Том 59, № 2 (2023)
ОБЗОРНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
Связь аллельных вариантов А и В гена бета-лактоглобулина с молочной продуктивностью крупного рогатого скота
Аннотация
Эффективность селекции крупного рогатого скота по количественным и качественным признакам, имеющим экономическое значение в молочном скотоводстве, во многом зависит от идентификации генов, контролирующих эти признаки, а также их аллельного полиморфизма. Одним из таких генов является ген LGB, кодирующий белок бета-лактоглобулин. В обзоре приведена краткая информация о строении и биологической роли белка, полиморфизме гена. Проведeн анализ литературных данных различных исследований, позволивших выявить и оценить влияние двух наиболее распространенных аллелей гена LGB (А и В) на показатели эффективности молочного производства.
Симбиогенетика и симбиогенез: молекулярные и экологические основы интегративной эволюции
Аннотация
Симбиогенетика представлена как дисциплина, предметом которой являются объединенные системы наследственности, возникающие в ходе коэволюции неродственных организмов. Изучение этих систем дополняет методологию генетического анализа подходами “генетического синтеза”, направленного на характеристику молекулярных и экологических факторов интеграции гетерологичных геномов. Хологеномы и симбиогеномы, возникающие в процессе интегративной эволюции (симбиогенеза), разделяются, как и пангеномы прокариот, на коровые и акцессорные части. В хологеноме константная по составу коровая часть представлена геномом хозяина (ядерно-цитоплазматической системой наследственности), а вариабельная акцессорная часть – метагеномом микробного сообщества, ассоциированного с хозяином и выполняющего полезные для него функции. Механизмы симбиогенеза выходят за рамки представлений о факторах эволюции свободноживущих организмов и включают: а) межвидовой альтруизм, связанный с отказом симбионтов от автономного существования, а при глубокой редукции – и от способности к самостоятельному поддержанию генома; б) наследование хозяином симбионтов как “благоприобретенных” наследственных детерминант (пангенезис). Под действием этих факторов симбионты могут быть преобразованы во внутриклеточные органеллы хозяина, утратившие генетическую индивидуальность, а иногда и лишенные геномов. Симбиогенез впервые представлен нами как многоэтапный процесс, включающий возникновение: а) геном-содержащей прокариотической клетки; б) мультигеномной эукариотической клетки; в) многоклеточных эукариот как холобионтов, состоящих из организмов-хозяев и поддерживаемых ими микробных сообществ. Безгеномные органеллы, сохранившие базовые жизненные функции – размножение и обмен веществ, могут быть использованы как модели для реконструкции ранних этапов эволюции клетки, включая возникновение ее генома.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА
Структура и разнообразие ДНК-транспозонов Tc1/mariner в геноме ушастой медузы Aurelia aurita
Аннотация
Мобильные генетические элементы – ДНК-транспозоны и ретротранспозоны – это последовательности ДНК, способные к перемещениям внутри генома. Предполагается, что они играют одну их ключевых ролей в адаптивных и эволюционных процессах. Одной из наиболее изученных групп ДНК-транспозонов является инфракласс ITm и, в частности, суперсемейство Tc1/mariner. В настоящей работе мы рассмотрели представленность, структуру и эволюцию ДНК-транспозонов Tc1/mariner ушастой медузы Aurelia aurita. Было установлено, что преобладающая доля элементов Tc1/mariner медузы представлена семейством TLE. Выявлено новое подсемейство элементов TLE, названное Aurum. Кроме того, в семействе Visitor обнаружены две группы элементов VS-aura и VS-beplau, которые, вероятно, также являются отдельными подсемействами. Анализ структуры и разнообразия элементов Tc1/mariner показал, что в настоящий момент транспозоны Tc1/mariner в геноме медузы находятся на стадии деградации и элиминации. Практически все элементы делетированы или имеют структурные изменения и соответственно не имеют потенциально функциональных копий.
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
Полиморфизм и дифференциация трех популяций эворонской полевки по данным изменчивости контрольного региона митохондриальной ДНК
Аннотация
В результате анализа контрольного региона митохондриальной ДНК для эворонской полевки было обнаружено высокое гаплотипическое (97%) и нуклеотидное (1.53%) разнообразие. Полученные данные свидетельствуют о низком уровне генетической дифференциации популяций. При этом популяции, географически расположенные ближе, подразделены сильнее, чем удаленные. В целом наблюдается согласованность между данными изменчивости контрольного региона митохондриальной ДНК и хромосомными расами. Однако если данные хромосомного анализа указывают на сохранение более древних вариантов кариотипа хромосомной расы “эворон” в Эвороно-Чукчагирской низменности, то данные молекулярно-генетического анализа свидетельствуют в пользу сохранения наиболее древнего мт гаплотипа (106-19) в популяции Верхнебуреинской впадины (хромосомная раса “арги”).
Особенности эволюции митохондриальной ДНК байкальских эндемичных губок. I. Митохондриальный геном Swartschewskia khanaevi
Аннотация
Определена нуклеотидная последовательность митохондриального генома нового вида губки из байкальского эндемичного семейства Lubomirskiidae – Swartschewskia khanaevi, длина которого составила 26 638 пн. Филогенетический анализ на основе 14 белок-кодирующих митохондриальных генов подтвердил принадлежность описанного недавно нового вида S. khanaevi к роду Swartschewskia. Выявлено увеличение скорости накопления нуклеотидных замен в белок-кодирующих генах у видов рода Swartschewskia относительно других видов семейства Lubomirskiidae. Показано, что для всех исследованных митохондриальных геномов Lubomirskiidae характерно наличие большого количества и разнообразия инвертированных повторов в межгенных районах, что отличает их от других представителей класса Demospongiae.
Долговременная и сезонная динамика инверсионного полиморфизма малярийного комара Anopheles messeae Fall. (Diptera: Culicidae) в популяции центральной части видового ареала (Западная Сибирь, Томская область)
Аннотация
Была проведена оценка уровня генетической изменчивости с 1974 по 2020 гг. в популяции малярийного комара Anopheles messeae Fall. п. Коларово (Томская обл.) на основе цитогенетического анализа политенных хромосом. Анализ динамики инверсионного полиморфизма малярийного комара Anopheles messeae Fall. в период с 1974 по 2020 гг. по частотам инверсионных вариантов хромосом и гамет в популяции п. Коларово показал замещение “северных” вариантов в период 90-х гг. прошлого столетия “южными” вариантами и стабилизацию этих перемен до 2020 г. Была выявлена корреляция частотного распределения хромосомных инверсий с 1972 по 2020 гг. с годовой температурой, включающей в себя полугодовую среднюю апрель–сентябрьскую и полугодовую среднюю октябрь–мартовскую температуру. Полученные результаты позволили вскрыть характер динамических процессов в течение длительного периода в связи с потеплением климата. Пространственно-временная стационарность (динамическая устойчивость) адаптивного инверсионного полиморфизма – свидетельство отсутствия тенденций к видообразованию.
Генетическая дифференциация четырехрогого керчака Myoxocephalus quadricornis (Linnaeus, 1758) и его положение в трибе Myoxocephalini Taranetz (Cottidae: Myoxocephalinae)
Аннотация
Проведено молекулярно-генетическое и кариологическое исследование четырехрогого керчака Myoxocephalus quadricornis (Linnaeus, 1758). Впервые изучен кариотип и приведены результаты Ag-окрашивания хромосом экземпляров вида из Восточно-Сибирского моря. Кариотип M. quadricornis стабилен, содержит 32 (10 метацентриков, 2 субметацентрика, 20 субтелоцентриков) хромосомы, число хромосомных плеч – 44. Ядрышковые организаторы выявлены в теломерных районах коротких плеч двух гомологичных субтелоцентриков среднего размера. Обнаружена изменчивость по числу ядрышкообразующих хромосом и окрашиваемых блоков ядрышковых организаторов. Общие признаки в хромосомных наборах M. quadricornis и Megalocottus platycephalus указывают на их более значительную близость по сравнению с видами рода Myoxocephalus. Результаты кариологического анализа согласуются с молекулярно-генетическими данными о сестринских отношениях M. quadricornis и Megalocottus platycephalus. Выявлен комплекс кариологических и молекулярно-генетических признаков, позволяющих надежно отличать M. quadricornis от видов трибы Myoxocephalini и свидетельствующих о необходимости его выведения из рода Myoxocephalus.
ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА
Полигенный анализ полиморфных локусов генов цитокинов и иммунного ответа при хронической обструктивной болезни легких
Аннотация
Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) является одним из наиболее распространенных хронических заболеваний органов дыхания с высоким уровнем заболеваемости и смертности. Патогенез ХОБЛ тесно связан с окислительным стрессом и системным воспалением. Цель настоящего исследования – выявление ассоциации полиморфных вариантов генов цитокинов и иммунного ответа с ХОБЛ. В работе были использованы образцы ДНК больных (N = 601) и здоровых (N = 617) индивидов. Полиморфные варианты генов FASLG (rs763110), IL19 (rs2243193), IL20 (rs2981573), IL24 (rs291107), PPBP (rs352010), IL4 (rs2243250, rs2070874), С5 (rs17611), FAS (rs1800682), IL4RA (rs1805010), TGFb1 (rs1800469) были проанализированы методом полимеразной цепной реакции в реальном времени. Показана ассоциация генов IL19 (rs2243193) (P = 0.00001, OR = 0.73), IL4 (rs2243250) (P = 0.024, OR = 1.27), IL4 (rs2070874) (P = 0.00001, OR = 0.62) в лог-аддитивной модели, PPBP (rs352010) (P = 0.00001, OR = 2.34) в рецессивной модели с ХОБЛ. Для проведения полигенного анализа включали полиморфные локусы ранее изученных генов цитокинов (IL12RB2, IL12B, IL12A, IL13). С помощью алгоритма APSampler получены информативные паттерны, ассоциированные с ХОБЛ; большинство наиболее значимых протективных комбинаций включали аллель A гена IL19 (rs2243193) и аллель C или генотип TC гена PPBP (rs352010), а также генотип AA гена IL20 (rs2981573). Наибольший риск развития ХОБЛ определялся сочетанием аллелей трех функционально взаимосвязанных цитокинов: G гена IL12A (rs2243115), A гена IL13 (rs20541) и C гена IL4 (rs2070874) (OR = 2.72). По результатам множественного регрессионного и ROC-анализа получена прогностическая модель риска формирования ХОБЛ, включающая такие признаки как возраст и индекс курения, а также генетические маркеры: комбинация аллеля A IL19 (rs2243193) и генотипа AA IL20 (rs2981573), IL19 (rs2243193), IL12A (rs2243115), PPBP (rs352010) и IL4 (rs2070874) (AUC = 0.895, чувствительность – 85.5%, специфичность – 77.5%).
Характеристика нового интронного варианта в гене F5, ассоциированного с аберрантным сплайсингом и тяжелой формой наследственного дефицита фактора V
Аннотация
Наследственный дефицит фактора свертывания крови V (FV) – это редкое аутосомное наследственное заболевание, которое вызывается дефектами в гене F5 и проявляется кровотечениями разной степени тяжести. Цель данного исследования – молекулярная и функциональная характеристика нового варианта гена F5, приводящего к аберрантному сплайсингу и предельному снижению активности белка, выявленного у пациента с тяжелой формой дефицита FV. Были проведены мутационный скрининг гена F5 и функциональное исследование для пробанда (FV:C 0.4%), с детства страдающего желудочно-кишечными и посттравматическими кровотечениями, гематомами, экхимозами и дискомфортом в голеностопных суставах. Секвенирование выявило наличие нового гомозиготного варианта гена F5 NC_000001.10:169519985G>C (или NM_000130.5:c.1297 –8C>G). По результатам биоинформатического анализа данный вариант должен приводить к потере акцепторного сайта на границе интрона 8 и экзона 9. Однако анализ мРНК FV показал, что помимо этого он активирует аберрантный сайт сплайсинга на дистанции в семь нуклеотидов от сайта дикого типа и приводит к образованию аномального транскрипта, в котором остается семь нуклеотидов от интрона 8 и формируется преждевременный стоп-кодон. Нормальный транскрипт у исследуемого пациента не выявлялся. Результаты данного исследования свидетельствуют в пользу того, что изменения не только в канонических динуклеотидах сайтов сплайсинга могут в значительной мере нарушать процессинг пре-мРНК.
Межгенные взаимодействия и биологические сети заболеваний с нарушениями когнитивных функций человека
Аннотация
Расстройства неврологического и психического спектра, такие как шизофрения, болезнь Альцгеймера, биполярное расстройство, болезнь Паркинсона, представляют собой сложно наследуемые многофакторные заболевания человека с нарушениями когнитивных функций и являются социально значимыми патологиями, представляющими серьезную проблему для мирового здравоохранения. Данные заболевания отличаются многоуровневым характером реализации генетической информации, и в формировании окончательного фенотипа принимает участие целый ряд совместно действующих генов. В связи с этим для понимания молекулярных механизмов, лежащих в основе изучаемой патологии, следует применить анализ биологических сетей, направленный на выявление взаимодействующих генов, продукты которых приводят к развитию заболевания. В настоящем исследовании для реализации такого подхода в отношении фенотипов с нарушениями когнитивных функций человека были использованы различные онлайн-ресурсы и базы данных: WebGestalt, GeneOnto-logy, STRING. С помощью биоинформатических инструментов была получена сеть белок-белковых взаимодействий, где выделяются две подсети, одна из которых участвует в риске развития шизофрении, а другая – в риске развития болезни Альцгеймера.
Ассоциации полиморфных локусов генов матриксных металлопротеиназ с развитием рака молочной железы у женщин Центрально-Черноземного региона России
Аннотация
Изучена ассоциация полиморфных вариантов генов матриксных металлопротеиназ (MMP) с раком молочной железы (РМЖ) у женщин Центрально-Черноземного региона (ЦЧР) России с учетом наличия/отсутствия отягощенного семейного анамнеза. В исследование включены 358 больных РМЖ (у 68 пациенток зарегистрирован отягощенный семейный анамнез) и 746 женщин контрольной группы. Выполнено генотипирование 10 полиморфных локусов генов MMP (rs1799750 MMP1; rs243865 MMP2; rs679620 MMP3; rs1940475 MMP8; rs17576, rs17577, rs3918242, rs2250889, rs3787268, rs3918249 MMP9). Для изучения ассоциаций полиморфных вариантов ММР-генов с РМЖ в двух подгруппах с учетом наличия/отсутствия отягощенного семейного анамнеза (контрольная группа для этих двух подгрупп была одинаковая) использовался метод логистического регрессионного анализа. Выявлено, что низкий риск развития заболевания среди женщин с отягощенным семейным анамнезом ассоциирован с полиморфными локусами rs243865 MMP2 (ОШ = 0.53–0.54, pperm ≤ 0.03) и rs2250889 MMP9 (ОШ = 0.36–0.37, pperm ≤ 0.04). У женщин без отягощенной наследственности повышенный риск развития РМЖ ассоциирован с rs3787268 MMP9 (ОШ = 2.16, pperm = 0.03) и гаплотипами полиморфных локусов гена MMP9 (pperm ≤ 0.05): CA rs3918249–rs17576 (ОШ = 2.15), ССА rs3918242–rs3918249–rs17576 (ОШ = 1.69), ССAG rs3918242–rs3918249–rs17576-rs3787268 (ОШ = 1.69), CAGCG rs3918249–rs17576–rs3787268–rs2250889–rs17577 (ОШ = 3.06). Три гаплотипа ассоциированы с низким риском возникновения РМЖ у женщин без отягощенной наследственности: GG rs17576–rs3787268 (ОШ = 0.60), GGC rs17576–rs3787268–rs2250889 (ОШ = 0.63) и CGG rs3918249–rs17576–rs3787268 (ОШ = 0.62).
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
Роль гена CRP во влиянии невзгод детства на риск суицидальных попыток у больных с расстройствами шизофренического спектра
Аннотация
Исследования показывают, что, в отличие от циркулирующего С-реактивного белка (СРБ), генетические варианты, обеспечивающие более высокие уровни СРБ, обладают защитным действием против шизофрении и модифицируют влияние сезона рождения на развитие заболевания. Целью данной работы было установить, влияет ли ген CRP также на связь между невзгодами детства и клиническими характеристиками шизофрении. У 921 больного шизофренией были проанализированы взаимосвязи между неблагополучием в детстве, генотипами в сайте rs2794521 в локусе CRP, синдромами, измеряемыми с помощью 5-факторной модели Шкалы позитивных и негативных синдромов с встроенной 2-факторной моделью негативного синдрома, и историей суицидальных попыток. Обнаружено значимое влияние генотипа на суицидальные попытки у пациентов с невзгодами детства. Результат свидетельствует в пользу модифицирующей роли генетических детерминант воспаления в каскаде событий, опосредующих эффекты пережитого в раннем возрасте психологического стресса на последующий риск суицидальных попыток.