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.
The question on the reproducibility of evolutionary processes is primarily of fundamental importance; however, with the development of methods for modeling evolutionary processes on computer multilevel models, an answer to this question is necessary to clarify the status of the predictions obtained. Experimental obtaining of ensembles of evolutionary outcomes for subsequent statistical processing on real biological systems seems to be impracticable. At the same time, the results obtained on multilevel computer models are difficult to interpret due to their complexity and the dependence of modeling results on a variety of parameters. This work is aimed at identifying common properties of evolving systems using a simple heuristic model based on transparent general principles and ideas about the key properties of biological systems that are important for the evolutionary process. Agents undergoing evolutionary changes are recurrent neural networks with a well-defined structure, a given function, and a specific rule for modifying the structure in the direction of maximum fitness. A separate instance of a neural network formed during the evolutionary process is called neural network model object (NNMO). Computational experiments have been carried out to generate ensembles of NNMO structures performing a given function, and the patterns of NNMO distribution in the structural space have been analyzed. This analysis confirms the presence of functional symmetry in the structure of NNMOs performing the same function. An assessment of the stability and reproducibility of individual evolutionary trajectories has been carried out. It is shown that under certain constraints leading to a reduction of the complexity of the NNMO structure (analogous to a narrow environmental specialization), the final NNMO structures may be close, but not identical. This suggests an inaccurate reproduction of the evolution of the structure with functional equivalence. Nevertheless, it can be argued that in the general case, the very ability for evolutionary change is possible with the redundancy of the potential complexity of the structure over the functional complexity and automatically entails a multiplicity of evolutionary outcomes based on the fact that the same function can be implemented by different, but functionally invariant structures. Вопрос о воспроизводимости эволюционных процессов имеет в первую очередь фундаментальное значение, однако с развитием методов моделирования эволюционных процессов на компьютерных многоуровневых моделях ответ на этот вопрос необходим для прояснения статуса получаемых прогнозов. Экспериментальное получение ансамблей эволюционных исходов для последующей статистической обработки на реальных биологических системах представляется неосуществимым. В то же время прогнозы, сгенерированные многоуровневыми компьютерными моделями, вследствие их сложности и зависимости результатов моделирования от множества параметров с трудом поддаются интерпретации. Данная работа направлена на выявление общих свойств эволюционирующих систем с помощью простой эвристической модели, построенной на прозрачных общих принципах и представлениях о ключевых свойствах биологических систем, значимых для эволюционного процесса Агенты, претерпевающие эволюционные изменения, являются рекуррентными нейронными сетями с четко определенной структурой, заданной функцией и определенным правилом модификации структуры в направлении максимальной приспособленности. Отдельный экземпляр нейронной сети, формируемой в ходе эволюционного процесса, назван нейросетевым модельным объектом (НМО). В работе проведены вычислительные эксперименты по генерации ансамблей структур НМО, выполняющих заданную функцию, и проанализированы закономерности распределения НМО в структурном пространстве. Этот анализ подтверждает наличие функциональной симметрии структуры НМО, выполняющих одну и ту же функцию. Оценены устойчивость и воспроизводимость индивидуальных эволюционных траекторий. Показано, что при определенных ограничениях, приводящих к редукции сложности структуры НМО (аналог – узкая экологическая специализация), финальные структуры НМО могут быть близки, но не идентичны. Это позволяет говорить о неточном воспроизведении эволюции структуры на фоне функциональной эквифинальности. Тем не менее можно утверждать, что в общем случае сама способность к эволюционным изменениям реализуется при избыточности потенциальной сложности структуры над функциональной сложностью и автоматически влечет за собой множественность эволюционных исходов, основанную на том, что одна и та же функция может реализовываться различными, но функционально инвариантными структурами.
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.
The imperative to re-analyze existing public sequencing data is central to modern biology, driven by new hypotheses and advanced analytical methods. However, this effort is critically hampered by the profound heterogeneity of repository data, particularly the non-standardized, free-text descriptions of biological experiments. This lack of structural and semantic homogeneity prevents systematic search, integration, and comparative analysis, effectively locking away the full potential of accumulated datasets. Advances in Natural Language Processing (NLP) offer a pivotal pathway to overcome this bottleneck by transforming unstructured text into computable, homogeneous information. The integrated Entrez database system, maintained by the National Center for Biotechnology Information (NCBI), provides sophisticated programmatic access via an API to primary sequencing data and its associated metadata, including detailed experimental descriptions. This interface enables researchers to identify and retrieve relevant data through keyword searches, including those based on gene names, and to apply modern NLP techniques to transform textual metadata into structured information. The output is formatted data ready for integration into local databases, accompanied by a systematic list of links for downloading primary files. The Alembic software package offers a comprehensive and automated solution for the entire workflow. Designed as a locally deployable client-server system, Alembic incorporates state-of-the-art transformer-based AI algorithms for analyzing the biomedical text that accompanies sequencing data. Its core utilizes the openly available AIONER platform, which is built upon the PubMedBERT model trained on the PubMed repository, to ensure efficient and accurate recognition of biomedical named entities (e. g., genes, diseases). This provides users with structured and meaningful keyword search results. By delivering a curated list of datasets, Alembic streamlines the path from search to analysis. Researchers can efficiently identify high-value targets and obtain a complete package of metadata and primary data to construct a tailored local repository. This positions Alembic as a universal solution that overcomes the fragmented approach of existing tools, offering an integrated workflow for diverse public sequencing data. Развитие технологий высокопроизводительного секвенирования и методов анализа больших данных создает устойчивую потребность в повторном анализе накопленной в открытых репозиториях гетерогенной информации. Серьезной проблемой при этом остается преобладание свободного текстового описания биологических экспериментов, что затрудняет продуктивный поиск, систематизацию и дальнейшее использование соответствующих наборов данных. Прогресс в области искусственного интеллекта, особенно в развитии методов обработки естественного языка (natural language processing, NLP), обуславливает новые методологические возможности для эффективного решения этой задачи. Интегрированная система баз данных Entrez, поддерживаемая Национальным центром биотехнологической информации США (NCBI), предоставляет развитый и надежный доступ как к исходным данным секвенирования, так и к сопутствующей метаинформации, включающей детальное описание параметров экспериментов, через программный интерфейс (application programming interface, API). Это позволяет идентифицировать и загружать данные секвенирования и соответствующие им метаданные с описаниями экспериментов, используя поиск по ключевым словам и различным терминам, таким, например, как имена генов, в репозиториях; преобразовывать и систематизировать текстовые описания с применением современных NLP-методов и обеспечивать исследователям структурированную информацию для интеграции в локальные базы данных и форматированный перечень ссылок для загрузки исходных данных. Программный пакет Alembic предлагает комплексное решение для поиска и загрузки данных, автоматизируя все указанные этапы. Платформа использует клиент-серверную архитектуру и предназначенa для локальной установки. Для анализа биомедицинских текстов, сопровождающих данные секвенирования, в Alembic интегрированы современные алгоритмы искусственного интеллекта на основе архитектуры трансформеров. В частности, используется имеющаяся в открытом доступе платформа AIONER, обученная на данных репозитория PubMed с помощью модели PubMedBERT. Такой подход обеспечивает эффективное распознавание именованных сущностей (named entity recognition, NER) биомедицинского характера (гены, заболевания и др.), предоставляя пользователю структурированные результаты поиска по ключевым словам. Формируемый пакетом список дает возможность исследователю анализировать результаты, отбирать наиболее релевантные наборы данных и получать всю необходимую информацию (включая исходные данные) для создания локального репозитория, ориентированного на конкретную исследовательскую задачу. В отличие от имеющихся аналогов, Alembic является универсальным решением для интеграции данных из репозиториев открытого доступа и работы с разнородными типами данных секвенирования.
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.
In the process of adaptation to cold in humans, genes belonging to the thyroid system signaling pathways that regulate thermogenesis, energy expenditure, and metabolic rearrangements are implicated. One such gene is the THRB gene, which encodes the nuclear receptor TRβ, with which the thyroid hormone triiodothyronine (T3) interacts. The activity of thermogenin UCP1 is influenced by the concentration of TRβ-T3 complexes, which serve to uncouple oxidative phosphorylation in mitochondria, thereby enhancing heat production. Consequently, thyroid hormone receptors have been demonstrated to play a significant role in adaptive thermogenesis. In the present study, we conducted a comprehensive analysis of published data on the THRB gene polymorphism in Siberian indigenous populations, with the objective of identifying potential associations between polymorphism variants and adaptation to cold. The analysis of exon and adjacent noncoding regions of the THRB gene revealed a single nucleotide substitution in the protein-coding region (synonymous substitution in the locus rs3752874). All other nucleotide substitutions were detected primarily in 3'-untranslated regions and introns. Analysis of the THRB haplotype distribution revealed two Koryak-specific haplotypes characterized by the rs762175401-A substitution. The results of population screening demonstrated that this substitution is prevalent among the Koryak population, with a frequency of 13.8 %, and is also present in the Siberian Eskimo population. However, in other global populations, the frequency of the rs762175401-A substitution does not exceed 0.05 % (in the Japanese and Koreans) or has even lower values (less than 0.02 %). The analysis of the nucleotide sequence of the THRB gene indicates that the rs762175401 locus is situated in the 3'-untranslated region at position +2 from the terminating codon. It is plausible that this substitution may have led to alterations in translation termination efficiency. In the case of enhanced termination efficiency, it is conceivable that it contributed to an elevated rate of protein synthesis, thereby resulting in an increase in the concentration of TRβ-T3 complexes. The higher frequency of the rs762175401-A variant in the Koryak and Eskimo populations, representing the oldest populations of Northeastern Siberia, is assumed to be due to long-term adaptation of these populations to cold. В процессах адаптации к холоду у человека задействованы гены, входящие в сигнальные пути тиреоидной системы, которыми регулируются термогенез, энергетические затраты и метаболические перестройки. Один из таких генов – THRB, кодирующий ядерный рецептор TRβ, с которым взаимодействует гормон щитовидной железы – трийодтиронин (T3). От концентрации комплексов TRβ-T3 зависит активность термогенина UCP1, с помощью которого происходит разобщение окислительного фосфорилирования в митохондриях и усиливается производство тепла. Таким образом, рецепторы тиреоидных гормонов играют важную роль в адаптивном термогенезе. В настоящей работе нами впервые проведен анализ опубликованных данных о полиморфизме гена THRB в популяциях коренного населения Сибири с целью поиска вариантов полиморфизма, потенциально связанных с адаптацией к холоду. Анализ полиморфизма экзонов и прилегающих некодирующих участков гена THRB показал наличие всего одной нуклеотидной замены в белок-кодирующей области (синонимичная замена в локусе rs3752874), все остальные нуклеотидные замены выявлены преимущественно в 3’-нетранслируемых участках и интронах. Анализ распределения гаплотипов гена THRB позволил обнаружить два специфичных для коряков гаплотипа, характеризующиеся заменой rs762175401-A. Популяционный скрининг показал, что эта замена распространена среди коряков с частотой 13.8 %, а также присутствует у сибирских эскимосов, хотя в остальных группах населения мира частота замены rs762175401-A не превышает 0.05 % (у японцев и корейцев) или имеет еще более низкие значения (менее 0.02 %). Анализ нуклеотидной последовательности гена THRB показывает, что локус rs762175401 находится в 3’-нетранслируемой области в позиции +2 от терминирующего кодона. Вполне вероятно, что эта замена могла привести к изменениям в эффективности терминации трансляции и в случае повышения эффективности терминации способствовала увеличению скорости синтеза белка и, соответственно, концентрации комплексов TRβ-T3. Предполагается, что повышение частоты варианта rs762175401-A у коряков и эскимосов, представляющих древнейшее население Северо-Востока Сибири, обусловлено долговременной адаптацией популяций к холоду.
The black bog ant Formica picea complex is widespread from the Atlantic to the Pacific coasts of Eurasia. This complex was earlier believed to consist of one or two species (F. picea and F. candida). However, molecular analysis suggested that it includes three cryptic species. One is F. picea from Europe, another, F. candida, is currently known exclusively from Kyrgyzstan, while the third one, temporarily designated here as Formica sp., inhabits the easternmost part of Eurasia from China to Kamchatka. It is unknown how F. picea and Formica sp. are distributed in Siberia and whether their ranges intersect. Here we studied a sample of this complex from Siberia using mtDNA and found that their ranges overlap. The distribution of Formica sp. extends from the south of West Siberia, including Altai, to China, and the Russian Far East. No phylogeographic structure was detected, suggesting their recent dispersal from a single source. F. picea was found as far as East Siberia, but was relatively rare. While the European and West Siberian populations were genetically closely related, the specimens from Zabaykalsky Krai differed, suggesting a putative East Siberian refugium. We also determined that ecologically F. picea inhabits peat bogs in lowland areas and grassy communities above the tree line in the European mountains; in Altai, it is found in mountain steppes, while in Transbaikalia, in waterlogged areas along riverbanks. Formica sp. thrives in dry steppes and low riverbanks, but avoids bogs. Thus, F. picea and Formica sp. differ genetically, and have different distribution ranges, as well as habitat preferences. This supports the opinion that Formica sp. should be recognized as a distinct species. Комплекс Formica picea, или черный болотный муравей, широко распространен по всему северу Евразии, от Испании и Ирландии до побережья Тихого океана и Тибета, примерно между 35 и 66.5° северной широты. Ранее считалось, что он состоит из одного или двух видов (F. picea и F. candida). Однако молекулярный анализ показал, что в него входят три криптических вида. Один из них – F. picea из Европы, другой – F. candida, известный исключительно из Киргизии, а третий, временно обозначенный как Formica sp., обитает на востоке Евразии: от Китая до Камчатки. До сих пор было неизвестно, каково распределение F. picea и Formica sp. в Сибири, пересекаются ли их ареалы. Мы изучили образцы этого комплекса из Сибири с использованием митохондриальной ДНК и обнаружили, что их ареалы перекрываются. Ареал Formica sp. охватывает юг Западной Сибири, включая Алтай, на восток – до Тихоокеанского побережья. Филогеографической структуры не обнаружено, что указывает на недавнее расселение из одного источника. Мы нашли мало образцов F. picea в Сибири, это свидетельствует, что здесь этот вид встречается редко. Самая восточная находка вида была сделана в Забайкальском крае. F. picea обитает на торфяных болотах в пределах равнин и травяных сообществах выше линии леса в европейских горах; на Алтае – в горных степях, а в Забайкалье – на влажных участках у речных берегов. Formica sp. предпочитает сухие степи и низкие берега рек, но избегает болот. Таким образом, оказалось, что F. picea и Formica sp. отличаются генетически, имеют разные ареалы и биотопические предпочтения по местообитаниям. Это свидетельствует в пользу того, что Formica sp. можно считать отдельным видом.
Iris is a cosmopolitan genus comprising 200 to 340 species distributed throughout the Northern Hemisphere. Although Iris is the most diverse group in the family Iridaceae, there are many uncertainties regarding its taxonomic composition and systematics. The aim of this study was to search for taxonomically significant morphological characters of the generative and vegetative spheres and molecular markers with subsequent assessment of their informativeness in identifying phylogenetic relationships and compliance with the most relevant modern classification systems of the genus Iris. As a result of constructing the structure of variability of morphometric parameters of 11 species, 10 taxonomic indicators were identified that were common to the analyzed taxa and were characterized by relatively low total and coordinated variability: length and width of the outer perianth lobes, length and width of the inner perianth lobes, length of the filament, anther and pistil, fruit width, as well as seed length and width. Nucleotide sequences of trnL-trnF fragments of chloroplast DNA were established for 13 samples of four species of wild flora of the Republic of Bashkortostan and the Orenburg Region: Iris pumila L., I. scariosa Willd. ex Link., I. pseudacorus L., I. sibirica L. The obtained sequences were used to construct a phylogenetic tree together with trnL-trnF sequences of seven more iris species extracted from the database. The tree contained five clusters: (1) I. pumila, I. scariosa; (2) I. pseudacorus, I. setosa Pall. ex Link; (3) I. lactea Pall.; (4) I. sibirica, I. sanguinea Hornem.; (5) I. spuria L., I. xanthospuria Mathew & Baytop., I. foetidissima L., I. sintenisii Janka. By the composition of their species, the identified clusters almost completely coincided with the clusters found during the morphological analysis. To confirm the obtained results, a phylogenetic analysis of the species of interest was performed on two more chloroplast sequences available in the database: matK and trnS-trnG. Clustering of the studied species on trnS-trnG and matK completely coincided with clustering on trnL-trnF. Thus, we can state that the morphological features identified for the Iris generic complex work in the taxonomic direction. The analysis also showed that I. scariosa from natural populations of the Republic of Bashkortostan and the Orenburg Region were identified correctly. Iris L. (Iridaceae Juss.) – это космополитный род, включающий от 200 до 340 видов, распространенных по всему Северному полушарию. Хотя Iris является самой разнообразной группой в семействе Iridaceae, существует множество неопределенностей относительно его таксономического состава и систематики. Цель настоящего исследования – поиск молекулярных маркеров и таксономически значимых морфологических признаков генеративной и вегетативной сферы и оценка их информативности для выявления филогенетического родства представителей рода Iris. Образцы ирисов взяты из природных популяций Республики Башкортостан и Оренбургской области, а также получены из ботанических садов Санкт-Петербурга, Бонна, Байройта и Брно. В результате построения структуры изменчивости морфометрических показателей 11 видов найдено 10 таксономических индикаторов, общих для анализируемых таксонов и характеризующихся относительно низкими общей и согласованной изменчивостью: длина и ширина наружных долей околоцветника, длина и ширина внутренних долей околоцветника, длина тычиночной нити, пыльника и пестика, ширина плода, а также длина и ширина семени. Установлены нуклеотидные последовательности trnL-trnF фрагментов хлоропластной ДНК для 13 образцов четырех видов дикорастущей флоры Республики Башкортостан и Оренбургской области: Iris pumila L., I. scariosa Willd. ex Link., I. pseudacorus L., I. sibirica L. Полученные последовательности были использованы для построения филогенетического дерева совместно с trnL-trnF последовательностями еще семи видов ирисов, извлеченных из базы данных. На филогенетическом древе формируется пять групп (кластеров): 1) I. pumila L., I. scariosa Willd. ex Link; 2) I. pseudacorus L., I. setosa Pall. ex Link; 3) I. lactea Pall.; 4) I. sibirica L., I. sanguinea Hornem.; 5) I. spuria L., I. xanthospuria Mathew & Baytop., I. foetidissima L., I. sintenisii Janka. Выявленные кластеры по составу входящих в них видов практически полностью совпадают с кластерами, обнаруженными при морфологическом анализе. Для подтверждения полученных результатов проведен филогенетический анализ интересующих видов еще на двух хлоропластных последовательностях, доступных в базе данных: matK и trnS-trnG. Кластеризация исследованных видов на trnS-trnG и matK полностью совпадает с кластеризацией на trnL-trnF. Таким образом, можно констатировать, что выявленные для родового комплекса Iris морфологические признаки демонстрируют значимую диагностическую ценность при проведении таксономических исследований.
In higher plants, the L-galactose pathway is the main pathway for the biosynthesis of vitamin C (ascorbate, Asc), the final step of which is connected with the functioning of the mitochondrial electron transport chain (ETC). In addition to the main cytochrome pathway, plant ETC includes an alternative pathway (AP) via alternative terminal oxidase (AOX). The engagement of AOX promotes Asc synthesis, and it is hypothesized that AOX suppression under conditions of Asc deficiency may reduce plant viability. The aim of this work was to examine the consequences of simultaneously knocking out two genes in Arabidopsis thaliana: AOX1a, the most stress-inducible AOX gene, and VTC2, encoding a key enzyme of the L-galactose pathway of Asc synthesis. Two lines of A. thaliana with T-DNA insertions in the target genes were crossed to generate hybrid lines. Seed characteristics of the first (F1) and second (F2) generations were analyzed. F1 seeds were larger than those of parent lines, possibly due to heterosis. In the F2 generation, self-pollination of F1 plants resulted in seeds with significant size variation, including a group of small seeds with degenerative morphological abnormalities. Most of small seeds failed to germinate or died at the seedling stage. PCR genotyping of these seeds revealed the absence of native AOX1a and VTC2 indicating a lethal mutation caused by simultaneous knockout of both genes. One likely genetic cause is the interaction of mutations in non-allelic genes. At the physiological level, irreversible respiratory damage may occur, possibly including the impact of a cryptic mutation in the vtc2 line. Further studies are necessary to confirm these hypotheses. In general, the results obtained indicate the vital co-functioning of the AP and the L-galactose pathway of Asc biosynthesis and may be useful for the development of genetically engineered techniques for the control of vitamin C synthesis in plants. У высших растений L-галактозный путь является основным путем биосинтеза витамина С (аскорбата, Аск), последний этап которого связан с функционированием электрон-транспортной цепи митохондрий. Помимо основного цитохромного пути, электрон-транспортная цепь растений содержит альтернативный путь через альтернативную терминальную оксидазу (АОХ). Вовлечение АОХ способствует синтезу Аск, поэтому предполагается, что подавление альтернативного пути в условиях дефицита Аск может привести к снижению жизнеспособности растений. В связи с этим была поставлена цель – рассмотреть последствия нокаутирования в растениях Arabidopsis thaliana одновременно двух генов: АОХ1а, наиболее стресс-индуцибельного гена АОХ, и VTC2, гена ключевого фермента L-галактозного пути синтеза Аск. Для этого проведено скрещивание двух линий A. thaliana с Т-ДНК инсерцией в целевых генах и получены гибридные линии. Изучены характеристики семян первого (F1) и второго (F2) поколений. Семена F1 отличались более крупными размерами по сравнению с родительскими линиями, что могло быть следствием гетерозиса. В поколении F2 в результате самоопыления растений F1 сформировались семена, значительно варьирующие по размерам, в том числе группа мелких семян, имеющих дегенеративные морфологические отклонения. Большинство мелких семян не прорастало или погибало на стадии появления проростка. Генотипирование этих семян с помощью ПЦР установило отсутствие нормальных копий АОХ1а и VTC2 в геноме, что указывает на появление летальной мутации при одновременном нокауте обоих генов. Обсуждаются причины летального исхода двойного нокаута. Одной из генетических причин, по-видимому, стало взаимодействие мутаций (неаллельных генов). На физиологическом уровне, возможно, возникли необратимые нарушения дыхания, в том числе из-за влияния в линии vtc2 криптической мутации. Для подтверждения данных гипотез требуются дальнейшие исследования. В целом полученные результаты свидетельствуют о жизненно важном совместном функционировании альтернативного и L-галактозного путей биосинтеза Аск и могут быть полезны для развития генно-инженерных приемов управления синтезом витамина С в растениях.
For winter wheat, winter hardiness is one of the complex traits that determine the successful cultivation of this crop, and the responsible genes are recognized as highly significant for breeding work. The accumulation of proteins that prevent ice recrystallization (ice recrystallization inhibition proteins, IRIP) correlates with the survival of winter wheat, which indicates the importance of taking this trait into account when obtaining more frost-resistant varieties. The importance of IRIPs is determined by their ability to integrate into growing ice crystals, which limits the formation of large ice conglomerates in the tissues of winter plants. Wheat IRIPs, which accumulate mainly in the apoplast of leaves and in the crowns during cold acclimation, are characterized by a typical duality of structural organization that determines both the manifestation of IRI activity and anti-pathogenic properties. The wheat IRIP molecule contains at the C-terminus a conserved NxVx(x)G fragment that repeats several times, forming a β-helix responsible for binding to the ice surface; at the N-terminus, there is an LRR sequence typical of pathogen-activated kinases, as well as a guiding signal peptide. The wheat genome contains up to eleven IRI genes. The TaIRI gene promoter contains typical basic cis-activating elements and some elements that respond to abiotic stress and hormones. Isoforms of proteins responsible for protecting against pathogens (pathogenesis related proteins, PRP), which accumulate in winter wheat during cold acclimation, also have IRI activity. The expression of the IRIP and PRP genes positively correlates with the cold resistance of winter wheat plants. According to modern data, the regulation of the IRIP genes and cold-activated PRP genes is ABA-independent, but depends on the presence of jasmonic acid and on some proteomic transcription factors. The review provides examples of the practical use of isolated winter wheat IRIPs. The issue of the factors regulating the activity of the IRIP genes and cold-activated PRPs is the least developed to date. The association of these proteins with the winter hardiness of wheat indicates the prospects for their further study. Для озимой пшеницы зимостойкость – один из комплексных признаков, определяющих успешное возделывание этой культуры, а отвечающие за нее гены признаны высоко значимыми для селекционных работ. Накопление белков, препятствующих рекристаллизации льда (ice recrystallization inhibition proteins, IRIP), коррелирует с выживаемостью озимой пшеницы, что указывает на важность учета этого признака при получении более морозоустойчивых сортов. Значение IRIP для выживаемости определяется их способностью встраиваться в растущие кристаллы льда, что ограничивает формирование крупных ледяных конгломератов в тканях озимых растений. IRIP пшеницы, накапливающиеся преимущественно в апопласте листьев и узлов кущения в период холодовой акклимации, характеризуются типичной двойственной структурной организацией, определяющей как проявление IRI-активности, так и антипатогенные свойства. Молекула IRIP пшеницы содержит на С-конце консервативный несколько раз повторяющийся фрагмент NxVx(x)G, формирующий ответственную за связывание с поверхностью льда β-спираль; на N-конце расположены типичная для активируемых патогенами киназ LRR-последовательность, а также направляющий сигнальный пептид. Геном пшеницы содержит до 11 IRI-генов. Промотор генов TaIRI содержит типичные основные цисактивирующие элементы и некоторые элементы, реагирующие на абиотический стресс и гормоны. Изоформы ответственных за защиту от патогенов белков (pathogenesis related proteins, PRP), накапливающихся у озимой пшеницы в период холодовой акклимации, также обладают IRI-активностью. Экспрессия генов IRIP и PRP положительно коррелирует с холодоустойчивостью растений озимой пшеницы. Регуляция генов IRIP и генов PRP, активируемых холодом, согласно современным данным, АБК-независимая, но зависит от присутствия жасмоновой кислоты и от некоторых протеомных факторов транскрипции. В обзоре приведены примеры практического использования изолированных IRIP озимой пшеницы. Вопрос о факторах регуляции активности генов IRIP и активируемых холодом PRP является наименее разработанным на сегодняшний день. Связь этих белков с зимостойкостью пшеницы указывает на перспективность их дальнейшего изучения.
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.
In different cell layers, cereal grains may accumulate various economically important polyphenols such as colored anthocyanins and melanins and colorless proanthocyanidins. To effectively create new cultivars with different combinations of these compounds, a simple, fast, and precise screening method is required. Here, a histochemical assay that includes a combination of hot ethanolic, acidic, alkaline, and ammoniacal silver treatments of grain cryosections followed by microscopy was successfully applied to distinguish these substances in cereal grains. Barley lines previously characterized chemically for the presence of anthocyanins, proanthocyanidins, and melanins in grains were used as a model. In black barley grains, this approach allowed to visually distinguish insoluble melanins that do not react to a pH change from anthocyanins, which can be insoluble or soluble but always react to changing pH. For the first time, ammoniacal silver staining commonly used for melanin identification in human and animal tissues was adapted for melanin identification in plant tissues. Along with melanins, this reagent stains other polyphenols thereby helping to detect colorless polyphenols including proanthocyanidins in the testa of barley grains as confirmed by p-dimethylaminocinnamaldehyde (DMACA) staining. The applicability of this assay to polyphenol profiling was demonstrated not only in the barley grain but also in wheat and common vetch grains. The proposed histochemical assay allows rapid polyphenol screening using a single grain, making it a practical and efficient alternative to time-consuming chromatographic methods for preliminary selection from large sample sets prior to detailed quantitative and qualitative chemical analysis. Зерна злаков в некоторых типах клеток могут накапливать разнообразные экономически важные полифенольные соединения, такие как окрашенные антоцианы и меланины, а также бесцветные проантоцианидины. Для эффективного создания новых сортов с различными комбинациями этих соединений в зернах необходим простой, быстрый и точный метод определения их полифенольного профиля. В данной статье для идентификации указанных веществ предложено использовать гистохимический анализ, включающий комбинацию обработок криосрезов зерен горячим этанолом, кислотой, щелочью и аммиачным раствором серебра с последующей микроскопией. В качестве модели использовались линии ячменя, зерна которых ранее были охарактеризованы с помощью аналитических методов на наличие антоцианов, проантоцианидинов и меланинов. В черных зернах ячменя данный подход позволил отличить нерастворимые меланины, не реагирующие на изменение pH, от антоцианов, которые могут быть растворимыми или нерастворимыми, но всегда меняют окраску при изменении pH. Впервые обработка аммиачным серебром, широко применяемая для идентификации меланина в тканях человека и животных, была адаптирована для использования в растительных тканях. Наряду с меланинами, этот реагент окрашивает и другие полифенолы, что позволяет выявлять в том числе бесцветные соединения. С помощью этого подхода были выявлены проантоцианидины в оболочке зерна ячменя, что подтверждено окрашиванием 4-(диметиламино)циннамальдегидом (DMACA). Разработанный протокол успешно применен для определения полифенольного профиля зерен ячменя, пшеницы и вики посевной. Метод позволяет проводить быструю оценку полифенольного профиля с использованием единичных зерен, что является эффективной альтернативой трудоемким хроматографическим методам на этапе предварительного отбора коллекционного материала перед его детальным химическим анализом.
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.
This study addresses the challenge of automated high-throughput phenotyping of wheat spike characteristics using modern computer vision and deep learning methods. Accurate estimation of spikelet number is a key indicator of plant productivity, yet traditional manual counting approaches are labor-intensive, slow, and difficult to scale to large breeding datasets. To overcome these limitations, we propose a spikelet detection strategy based on simplified point annotations, where an expert marks only the centers of spikelets rather than drawing detailed segmentation masks or bounding boxes. This significantly reduces annotation time and lowers the overall cost of preparing training datasets for machine learning models. To determine the most effective way of utilizing such simplified annotations, three computational methods were explored: segmentation of binary masks using a U-Net architecture, density regression based on two-dimensional Gaussian distributions optimized via Kullback-Leibler divergence, and detection of fixed-size bounding regions using the YOLOv8 object detection framework. The models were evaluated on dedicated test datasets using both quantitative metrics (MAE, MAPE) and spatial localization metrics (Precision, Recall, F1 score). The results demonstrate that U-Net-based approaches provide consistently high accuracy in spikelet localization and counting while maintaining robustness to annotation imperfections. In contrast, the YOLOv8-based method showed reduced performance, likely due to the geometric mismatch between fixed-size boxes and the natural elongated shape of spikelets. Overall, the proposed methodology highlights the effectiveness of combining minimalistic point-level annotation with advanced segmentation models for automating phenotyping workflows. This approach has the potential to accelerate breeding programs, enhance the efficiency of large-scale phenotypic data collection, and support further development of robust computer-vision tools for plant science applications. В работе рассматривается задача автоматизированного высокопроизводительного фенотипирования признаков колоса пшеницы с использованием современных методов компьютерного зрения и глубокого обучения. Точная оценка числа колосков является важным компонентом анализа продуктивности растения, однако традиционные методы ручной разметки и подсчета крайне трудоемки, плохо масштабируются и требуют значительных временных затрат. В исследовании предложен подход для эффективной детекции колосков, основанный на использовании упрощенной точечной разметки, при которой эксперт отмечает только центры колосков, без необходимости формировать трудоемкие пиксельные маски или ограничивающие рамки. Такая схема позволяет существенно снизить стоимость подготовки обучающей выборки и ускорить процесс аннотации. Для определения оптимального способа обработки упрощенной разметки были исследованы три метода: сегментация бинарных масок с помощью архитектуры U-Net, регрессия плотностных карт на основе двумерного нормального распределения и функции дивергенции Кульбака–Лейблера, а также детекция областей фиксированного размера с использованием модели YOLOv8. Проведено сравнение точности методов по количественным (MAE, MAPE) и пространственным метрикам (Precision, Recall, F1) на тестовых наборах изображений. Анализ результатов показал, что подходы, основанные на U-Net, обеспечивают высокую точность локализации и подсчета колосков при минимальных затратах на разметку данных, тогда как метод YOLOv8 менее устойчив к геометрической вариативности реальных объектов. Предложенный подход демонстрирует, что комбинация точечной разметки и современных моделей сегментации является эффективным инструментом для автоматизации фенотипирования, что может значительно ускорить селекционные исследования и расширить возможности высокопроизводительного анализа морфологических признаков растений.
A scientometric analysis of 3166 publications in the journals of the peer-reviewed Higher Attestation Commission on forensic medicine over a 20-year period (2005-2024) was performed using pubmed resources, mediasphera.ru, open sources. A search, sorting, and grouping of articles has been carried out that reflect topical issues of forensic medical assessment of defects (deficiencies) in the provision of medical care with a detailed analysis of publications regarding the inadequate provision of medical care in obstetrics and gynecology. Выполнен наукометрический анализ 3166 публикаций в журналах, рецензируемых ВАК, по судебной медицине за 20-летний период (2005—2024 гг.) с ресурсов PubMed, mediasphera.ru, открытых источников. Осуществлен поиск, сортировка, группировка статей, в которых отражены актуальные вопросы судебно-медицинской оценки дефектов (недостатков) оказания медицинской помощи, с подробным анализом публикаций в отношении ненадлежащего оказания медицинской помощи в акушерстве и гинекологии.
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.
Modern biology increasingly relies on mathematical and computational modeling to describe complex hierarchically organized biological systems. This review considers models that cover the main levels of biological organization, from the molecular-genetic and cellular levels to tissue/organ, organismal, population and ecological ones. The aim of the work is to systematize the key modeling approaches at each of these levels, to analyze their capabilities and limitations, and to discuss strategies for constructing multiscale and hybrid models that consistently link processes operating at different spatial and temporal scales. We survey classical deterministic and stochastic models based on ordinary and partial differential equations, logical and graph-based models of regulatory networks, cellular automata, agent-based models, as well as flux-balance approaches. Typical examples are given for the modeling of gene regulatory and metabolic networks, chemotaxis, tissue and organ growth, population dynamics and genetic structure, and ecosystem functioning. Special attention is paid to comparing approaches with respect to the scale of description, complexity of modeled processes, data requirements, computational cost and interpretability of results. The analysis shows that hybrid and multiscale models provide an adequate framework to account for nonlinearity, stochasticity and structural heterogeneity of biosystems, but require substantial computational resources and careful data-driven calibration. Methodological and technological trends are outlined, including the development of specialized platforms and model repositories, standards for model representation and tools for reuse of model components. Современная биология все в большей степени опирается на математическое и компьютерное моделирование для описания сложных иерархически организованных биосистем. В данном обзоре рассматриваются математические модели, охватывающие основные уровни биологической организации – от молекулярно-генетического и клеточного до тканевого/органного, организменного, популяционного и экологического. Цель работы состоит в систематизации ключевых подходов к моделированию на каждом из этих уровней, анализе их возможностей и ограничений, а также в обсуждении стратегий построения многомасштабных и гибридных моделей, связывающих воедино процессы разных пространственно-временных масштабов. Рассматриваются классические детерминированные и стохастические модели на основе дифференциальных уравнений в частных производных, логические и графовые модели регуляторных сетей, клеточные автоматы, агентно-ориентированные и индивидуально-ориентированные модели и подходы, базирующиеся на балансе потоков. Приводятся типичные примеры моделирования молекулярно-генетических сетей, метаболизма и хемотаксиса, роста тканей и органов, динамики популяций и генетической структуры, а также функционирования экосистем. Особое внимание уделяется сопоставлению подходов по критериям масштабов описания, сложности моделируемых процессов, доступности исходных данных, вычислительной трудоемкости и интерпретируемости результатов. Обзор обобщает отечественный и зарубежный опыт, подчеркивая вклад российских и, в частности, новосибирских коллективов в развитие гибридных методов моделирования, построения многомасштабных моделей и реализации программных платформ для системной биологии. В результате проведенного анализа показано, что гибридные и многомасштабные модели позволяют наиболее полно учесть нелинейность, стохастичность и структурную неоднородность биологических систем, но требуют значительных вычислительных ресурсов и тщательной калибровки по данным. Отмечаются методические и программно-технологические тенденции, включая развитие специализированных платформ и репозиториев моделей, средств стандартизации описания и повторного использования модельных компонентов.
Contemporary agrobiotechnology research increasingly relies on automated methods for capturing and interpreting morphophysiological and spectral plant characteristics - a field known as digital phenotyping. This approach aims to identify stable differences between genotypes cultivated under non-identical environmental conditions. We previously introduced StatFaRmer, an open-source tool that we further develop here for comprehensive analysis of temporal phenotypic datasets, with a primary focus on crops such as soybean (Glycine max). The tool implements automated data preprocessing procedures, including synchronization of timestamps across samples and removal of noise artifacts and outliers. These features are particularly relevant for multi-month experiments involving assessments of growth parameters, fluctuations in photosynthetic apparatus area, or other biometric indicators. Support for standardized data formats (XLSX, CSV) ensures compatibility with common phenotyping systems, simplifying cross-platform integration. Thus, the tool can integrate with widely used HTPP platforms (e. g., Traitmill, HyperAIxpert, Plant Accelerator), enabling data from diverse sources to be analyzed within a single pipeline. For soybean experiments, StatFaRmer provides customizable analysis of variance (ANOVA) with visualization of diagnostic parameters (normality of distribution, homogeneity of variances) and evaluation of effect significance between user-defined groups. An example application compares growth parameters across 20 soybean cultivars under controlled stress: the tool automatically aggregated data with uneven measurement frequencies (from 1 hour to 3 days), identified anomalies in hypocotyl elongation dynamics, and computed statistical significance between groups (p < 0.01).The tool has been tested on large-scale datasets (over 2,000 measurements per experiment). StatFaRmer is implemented as a Shiny-based web application, with step-by-step deployment guides for Windows and Linux. All processing stages - from raw data to final plots - are documented to ensure transparency and compliance with research reproducibility standards. Thus, StatFaRmer offers a specialized solution for statistical hypothesis testing in soybean digital phenotyping, reducing data preparation time and minimizing risks of error when handling non-stationary time series. Современные исследования в области агробиотехнологий все чаще опираются на методы автоматизированной фиксации и интерпретации морфофизиологических и спектральных характеристик растений – направление, известное как цифровое фенотипирование. Этот подход направлен на обнаружение устойчивых различий между генотипами, культивируемыми в неидентичных условиях среды. Ранее был предложен StatFaRmer – инструмент с открытым кодом, совершенствующийся в рамках настоящей работы для комплексного анализа временных фенотипических наборов данных, преимущественно ориентированный на изучение сельскохозяйственных культур, таких как соя (Glycine max). Разработанный инструмент реализует автоматизированные процедуры предобработки данных, включая синхронизацию временны’ х меток между образцами и устранение шумовых артефактов и выбросов. Эти функции особенно актуальны для многомесячных экспериментов, связанных с оценкой параметров роста, колебаний площади фотосинтетического аппарата или других биометрических показателей. Поддержка стандартизированных форматов данных (XLSX, CSV) обеспечивает совместимость с распространенными системами фенотипирования, упрощая кроссплатформенную интеграцию. Таким образом, инструмент может поддерживать интеграцию с популярными HTPP-платформами (например, Traitmill, HyperAIxpert, Plant Accelerator), что позволяет использовать данные, полученные из различных источников, в едином аналитическом конвейере. Для экспериментов с соей StatFaRmer предоставляет настраиваемый дисперсионный анализ (ANOVA) с визуализацией диагностических параметров (нормальность распределения, гомогенность дисперсий) и оценкой значимости эффектов между пользовательскими группами. Пример применения включает сравнение параметров роста 20 сортов сои в условиях контролируемого стресса: инструмент автоматически агрегировал данные с неравномерной частотой измерений (от 1 часа до 3 суток), идентифицировал аномалии в динамике удлинения гипокотиля и рассчитал статистическую значимость различий между группами (p < 0.01). Инструмент протестирован на масштабных наборах данных (более 2 000 измерений на эксперимент). StatFaRmer реализован в виде веб-приложения на платформе Shiny с пошаговыми инструкциями для установки и запуска в ОС Windows и Linux. Все этапы обработки – от первичных данных до итоговых графиков – документируются, что обеспечивает прозрачность анализа и соответствие требованиям воспроизводимости исследований. Таким образом, StatFaRmer предлагает специализированное решение для статистической верификации гипотез в цифровом фенотипировании сои, сокращая время на подготовку данных и минимизируя риски ошибок при работе с нестационарными временными рядами.
Lens culinaris Medik. (lentil) is an agronomically important leguminous species, but its genome modification is rarely used for obtaining new varieties, probably due to a low efficiency of transformation protocols. Development of universal, genotype-independent protocols for obtaining transgenic plants usually relies, among other factors, on the possibility of obtaining a substantial number of transgenic cells in vitro. This study aimed to adapt a previously developed Agrobacterium-mediated transformation protocol, used for a related legume, for the production of transgenic callus tissue in L. culinaris. We used two different markers of transgenic tissue, beta-glucuronidase and green fluorescent protein, to find an optimal type of explant for obtaining transgenic tissue in lentil. We also evaluated the impact of hygromycin, a common selective agent, on the amount of transgenic tissue in developing transformed explants of L. culinaris. According to our results, the transformation protocol commonly used for Medicago truncatula Gaertn. leaf explants can also be applied for obtaining transgenic calli from L. culinaris shoot apices. Explants from shoot apices demonstrated higher initial transformation rate in comparison with explants from roots, stems and leaves. Moreover, explants of different types, which were cultivated on medium without hygromycin, developed significantly fewer calli expressing reporter genes than those grown on hygromycin-containing medium, confirming that hygromycin may be used as an effective selection agent for lentil. During our analysis, we noticed GUS-like staining in calli which didn't contain plasmids for GUS gene expression. This can be explained with so-called intrinsic GUS-like activity, which was described in previous research. These data can be used for further development of effective and universal L. culinaris transformation and genome editing protocols. Lens culinaris Medik. (чечевица) – важная сельскохозяйственная культура из семейства бобовых, но модификация ее генома редко используется для создания новых сортов. Вероятно, это связано с низкой эффективностью существующих протоколов трансформации. Как правило, разработка универсальных, независимых от генотипа протоколов получения трансгенных растений зависит, среди прочего, от возможности образования существенного количества трансгенных клеток in vitro. В настоящем исследовании мы предприняли попытку адаптировать разработанный ранее для другого бобового протокол агробактериальной трансформации для получения трансгенной каллусной ткани у L. culinaris. Чтобы оценить эффективность трансформации, мы выбрали две независимые репортерные системы: бета-глюкуронидазу и зеленый флуоресцентный белок. С помощью этих систем мы нашли оптимальный тип экспланта для создания каллусной ткани чечевицы, экспрессирующей рекомбинантную ДНК. Мы также оценили влияние гигромицина, одного из распространенных селективных агентов, на количество трансгенной ткани в развивающихся трансформированных эксплантах L. culinaris. Согласно нашим результатам, протокол трансформации, который обычно применяется для эксплантов листьев Medicago truncatula Gaertn., может быть использован и для получения трансгенных каллусов из верхушек побегов L. culinaris. Экспланты из апексов побегов продемонстрировали более высокую первичную эффективность трансформации по сравнению с эксплантами из корней, стеблей и листьев. Кроме того, экспланты разных типов, культивируемые на среде без гигромицина, образовывали значительно меньше каллусов, экспрессирующих репортерные гены, по сравнению с эксплантами, выращиваемыми на среде с гигромицином. Это подтверждает возможность использования гигромицина в качестве эффективного селективного агента для чечевицы. В ходе нашего анализа мы также обнаружили GUS-подобное окрашивание в каллусах, не содержащих плазмид для экспрессии гена GUS, что можно объяснить так называемой внутренней GUS-подобной активностью, которая была описана в предыдущих исследованиях. Эти данные могут быть полезны для дальнейшей разработки эффективных и универсальных протоколов трансформации и редактирования генома L. culinaris.
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.