Оригинальные методы спектрально-статистического подхода были разработаны для рапознавания нового типа скрытой периодичности в ДНК — скрытой профильной периодичности (скрытой профильности). Исследование скрытой профильности в кодирующих районах генов позволяет выявлять различные уровни кодирования генетической информации, в том числе и на локальных участках ДНК.
Применение мультилокусного секвенирования в исследовании штаммов Legionella pne- umophyla, выделенных на территории России, позволило получить данные для молекуляр но-экологического анализа сложившейся обстановки. Штаммы грунтовых вод показали сходные аллельные профили в разных удаленных регионах страны. Мутационные процессы в условиях градирен и в областях застоя воды автономной системы водоснабжения имели сходную направленность. При формировании клональных комплексов преобладал механизм рекомбинации. На основе сравнения аллельных профилей штаммов с базой данных EWGLI дана эпидемиологическая оценка изученных штаммов.
На материале природных последовательностей проведено сравнение нескольких методов реконструкции филогении белков. Были протестированы программы пакета PHYLIP, а также программы FastME, PhyML и TreeTop. Вопреки исследованиям на симулированных данных наши результаты демонстрируют превосходство программ, принимающих на вход матрицу расстояний, над реализациями метода наибольшего правдоподобия.
Создана компьютерная система анализа молекулярной эволюции генов и белков SAMEM, основанная на анализе отношения частот фиксации радикальных аминокислотных замен к консервативным (KR/KC) и исследовании скоростей изменения физико-химических свойств аминокислот в эволюции белков (Vp). Для анализа используются все известные физико- химические свойства аминокислот и производится статистическое соотнесение изменения этих свойств с фенотипическими признаками организмов. Это позволяет облегчить интерпретацию подходов KR/KC и VP. SAMEM доступна по адресу http://pixie.bionet.nsc.ru/samem/
На протяжении последних 10 лет в традиционной области систематики и эволюционной биологии происходит фактически смена морфологической парадигмы на молекулярную. В работе предпринята попытка оценить текущее состояние проблемы фундаментальных оснований систематики и эволюции. Показана глубокая недооценка современными подходами взаимосвязи между эволюцией, онтогенезом, систематикой и филогенетикой. Вместо обычного для современных исследований рассмотрения их как отдельных разделов биологии предлагается синтетическая концепция онтогенетической систематики, увязывающая эти разделы в рамках единого процесса.
14 хлоропластных микросателлитных маркеров использовано для анализа изменчивости и филогении цитоплазматического генома у 71 представителя 6 видов эгилопса с D-гено- мом. Наибольшее внутривидовое разнообразие выявлено у диплоидного вида Ae. tauschii. Среди полиплоидных видов наибольшая внутривидовая изменчивость показана для вида Ae. ventricosa. Гаплотипы Ae. ventricosa существенно отличаются от гаплотипов Ae. tauschii. Проанализированные образцы Ae. cylindrica имеют сходные гаплотипы, близкие гаплотипам Ae. tauschii.
RAPD и ISSR маркеры были использованы для классификации 32 образцов петрушки (Petroselinum crispum [Mill] Nym. ex A.W. Hill), включая корневые и листовые разновидности. 51 RAPD и 66 ISSR маркеров было амплифицировано с пятью RAPD и шестью SSR праймерами. Среднее количество полос в ISSR-спектрах составляло 11, а в RAPD-спектрах 10,2. Матрица генетических расстояний между изучаемыми образцами была построена с применением коэффициента Жаккарда. Дендрограмма, построенная UPGMA методом, графически отражала значения генетических дистанций. Растояние между корневыми и листовыми формами петрушки составляло 0,292.
Биоинформационный анализ и сайт-направленный мутагенез позволили идентифицировать детерминанты катализа ферментов CYP74 в центре I-спирали и ERR-триаде. Замены K302S и T366Y в алленоксидсинтазе LeAOS3 томата привели к появлению активности гидропероксидлиазы. Мутантные формы F284I, F287V, G288I, N285A и N285T гидропероксидлиазы MtHPL люцерны в отличие от фермента дикого типа, образовывавшего С12-альдокислоту, синтезировали С13- и Сц-фрагменты. Полученные данные подтверждают эволюционное происхождение разнообразия семейства CYP74 от единого предка, обладавшего активностью гидропероксидлиазы.
Филогения подрода Polyommatus (s. str.) изучена на основе анализа нуклеотидных последовательностей гена цитохромоксидазы I (COI) мтДНК 76 экземпляров голубянок, принадлежащих 36 таксонам подвидового и видового ранга. Среди всего разнообразия изученных таксонов выявлено только 12 монофилетических клад, соответствующих таксонам видового уровня: P. icarus, P. ciloicus, P. icadius, P. amorata, P. eros, P. forsteri, P. celina, P. venus, P. ari- ana, P. stoliczkanus, P. erigone, P. amor.
Впервые был охарактеризован b/c интрон гена nadl 13 видов Fagopyrum и показана возможность использования интрона гена nadl для идентификации видов гречихи. Размеры b/c интрона гена nadl варьировали от 1217 п.н. (F. tataricum, F. cymosum) до 1239 п.н. (F. capil- latum). Были определены видоспецифичные SNPs и индели. Полученная филогения рода совпала с основанной на морфологических признаках. NJ и MP дендрограммы выявили четкое разделение анализируемых видов на две основные группы: cymosum и urophyllum. Группа видов urophyllum характеризовалась присутствием нескольких синапоморфных замен и инделей, включая 11-нуклеотидную вставку, фланкированную прямыми повторами.
Систематика малощетинковых червей (Oligochaeta) в течение всего ХХ столетия вызывала дискуссии специалистов. Развитие компьютерных и молекулярных методов открыло перспективу построения филогенетически обоснованной системы. Однако устранение некоторых парафилетических линий не вызвало единодушного одобрения широкой аудитории биологов (главным образом морфологов и экологов). Молекулярная систематика внесла ясность в положение спорных видов и родов, одновременно вызвав сомнения в классификации таксонов высшего ранга, которые, казалось, были логичными и устойчивыми до недавнего времени.
Филогенетические связи двух групп Mesozoa изучены с помощью сравнительного анализа полных объединенных последовательностей генов 18 и 28S рРНК. Показано, что две группы Mesozoa на филогенетических деревьях образуют статистически хорошо поддержанную кладу. По результатам анализов Mesozoa включаются в группировку Spiralia в составе группы Lophotrochozoa, проявляя тенденцию к сближению с одной из группировок Annelida.
Исследован видовой состав рода Niviventer. Подтверждено наличие в составе рода не менее 15 видов, 8 из которых представляют фауну Вьетнама. На основании анализа гена цитохрома b мтДНК сделана попытка выделения естественных внутриродовых групп и обсуждены вопросы внутриродовой систематики.
Проанализирована географическая изменчивость H. axyridis по трем морфологическим полиморфным признакам. Начаты исследования полиморфизма гена COI мтДНК. Показано, что в пределах российской части видового ареала есть "западная" и "восточная" группы популяций, различия между которыми по комплексу изученных признаков соответствуют подвидовому уровню. Утверждается, что зона клинальной изменчивости морфологических признаков, расположенная в Забайкалье, образована в результате вторичной гибридизации "западной" и "восточной" групп популяций, обособившихся в эпоху последнего оледенения, а затем восстановивших единство видового ареала.
Исследованы филогенетические взаимоотношения эндемика Байкала Paratanytarsus bai- calensis (Tshern.) с представителями двух родов трибы Tanytarsini. Анализ филогенетических связей проведен на основе 117 нуклеотидных последовательностей фрагмента гена мтДНК СО!, принадлежащих 33 видам из родов Paratanytarsus и Micropsectra. Установлено, что байкальский вид по происхождению близок к географически удаленным европейским видам P. austriacus, P. hyperboreus и генетически неоднороден.
Структура кластера генов hsp70 изучалась у двух видов двукрылых семейства Stratio- myidae (Stratiomys singularior и Oxycera pardalina), личинки которых обитают в прибрежно- водных биотопах, контрастных по температурному режиму и по составу и концентрации солей. Было показано, что кластер генов hsp70 S. singularior состоит из пяти копий и имеет компактную организацию (интервалы между генами не превышают 5 т.п.н.). Кластер генов hsp70 O. pardalina состоит из четырех копий, расположенных на значительно больших расстояниях друг от друга, чем у S. singularior, и включает также ген hsp68. Обнаружена высокая вариабельность структуры кластера генов hsp70 S. singularior.
Приведены результаты исследования генетической структуры широко распространенных видов позвоночных Палеарктики с использованием маркеров митохондриальной ДНК и методологии молекулярной фитогеографии. Для многих случаев продемонстрирована глубокая генетическая дивергенция и повышенная изменчивость популяций из юго-восточных частей видовых ареалов, что свидетельствует об их длительной изоляции.
Для популяционно-генетического анализа камчатской микижи Parasalmo (O.) mykiss разработаны две новых маркерных системы: SCAR-маркеры (Sequence Chracterized Amplyfied Region) и ISSR-маркеры (Inter Simple Sequence Repeats или inter-microsatellite-PCR). Обе системы демонстрируют высокий уровень вариабельности и, несмотря на исходную видоспецифичность, могут применяться для популяционно-генетического анализа лососевых видов рыб со сложной внутривидовой структурой.
Поиск в GenBank последовательностей, использованных в качестве филогенетических признаков при анализе популяционной структуры гольцов Курильских островов, показал, что все они по меньшей мере экспрессируются либо являются участками структурных генов. Такой характер маркеров позволяет предполагать адаптивный характер их консервативного наследования.
Разработан метод выявления значимых олигонуклеотидных мотивов в регуляторных районах генов эукариот и проведен компьютерный анализ тканеспецифичных промоторов генов миРНК млекопитающих.
Проведено молекулярно-генетическое и морфометрическое исследование высокорослых и карликовых форм яблони, произрастающих на территории Бурятии. На основе филогенетического анализа по шести высокополиморфным микросателлитным локусам установлено, что карликовая форма произошла от высокорослых яблонь вида Malus baccata. Показано, что две исследуемые формы яблони принадлежат одному виду яблони сибирской. На основе полученных данных выдвинуто предположение, что карликовая форма яблони является экологической формой яблони сибирской и, возможно, представляет собой начальный этап парапатрического видообразования.
Исследована пространственно-генетическая структура метапопуляции Melittis sarmatica Klok. на территории Волковысской возвышенности (Гродненская обл., Беларусь). Для генетического анализа сходства популяций в пределах метапопуляции использован RAPD-метод. Выявлен обмен генетической информацией между компонентами метапопуляции. Установлены наиболее устойчивые связи, узловые и проблемные элементы ее структуры, выделены отдельные генетически обособленные группы. Наблюдается отрицательная линейная зависимость степени генетического сходства популяций от расстояния между ними.
В работе исследована дифференциация гаплотипов фрагмента гена цитохрома b (427 н.п.) в популяции благородного оленя (Cervus elaphus L.), обитающего на Балканском полуострове. Среди 16 исследованных образцов выявлено 6 гаплотипов, из которых два принадлежали большинству образцов, а четыре очень близки к одному из двух основных. Четыре гаплотипа образцов благородного оленя из Болгарии близки к гаплотипам оленей, обитающих в Европе, а два остальных сформировали отдельную ветвь, к которой примкнули два образца из Туниса и с острова Сардиния. Сделан вывод о присутствии в болгарской популяции благородного оленя как минимум двух генетических линий.
Сравнительный анализ последовательностей участка ITS1-2 рДНК D. antarctica показал, что после ледникового периода в Антарктику могли мигрировать растения вида с различными генотипами. Применение RAPD-маркеров обнаружило различия в уровне полиморфизма между популяциями D. antarctica, расположенными в разных широтах, а также ограниченность обмена генетическим материалом между ними.
Найден консервативный мотив перед генами proA и proB у многих у-протеобактерий, наиболее широко представленный у Pseudomonas, Marinobacter и Shewanella. Перед многими генами имеются пары сайтов кооперативного связывания белка обычно из 8 п.н. На основе разработанного алгоритма предположено, что соответствующим транскрипционным фактором является белок из семейства TetR, ортологичный белку NP_249058 из P. aeruginosa PAO1. Построено дерево видов, имеющих найденную нами регуляцию генов pro и три вложения в него: дерева самих генов pro, дерева доменов транскрипционных факторов и дерева сайтов связывания этих факторов. Выведен сценарий совместной эволюции взаимодействующих элементов: генов, белковых факторов регуляции и сайтов связывания.
Обнаружен 191 растительный гомолог протеинкиназ человека, принимающих участие в фосфорилировании белков микротрубочек и регуляции клеточного цикла. Методом объединения соседей (NJ) проведен анализ сходства протеинкиназ.
Исследована филогения видов-двойников группы Drosophila virilis на основе изменчивости пяти ядерных и митохондриальных генов: Adh, NonA, Fu, Ras1 и 16S-12S рРНК. Предложена модель для оценки неравномерности накопления замен в филогенетических линиях группы видов по произвольному числу последовательностей ДНК с учетом множественных, параллельных и обратных замен. Реконструированы периоды неравномерного хода молекулярных часов в группе видов virilis и построено филогенетическое дерево данной группы на основе нейтральной изменчивости.
Вирус гриппа является серьезным патогеном человека, который регулярно вызывает эпидемии, а также пандемии с высоким уровнем смертности. Созданы программы для проведения статистического анализа замен нуклеотидов в кодирующих областях генов, которые были апробированы на большой выборке штаммов вируса гриппа типа А. Внутренние белки вириона оказались эволюционно стабильными, тогда как поверхностные антигены, а также неструктурный белок NS1 — высоковариабельными. Анализ выборки последовательностей матриксного белка М1 показал, что N-домен является крайне консервативным, а М- и С-домены — более изменчивыми. Предсказание внутренней неупорядоченности в пространственной структуре белка М1 по алгоритму DISOPRED выявило высокую структурную пластичность в С-домене.
Представлен анализ полной последовательности митохондриального (мт) генома D. littoralis. Приведены его основные характеристики, размер, нуклеотидный состав, последовательность генов, а также степень давления стабилизирующего отбора на разные участки генома. Обсуждены особенности структуры белок-кодирующих генов и генов тРНК. Приведена структура некодирующих районов: контрольного района и межгенных спейсеров мтДНК группы virilis. Найдены фрагменты мт-генов atp6 и cox3 в ядерном геноме D. virilis. Эволюционная история митохондриальных и ядерных последовательностей этих генов указывает на то, что процесс образования мт-псевдогенов идет в настоящее время и связан с активностью ретротранспозонов.
