible path of formation from the ancestral PBV form and its derived evolutionary forms, some of which inherited a genome with a prokaryotic motif and a standard genetic code, while others acquired a non-standard form of the genome with the code of lower eukaryotes. This review article focuses on the leading role of horizontal transmission in the formation of non-standard intermediate PBV forms. Пикобирнавирусы (ПБВ) из семейства Picobirnaviridae находят у самых разных хозяев – высших и низших эукариот, а также в грибах и бактериях. Однако среди ученых в отношении ПБВ на сегодняшний день нет однозначного понимания, кто является их истинным хозяином. Принадлежность ПБВ к вирусам высших эукариот не доказана, поскольку не подобраны ни культура животных клеток для их размножения, ни животное-гнотобионт. В связи с обнаружением прокариотических участков (мотивов) в сегментах генома ПБВ было высказано предположение о прокариотической природе их хозяев. Однако и это открытие не закрепило одного конкретного хозяина за ПБВ, так как затем были обнаружены ПБВ-подобные геномы, не характерные для изученных штаммов ПБВ, – с митохондриальным генетическим кодом, свойственным низшим эукариотам (плесени и беспозвоночным). А недавно появилась новая версия происхождения ПБВ от вирусов позвоночных и грибов, отрицающая их фаговую природу. Для понимания природы генетически разнородных штаммов ПБВ, обнаруженных у разных организмов, исследователи руководствовались информацией о присутствии специфических для вирусного семейства мотивов в геноме, используемом генетическом коде и способе распространения. Существующая в настоящее время информация вселяет уверенность в скором завершении продолжающейся дискуссии о возможных хозяевах ПБВ. В частности, недавно появилась гипотеза, демонстрирующая вероятный механизм замены генетического кода у РНК-вирусов, которая позволяет объяснить происхождение форм ПБВ с митохондриальным генетическим кодом, способных к репродукции в клетках низших эукариот на примере фагов. Однако еще не представлена эволюционно детерминированная модель, демонстрирующая путь формирования ПБВ с генетическим кодом клеток плесени и беспозвоночных. Этот эволюционный путь в представлении авторов данного обзора обусловлен эндосимбиотическими отношениями между предполагаемыми хозяевами ПБВ, способствующими горизонтальному распространению вируса. Цель нашей статьи – попытка описания возможного пути формирования из предковой формы ПБВ ее производных эволюционных форм, одни из которых унаследовали геном с прокариотическим мотивом и стандартным генетическим кодом, а другие обрели нестандартную форму генома с кодом низших эукариот. В статье делается акцент на ведущей роли горизонтальной передачи в формировании нестандартных промежуточных форм пикобирнавирусов.
The genetic structure was studied using five ISSR markers in 44 individuals of samples obtained from eight coenopopulations (CPs) of Caragana jubata (Pall.) Poir. in the mountainous conditions of Central Asia - in the Western Pamirs and Inner Tien Shan (Kyrgyzstan) and in Southern Siberia - in Altai (Republic of Altai), Western (Republic of Tyva) and Eastern (Republic of Buryatia) Sayan. We studied the species in a range of geographical distances of more than 2,500 km and in the range of absolute altitudes of 1,570-3,680 m. Caragana jubata is listed in the Red Data Books of eight subjects of the Russian Federation. The species population is declining, including due to anthropogenic impact. The aim of the current work is to identify genetic diversity and heterogeneity in C. jubata coenopopulations depending on their geographic and altitudinal confinement in the mountains of Central Asia and Southern Siberia. It was shown that in undisturbed locations, the studied CPs of this species were characterized by a high number of individuals and by the occupied area of more than 100 m2. Almost every sample from the C. jubata CP studied by us (except for representatives from CP7) contained genotypes possessing unique DNA fragments. The highest proportion of such genotypes (75 %) was found in the sample from CP3 (Inner Tien Shan, Teskey-Ala-Too Ridge, absolute altitude 2,550 m). We did not find unique fragments in the genotypes of individuals from the studied sample of CP7 (Western Sayan, Republic of Tuva). Anthropogenic impact on plants at this location is a possible reason for that. The revealed predominance of intrapopulation genetic variability over interpopulation genetic variability in samples from eight C. jubata CPs studied by us may indicate the stability of representatives of this species within the parts of the range studied by us. Исследована генетическая структура по пяти ISSR-маркерам у 44 особей в выборках из восьми ценопопуляций (ЦП) Caragana jubata (Pall.) Poir. в горных условиях Центральной Азии – на Западном Памире и Внутреннем Тянь-Шане (Кыргызстан) и в Южной Сибири – на Алтае (Республика Алтай), Западном (Республика Тыва) и Восточном (Республика Бурятия) Саяне. Вид изучен в диапазоне географических расстояний, составляющих более 2.5 тыс. км и в диапазоне абсолютных высот 1570–3680 м. Caragana jubata занесена в Красные книги восьми субъектов Российской Федерации. Цель настоящей работы – выявление генетического разнообразия и гетерогенности в ЦП C. jubata в зависимости от их географической и высотной приуроченности в горах Центральной Азии и Южной Сибири. Исследования показали, что в ненарушенных местонахождениях изученные ЦП этого вида характеризовались высокими параметрами численности особей и занимали площадь более 100 м2. Практически в каждой изученной нами выборке из ЦП C. jubata (кроме представителей из ЦП7) обнаружено наличие генотипов, содержащих уникальные фрагменты ДНК. Наибольшая доля (75 %) таких генотипов установлена в выборке из ЦП3 (Внутренний Тянь-Шань, хр. Тескей-Ала-Тоо, абсолютная высота 2550 м). Нами не найдено уникальных фрагментов в генотипах у особей из исследованной выборки в ЦП7 (Западный Саян, Республика Тыва). Возможная причина – антропогенное воздействие на растения в данном местонахождении. Выявленное преобладание внутрипопуляционной генетической изменчивости над межпопуляционной в выборках из восьми изученных ЦП C. jubata может свидетельствовать об устойчивости представителей этого вида в пределах исследованных нами частей ареала.
Studying the molecular mechanisms underlying autism spectrum disorders (ASD) requires cellular models capable of capturing cis-regulatory effects and allele-specific gene expression. In this study, we present an approach for generating induced pluripotent stem cells (iPSCs) modified using an adenine base editor (ABE) to introduce synonymous single-nucleotide substitutions in the AUTS2 gene - a candidate involved in ASD pathogenesis. These substitutions serve as allele-specific markers, enabling the tracking of expression differences between normal and rearranged alleles in a cis-regulatory context. We developed a high-efficiency strategy for genotyping clones using amplicon-based next-generation sequencing (NGS). Analysis of over 100 subclones demonstrated that this approach surpasses Sanger sequencing in scalability, sensitivity, and cost-effectiveness. We selected clones with targeted heterozygous substitutions, assessed mosaicism levels, and performed phasing with germline heterozygous variants to confirm monoclonal origin and identify the allele carrying the chromosomal rearrangement. The resulting iPSC lines mark distinct AUTS2 alleles, providing a foundation for analyzing the impact of cis-regulatory elements on gene expression across different cell types. Our findings highlight the practical value of base editors and targeted NGS genotyping in creating cellular models with single-nucleotide substitutions for both basic and applied research. Изучение молекулярных механизмов, лежащих в основе расстройств аутистического спектра (РАС), требует создания клеточных моделей, способных отражать цис-регуляторные эффекты и аллель-специфичную экспрессию генов. В настоящем исследовании мы представляем подход к получению индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), модифицированных с использованием аденинового редактора оснований (ABE), для введения синонимичных однонуклеотидных замен в ген AUTS2 – кандидата на участие в патогенезе РАС. Эти замены позволяют маркировать аллели и отслеживать различия в экспрессии нормального и реорганизованного аллелей в цис-контексте. Мы разработали стратегию высокоэффективного генотипирования клонов с использованием секвенирования продуктов ПЦР (ампликонов) на платформе нового поколения (NGS). Анализ более 100 субклонов показал, что предложенный подход превосходит секвенирование по Сэнгеру по масштабируемости, чувствительности и экономичности. Мы отобрали клоны с целевыми гетерозиготными заменами, оценили уровень мозаицизма и провели фазирование с герминальными гетерозиготными вариантами, позволяющее убедиться в моноклональном происхождении клеточной линии или идентифицировать аллель, ассоциированный с мутацией. Полученные линии ИПСК маркируют разные аллели гена AUTS2, что открывает перспективу анализа влияния цис-регуляторных элементов на экспрессию гена в различных типах клеток. Результаты работы подчеркивают практическую значимость редакторов оснований и целевого NGS-генотипирования при создании клеточных моделей с однонуклеотидными заменами для фундаментальных и прикладных исследований.
The pear is one of the most famous pome crops. It occupies about 7 % of the total area of perennial fruit crops in Russia. Orchard plantings are predominantly composed of foreign European cultivars. Spring frosts, which are typical for the southern regions of the country, lead to significant crop losses. This study determined the response characteristics of pear flower buds to low-temperature stress. The Crimean cultivar Dzhankoyskaya Pozdnyaya, two cultivars - Leven and Flamenco - of Krasnodar selection and the interspecific hybrid Kieffer were investigated. Flower buds at different developmental stages were exposed to a climatic chamber for 12 hours at temperatures -1.5…-2 °C. After stress exposure, the activity of certain antioxidant enzymes was determined, along with the content of phenolic compounds, malondialdehyde, and the gene expression level of its enzymes and proteins involved in cold adaptation. It was revealed that the autumn-ripening cultivar Kieffer, under conditions of the Krasnodar region, begins to bloom earlier than other studied cultivars, making it more susceptible to recurrent frosts. This is evidenced by high values of malondialdehyde and the activity level of superoxide dismutase. The Russian cultivars, Leven (winter cultivar) and Flamenco (summer cultivar), showed the highest activity of peroxidase and gene expression of PcDREB2, PcCAP160, PcCOR413, PcPOX1, with a reduced level of malondialdehyde. These cultivars typically emerged from dormancy later compared to Kieffer. The Crimean winter-ripening cultivar was closer to the interspecific hybrid in terms of the studied parameters but showed lower enzyme activity and gene expression levels. The obtained results suggest that under pear cultivation conditions in the southern region of the country, where spring frosts are possible, cultivars with flowering starting in the second-to-third decade of April and high indicators of antioxidant enzyme activity (primarily peroxidase) and gene expression levels of PcDREB2, PcCAP160, and PcCOR413 demonstrate greater resistance. Хорошо известная семечковая культура – груша – на территории России занимает около 7 % общих площадей насаждений многолетних плодовых культур. Основную долю грушевых садов составляют зарубежные европейские сорта. Возвратные заморозки, которые характерны для южных регионов страны в весенний период, приводят к значительным потерям урожая. В настоящей работе изучены особенности ответных реакций цветочных почек сортов груши на низкотемпературный стресс. Исследовали крымский сорт Джанкойская поздняя, два краснодарских сорта Левен и Фламенко, а также межвидовой гибрид Киффер. Цветочные почки на разных стадиях развития промораживали в климатической камере в течение 12 ч при температуре –1.5…–2.0 °С. После стресса определяли активность некоторых ферментов антиоксидантной системы, содержание фенольных соединений, малонового диальдегида и уровень экспрессии генов тех же ферментов и белков, участвующих в холодовой адаптации. Выявлено, что осенний сорт Киффер в условиях Краснодарского края быстрее других изученных сортов начинает цвести, вследствие чего наиболее подвержен воздействию возвратных заморозков, о чем свидетельствуют высокие значения малонового диальдегида и уровень активности супероксиддисмутазы. Отечественные сорта Левен (зимний сорт) и Фламенко (летний) обладали самыми высокими показателями активности пероксидазы и экспрессии генов PcDREB2, PcCAP160, PcCOR413, PcPOX1 на фоне сниженного уровня малонового диальдегида. Как правило, данные сорта позднее выходили из состояния покоя по сравнению с сортом Киффер. Крымский сорт зимнего срока созревания был ближе по исследуемым параметрам к межвидовому гибриду, но отличался меньшими показателями ферментативной активности и экспрессией рассматриваемых генов. Полученные результаты позволяют заключить, что в условиях произрастания груши на территории южного региона страны, где возможны возвратные заморозки в весенний период, большей физиологической устойчивостью обладают сорта с началом цветения во второй-третьей декадах апреля, характеризующиеся высокими показателями антиоксидантной ферментативной активности, в первую очередь пероксидазы, и уровнем экспрессии генов PcDREB2, PcCAP160 и PcCOR413.
Intraspecific infertility, the nature of which is not always understood, occurs in many eukaryotes. Intraspecific PM hybrid dysgenesis (PM HD) in Drosophila melanogaster manifests in one cross direction as offspring infertility and other genetic disorders due to incompatibility between the maternal cytoplasm and the paternal genome. PM HD is believed to result from a massive transposition of the P-element when the maternal cytoplasm lacks a repressor to block it. In this work, we have investigated the distribution of the P transposon and blood retrotransposon in the reference PM HD strains (Canton-S and Harwich), which have been maintained in different laboratories for several decades. P-element distribution patterns vary among Harwich sub-strains, indicating that the P-element was translocated in these genomes. The rate of movement of the P-element, which was not induced by crosses, is comparable to the rate of movement of other DNA transposons. The distribution pattern of the low-active blood retrotransposon in Harwich sub-strains is more stable than that of the P-element, indicating genetic relatedness between sub-strains. Derivatives of the P-element detected in some Canton-S sub-strains possibly indicate genetic contamination. The significant difference in the blood transposable element distribution pattern in Canton-S sub-strains also indicates genetic heterogeneity among them. Despite the complex genealogy of the studied sub-strains, including cases of possible genetic contamination, and differences in P-element distribution, the ability to express PM HD symptoms is preserved in the studied sub-strains. Внутривидовое бесплодие, природа которого не всегда понятна, встречается у многих эукариот. Внутривидовой PM гибридный дисгенез (РМ ГД) у Drosophila melanogaster проявляется в одном из направлений скрещивания в бесплодии потомства и некоторых других генетических нарушениях в результате несовместимости между материнской цитоплазмой и отцовским геномом. Считается, что PM ГД является результатом массового перемещения P-элемента, если материнская цитоплазма не имеет репрессора, блокирующего его перемещение. В данной работе мы исследовали распределение P-элемента в отводках референсных для PM ГД линиях (Canton-S и Harwich), которые долгое время содержались в разных лабораториях. Паттерны распределения P-элемента различались в разных отводках Harwich. Скорость перемещения P-элемента, не индуцированная скрещиваниями, сопоставима со скоростью перемещения других ДНК-транспозонов. Паттерн распределения малоактивного ретротранспозона blood в производных линии Harwich был более стабильным по сравнению с Р-элементом, что свидетельствует о генетическом родстве между отводками. В некоторых отводках линии Canton-S были обнаружены следы P-элемента, что может указывать на генетическое загрязнение. Значительная разница в паттерне распределения транспозона blood в отводках линии Canton-S также говорит о генетической гетерогенности отводков. Несмотря на сложную генеалогию отводков исследованных линий, включающую случаи возможного генетического загрязнения, и различия в распределении P-элементов, способность проявлять симптомы PM ГД у исследованных отводков сохраняется. Мы показали, что все изученные производные Canton-S имеют сильный M-цитотип, а все отводки Harwich – индуцирующий P-цитотип.
Transcriptomics of severe COVID-19. Транскриптомика тяжелой формы COVID-19.
Two series of tests were performed, on mice and rats, to assess the lifespan of old animals reinfused with bone marrow cells from old animals treated with fragmented human DNA (hDNAgr), recombinant human angiogenin, and both preparations together. Animals reinfused with untreated bone marrow cells from old animals or bone marrow cells from young animals were used as comparison groups. Using both outbred mice and CBA/Lac mice, no significant increase in the lifespan of animals reinfused with bone marrow cells treated with the hDNAgr was found compared with the group of mice reinfused with untreated bone marrow cells. Using the CBA/Lac line, mice reinfused with bone marrow cells treated with angiogenin simultaneously died of the characteristic symptom complex at 10 months after treatment. Pathomorphological analysis suggests that the simultaneous death of mice occurred as a result of pathological disorders in the excretory systems of animals. Reinfusion of bone marrow cells from old animals treated with angiogenin and hDNAgr and bone marrow cells taken from young animals significantly increases the lifespan of mice in groups. The combined use of two activators, angiogenin and hDNAgr, increased the average lifespan of 30 % of experimental mice to 35 months compared to 28 months in the control. Using Wistar rats as model animals in the first experiment, a reliable increase in the lifespan of rats with reinfusion of bone marrow cells from old animals treated with the hDNAgr preparation to 28 months was shown compared to the group that received untreated bone marrow cells from old animals, where the average lifespan of rats was 24 months. In the second similar experiment, no reliable difference in the lifespan of rats for the two groups was shown. Animals injected with bone marrow cells treated with angiogenin lived significantly longer than rats from the control group. The analysis of the amount of telomeric DNA in bone marrow cells of rats from the experimental and control groups 12 months after treatment showed that there was no significant increase in telomeric DNA. A molecular/cellular model of aging of the organism associated with the concept of "natural reconstruction of the genome" is considered. Проведены две серии тестов (на мышах и крысах) по оценке продолжительности жизни старых животных, которым были реинфузированы клетки костного мозга старых животных, обработанные фрагментированной ДНК человека (hDNAgr), ангиогенином рекомбинантным человеческим и двумя препаратами совместно. В качестве групп сравнения использовались животные, которым реинфузировали необработанные клетки костного мозга старых животных или клетки костного мозга от молодых особей. В случае как аутбредных мышей, так и мышей линии CBA/Lac не выявлено достоверного увеличения продолжительности жизни животных при реинфузии клеток костного мозга, обработанных препаратом hDNAgr, по сравнению с группой мышей, которым реинфузировали необработанные клетки костного мозга. При использовании линии CBA/Lac мыши, которым реинфузировали клетки костного мозга, обработанные ангиогенином, на 10-й месяц после обработки одновременно пали от характерного симптомокомплекса. Патоморфологический анализ предполагает, что одновременная гибель мышей произошла в результате патологических нарушений в выделительных системах животных. Реинфузия клеток костного мозга от старых животных, обработанных ангиогенином и hDNAgr, и клеток костного мозга, взятых от молодых животных, значительно увеличивает продолжительность жизни мышей в группах. Совместное применение двух активаторов, ангиогенина и hDNAgr, увеличивало среднюю продолжительность жизни 30 % экспериментальных мышей до 35 мес. при 28 мес. в контроле. При использовании в качестве модельных животных крыс линии Вистар в первом эксперименте было показано достоверное увеличение жизни крыс при реинфузии клеток костного мозга старых животных, обработанных препаратом hDNAgr, до 28 мес. по сравнению с группой, получавшей необработанные клетки костного мозга старых животных, где средняя продолжительность жизни крыс составила 24 мес. Во втором аналогичном эксперименте достоверной разницы в продолжительности жизни крыс для указанных двух групп показано не было. Животные, которым вводили клетки костного мозга, обработанные ангиогенином, прожили достоверно дольше, чем крысы из контрольной группы. Проведенный анализ количества теломерной ДНК в клетках костного мозга крыс экспериментальных и контрольной групп через 12 мес. после обработки свидетельствовал, что достоверного увеличения теломерной ДНК не произошло. Рассматривается молекулярная/клеточная модель старения организма, связанная с концепцией «природной реконструкции генома».