Лаборатория системной биологии растений

Кочиева Елена Зауровна
Заведующая лабораторией
доктор биологических наук, профессор
ИНБ, комн. 408
Телефон +7 (499) 135-30-50, +7 (499) 135-62-19
E-Mail kochieva@biengi.ac.ru

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова
Геномика растений, вариабельность генов, генные сети, регуляторные и структурные гены, пути метаболизма, регуляция физиологии и морфогенеза, биотехнология, виды и сорта, агрокультуры, генотипирование, молекулярные маркёры для селекции


Направления исследований
Основное направление исследований лежит в области геномики, молекулярной биологии и биотехнологии растений.

  • Оценка генетического разнообразия геномов для решения вопросов таксономии и филогении видов растений
  • Исследование молекулярно-генетических механизмов контроля развития растений
  • Изучение путей регуляции ответа растений на биотические и абиотические стрессы
  • Исследование процессов видообразования и реконструкция эволюции последовательностей ядерного, хлоропластного и митохондриального геномов
  • Разработка новых методов детекции и анализа генетического полиморфизма функционально значимых последовательностей генома
  • Генотипирование биоресурсных коллекций
  • Разработка молекулярных маркеров, сцепленных с агрономически ценными признаками для маркер-ассоциированной селекции с целью генотипирования и создания новых улучшенных сортов культурных растений


Основные методы исследований

Уникальные/редкие методы исследования (на базе собственного оборудования), имеющиеся в лаборатории:

  • Методы мультилокусного анализа (AFLP, RGA-profiling, EcoTilling)

Методы фундаментальных исследований:

  • Молекулярно-биологические методы: клонирование, секвенирование, ПЦР, ОТ-ПЦР, РВ-ПЦР, гибридизация in situ, анализ белок-белковых взаимодействий in vivo
  • Методы генетической инженерии растений: гомо- и гетерологичная суперэкспрессия трансгенов (трансформация, регенерация, молекулярно-биологический и фенотипический анализ модельных растений)
  • Методы определения генетического разнообразия растений: полногеномное секвенирование, RNA-seq, моно- и мультилокусное генотипирование, ДНК-фингерпринтинг
  • Биоинформационный анализ
  • Методы молекулярного анализа ядерного и цитоплазматических геномов (ISSR, AFLP, SSR, SNP, S-SAP, RGA-profiling, EcoTilling, анализ нуклеотидного полиморфизма секвенированных последовательностей ядерной, хлоропластной, митохондриальной ДНК)
  • Методы биохимического анализа: HPLC, спектрофотометрия


Краткая история лаборатории
Лаборатория генетической инженерии была создана в 1991 году в Центре «Биоинженерия» РАН. Основателем и руководителем лаборатории являлся академик Скрябин Константин Георгиевич. В 2014 году лаборатория была переименована в лабораторию системной биологии растений. С 2020 года лабораторией руководит профессор, доктор биологических наук Кочиева Елена Зауровна.

Достижения

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Лаборатория системной биологии растений проводит фундаментальные исследования в области структурной и функциональной геномики высших растений. Её приоритетными задачами является молекулярный анализ геномных полиморфизмов, изучение взаимосвязи организации генетического материала и его экспрессии, молекулярный анализ дифференцировки и морфогенеза растений, оценка генетического меж- и внутривидового разнообразия современных растений.

Примером успешного сочетания фундаментальных и прикладных аспектов деятельности Лаборатории является создание молекулярных маркёров хозяйственно-ценных растений для селекции, а также молекулярная паспортизация сортов и линий сельскохозяйственных растений.

В результате выполненных в лаборатории исследований:

  • С помощью современных методов молекулярного анализа (AFLP, SSR, ISSR, SNP, S-SAP и др.) ядерного и цитоплазматических геномов проведена оценка биоразнообразия и филогенетического родства диких и культурных видов растений семейств Solanaceae (рода Solanum, Capsicum), Lemnaceae и Fabaceae, а также родов Fagopyrum и Allium.
  • Совместно с лабораторией биоразнообразия (PRI, Университет Вагенингена, Нидерланды) разработана оригинальная система маркирования полиморфизма генов устойчивости растений (RGA-profiling). С помощью данной системы выполнен прямой анализ RGA-семейства генов c непосредственной оценкой его биоразнообразия у различных семейств растений.
  • Разработаны и адаптированы системы молекулярного маркирования видов и сортов сельскохозяйственных растений. Проведена молекулярная паспортизация более чем 300 сортов картофеля, томата, перца, гороха. Разработана методика проведения EcoTILLING для генов резистентности видов сем. Solanaceae.
  • Определены последовательности и паттерны экспрессии целого ряда генов-гомологов углеводного обмена (инвертаз, амилаз, ингибиторов инвертаз и амилаз, сахарозосинтаз, крахмал-фосфорилаз и др.) у широкой выборки видов и сортов растений сем. Solanaceae, Fabaceae и Poaceae. Описана их вариабельность, разработаны молекулярные маркеры, сцепленные с содержанием сахаров и крахмала в плодах/зернах. Проведена оценка участия идентифицированных генов в ответе растений на холодовой стресс.
  • Идентифицированы гены с доменом холодового шока у представителей родов Brassica, Solanum и Allium, а также гены устойчивости к вирусу PVX и бледной нематоде G. pallida у видов  и сортов Solanum.
  • У образцов лука-порея Allium porrum L., различающихся содержанием аскорбиновой кислоты, идентифицированы и охарактеризованы ключевые гены L-галактозного пути биосинтеза витамина С.
  • Определены последовательности и паттерны экспрессии ключевых генов биосинтеза каротиноидов и антоцианов у широкой выборки видов и сортов растений сем. Solanaceae. Для ряда генов выявлены корреляции паттернов экспрессии с окраской плода. Продемонстрировано, что окраска кожицы и мякоти плодов перца регулируется независимо и определяется соотношением основных типов пигментов и активностью генов их биосинтеза.
  • Секвенированы полные хлоропластные геномы видов Allium: A. porrum, A. altaicum, A. obliquum, A. sativum, A. ramosum и A. regelianum.
  • С участием лаборатории секвенированы ядерный, хлоропластный и митохондриальный геномы паразитического микогетеротрофного растения – Monotropa hypopitys (подъельник). Показано, что в геноме потеряны гены, связанные с фотосинтезом, но сохранена большая часть генов собственного генетического аппарата. Определена вариабельность хлоропластного генома у образцов видов Monotropa и родственных фотосинтезирующих видов сем. Ericaceae.
  • С участием лаборатории секвенированы транскриптомы различных тканей Monotropa hypopitys, охарактеризованы последовательности и паттерн экспрессии генов, кодирующих транскрипционные факторы (TF) MADS-domain, YABBY, LEAFY и WOX, а также других важных структурных генов. Секвенирована библиотека микроРНК подъельника; идентифицированы и функционально охарактеризованы видоспецифичные и консервативные микроРНК, включая ассоциированные с цветением и эндомикоризным симбиозом.
  • Идентифицированы последовательности и определены профили экспрессии регуляторных генов TF семейств MADS и YABBY у культивируемых и дикорастущих видов томата и перца (роды Solanum и Capsicum). Выявлены доноры аллелей, сцепленных с хозяйственно-ценными признаками (ускоренная вегетация, многокамерность плода); разработаны и верифицированы молекулярные маркёры, сцепленные со сроками вегетации и количеством плодовых камер. С использованием маркёров (сроки вегетации) совместно с ФНЦО получены два гибрида F1 томата и перца.
  • Совместно с лабораторией PRI (Нидерланды) выделены и функционально охарактеризованы семейства MADS-box генов подсолнечника и хризантемы. На основе сравнительного анализа белковых взаимодействий MADS-domain факторов транскрипции астровых (Helianthus annuus, Chrysanthemum morifolium) и пасленовых (Petunia hybrida) построена схема молекулярной регуляции закладки и формирования органов цветка астровых на примере соцветий хризантемы и подсолнечника. Методами обратной генетики на модельных растениях Nicotiana tabacum и Arabidopsis thaliana выявлены предположительные функции НАМ–генов подсолнечника и CDM–генов хризантемы. Охарактеризовано семейство микроРНК соцветия хризантемы в сравнении с тремя линиями трансгенной хризантемы, рано цветущими за счет суперэкспрессии генов НАМ75, HAM92 и CDM111.

В лаборатории с 2003 года защищены 1 докторская и 10 кандидатских диссертаций, и выполняются работы, поддержанные грантами Российского научного фонда, РФФИ и Минобрнауки России.

Сотрудники

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Кочиева
Елена Зауровна
д.б.н., профессорг.н.с., заведующая лабораториейИНБ, комн. 408, 410, 306(499) 135-30-50, (499) 135-62-19-kochieva@biengi.ac.ru
2Джос
Елена Алексеевна
к.с.-х.н.н.с.ИНБ, комн. 408, 410, 306(499) 135-30-50, (499) 135-62-19-elenadzhos@mail.ru
3Дьяченко
Елена Андреевна
к.б.н.н.с.ИНБ, комн. 408, 410, 306(499) 135-30-50, (499) 135-62-19-dyachenko-el@yandex.ru
4Ефремов
Глеб Ильич
-м.н.с., аспирантИНБ, комн. 408, 410, 306(499) 135-30-50, (499) 135-62-19-gleb_efremov@mail.ru
5Слугина
Мария Андреевна
к.б.н.н.с.ИНБ, комн. 408, 410, 306(499) 135-30-50, (499) 135-62-19-mashinmail@mail.ru
6Тяпкина
Дарья Юрьевна
-м.н.с., аспирантИНБ, комн. 408, 410, 306(499) 135-30-50, (499) 135-62-19-Daria_t@list.ru
7Филюшин
Михаил Александрович
к.б.н.н.с.ИНБ, комн. 408, 410, 306(499) 135-30-50, (499) 135-62-19-michel7753@mail.ru
8Щенникова
Анна Владимировна
к.х.н.с.н.с.ИНБ, комн. 408, 410, 306(499) 135-62-19-shcha@biengi.ac.ru

 

Разработки

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

Статус Наименование разработки Дата Где Краткое описание
1 Передано на сортоиспытания Сорт перца Capsicum annuum “Королевский” 2018 ФГБУ «Госсорткомиссия» Селекция совместно с ФНЦО Ультраскороспелый
2 Передано на сортоиспытания Сорт томата Solanum lycopersicum “Метеор” 2018 ФГБУ «Госсорткомиссия» Селекция совместно с ФНЦО Ультраскороспелый
3 Передано на сортоиспытания Сорт чеснока Allium sativum “Мелиоратор” 2019 ФГБУ «Госсорткомиссия»

 

РИД

РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (патенты, полезные модели, базы данных, ноу-хау и пр.)
Регистрационный номер Тип Название Авторы Заявитель/ патентообладатель Дата приоритета Дата публикации
1 2658352 Патент на изобретение РФ ДНК-маркер для количественного определения геномной ДНК картофеля в растительном сырье Кочиева Е.З.,
Сухачева М.В.,
Слугина М.А.,
Кузнецов Б.Б.,
Скрябин К.Г.
ФИЦ Биотехнологии РАН 18.11.2015 20.06.2018
2 2522828 Патент на изобретение РФ Биологический ДНК маркер для идентификации гена устойчивости к Х вирусу картофеля Борис К.В.,
Кочиева Е.З.,
Рыжова Н.Н., Скрябин К.Г.
ФИЦ Биотехнологии РАН 11.10.2012 20.07.2014
3 2413774 Патент на изобретение РФ Биологический маркер для определения сортов картофеля, набор и способ сортовой идентификации картофеля Кочиева Е.З., Мартиросян Е.В., Рыжова Н.Н.,
Скрябин К.Г.
ФИЦ Биотехнологии РАН 16.10.2009 10.03.2011
4 2615449 Патент на изобретение РФ Биологический ДНК-маркер для определения примеси муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки Слугина М.А.,
Кочиева Е.З.,
Салина Е.А.
МГУ им. М.В.Ломоносова 14.12.2015 04.04.2017

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

  1. Slugina M.A., Shchennikova A.V., Meleshin A.A., Kochieva E.Z. Homologs of vacuolar invertase inhibitor INH2 in tuber-bearing wild potato species and Solanum tuberosum: gene polymorphism and co-expression with saccharolytic enzyme genes in response to cold stress. Scientia Horticulturae. 2020. 269:109425.
  2. Slugina M.A., Meleshin A.A., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z. The Opposite Effect of Low Temperature on the Pho1a starch phosphorylase gene expression in Solanum tuberosum L. tubers and Petota species leaves. American Journal of Potato Research. 2020. 97:78-87.
  3. Slugina M.A., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z. Differences in the sucrose synthase gene SUS1 expression pattern between Solanum lycopersicum and wild tomato species. Theoretical and Experimental Plant Physiology. 2019. 31(4):455-462.
  4. Slugina M.A., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z. The expression pattern of the Pho1a genes encoding plastidic starch phosphorylase correlates with the degradation of starch during fruit ripening in green-fruited and red-fruited tomato species. Functional Plant Biology. 2019. 46(12):1146-1157.
  5. Filyushin M.A., Beletsky A.V., Kochieva E.Z. Characterization of the complete chloroplast genome of leek Allium porrum L. (Amaryllidaceae). Mitochondrial DNA Part B: Resources. 2019. 4(2):2602-2603.
  6. Филюшин М.А., Кочиева Е.З., Щенникова А.В., Белецкий А.В., Марданов А.В., Равин Н.В., Скрябин К.Г. Профиль экспрессии генов унипортеров семейства SWEET в процессе развития ловчих аппаратов плотоядного растения Nepenthes sp. Генетика. 2019. 55(6):655-664.
  7. Slugina M.A., Shchennikova A.V., Pishnaya O.N., Kochieva E.Z. Assessment of the fruit-ripening-related FUL2 gene diversity in morphophysiologically contrasted cultivated and wild tomato species. Molecular Breeding. 2018. 38(7):82.
  8. Slugina M.A., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z. LIN7 cell-wall invertase orthologs in cultivated and wild tomatoes (Solanum section Lycopersicon). Plant Molecular Biology Reporter. 2018. 36(2):195-209.
  9. Filyushin M.A., Beletsky A.V., Mazur A.M., Kochieva E.Z. Characterization of the complete plastid genome of lop-sided onion Allium obliquum L. (Amaryllidaceae). Mitochondrial DNA Part B: Resources. 2018. 3(1):393-394.
  10. Shchennikova A.V., Slugina M.A., Beletsky A.V., Filyushin M.A., Mardanov A.V., Shulga O.A., Kochieva E.Z., Ravin N.V., Skryabin K.G. The YABBY genes of leaf and leaf-like organ polarity in leafless plant Monotropa hypopitys. Int J Genomics. 2018. 2018:7203469.
  11. Shulga O.A., Shchennikova A.V., Beletsky A.V., Mardanov A.V., Kochieva E.Z., Filyushin M.A., Ravin N.V., Skryabin K.G. Transcriptome-wide characterization of the MADS-box family in pinesap Monotropa hypopitys reveals flowering conservation in non-photosynthetic myco-heterotrophs. Journal of Plant Growth Regulation. 2018. 37(3):768-783.
  12. Savelyeva E., Kalegina A., Boris K., Kochieva E., Kudryavtsev A. Retrotransposon-based sequence-specific amplified polymorphism markers for the analysis of genetic diversity and phylogeny in Malus Mill. (Rosaceae). 2017. 64:1499-1511.
  13. Beletsky A.V., Filyushin M.A., Gruzdev E.V., Mazur A.M., Prokhorchouk E.B., Kochieva E.Z., Mardanov A.V., Ravin N.V., Skryabin K.G. De novo transcriptome assembly of the mycoheterotrophic plant Monotropa hypopitys. Genomics Data. 2017. 11:60-61.
  14. Slugina M.A., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z. TAI vacuolar invertase orthologs: the interspecific variability in tomato plants (Solanum section Lycopersicon). Molecular Genetics and Genomics. 2017. 292(5):1123-1138.
  15. Shulga O.A., Nedoluzhko A.V., Shchennikova A.V., Gruzdeva N.M., Shelenkov A.A., Sharko F.S., Sokolov A.S., Pantiukh E.S., Rastorguev S.M., Prokhortchouk E.B., Skryabin K.G. Profiling of microRNAs in wild type and early flowering transgenic Chrysanthemum morifolium by deep sequencing. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2017. 128(2):283-301.
  16. Filyushin M.A., Slugina M.A., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z. YABBY3-Orthologous Genes in Wild Tomato Species: Structure, Variability, and Expression. Acta naturae. 2017. 9(4):101-109.
  17. Ravin N.V., Gruzdev E. V., Beletsky A.V., Mazur A.M., Prokhorchouk E.B., Filyushin M.A., Kochieva E.Z., Kadnikov V.V., Mardanov A.V., Skryabin K.G. The loss of photosynthetic pathways in the plastid and nuclear genomes of the non-photosynthetic mycoheterotrophic eudicot Monotropa hypopitys. BMC Plant Biology. 2016. 16(3):153-161.
  18. Shcherban A.B., Kochieva E.Z., Salina E.A. Diversification of the Homoeologous Lr34 Sequences in Polyploid Wheat Species and Their Diploid Progenitors. Journal of Molecular Evolution. 2016. 82(6):291-302.
  19. Shchennikova A.V., Beletsky A.V., Shulga O.A., Mazur A.M., Prokhorchouk E.B., Kochieva E.Z., Ravin N.V., Skryabin K.G. Deep-sequence profiling of miRNAs and their target prediction in Monotropa hypopitys. Plant Molecular Biology. 2016. 91(4-5):441-458.
  20. Filyushin M.A., Beletsky A.V., Mazur A.M., Kochieva E.Z. The complete plastid genome sequence of garlic Allium sativum L. Mitochondrial DNA Part B: Resources. 2016. 1(1):831-832.
  21. Goryunova S.V., Salentijn E.M.J., Chikida N.N., Kochieva E.Z., van der Meer I.M., Glissen L.J.W.J., Smulders M.J.M. Expansion of the gamma-gliadin gene family in Aegilops and Triticum. BMC Evolutionary Biology. 12(1):215.
  22. Goloveshkina E.N., Shchennikova A.V., Kamionskaya A.M., Skryabin K.G., Shulga O.A. Influence of ectopic expression of Asteraceae MADS box genes on plant ontogeny in tobacco. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2012. 109(1):61-71
  23. Immink R.G.H., Tonaco I.A.N., de Folter S., Shchennikova A., van Dijk A.D.J., Busscher-Lange J., Borst J.W., Angenent G.C. SEPALLATA3: the ‘glue’ for MADS box transcription factor complex formation. Genome Biology. 2009. 10(2):R24
  24. Urbanus S.L., Folter S.D., Shchennikova A.V., Kaufmann K., Immink R.G.H., Angenent G.C. In planta localisation patterns of MADS domain proteins during floral development in Arabidopsis thaliana. BMC Plant Biol. 2009. 9(1):5
  25. de Folter S., Shchennikova A.V., Franken J., Bussher M., Baskar R., Grossniklaus U., Angenent G.C., Immink R.G. A Bsister MADS-box gene involved in ovule and seed development in petunia and Arabidopsis. The Plant J. 2006. 47:934-946
  26. Ferrario S., Shchennikova A.V., Franken J., Immink R.G., Angenent G.C. Control of floral meristem determinacy in Petunia by MADS-box transcription factors. Plant Physiol. 2006. 140(3):890-898
  27. Shchennikova, A. V., Shulga, O. A., Immink, R., Skryabin, K. G., Angenent, G. C. Identification and characterization of four chrysanthemum MADS-box genes, belonging to the APETALA1/FRUITFULL and SEPALLATA3 subfamilies. Plant Physiology. 2004. 134(4):1632-1641
  28. Van Der Linden C.G., Wouters D.C.A.E., Mihalka V., Kochieva E.Z., Smulders M.J.M., Vosman B. Efficient targeting of plant disease resistance loci using NBS profiling. Theoretical and Applied Genetics. 2004. 109(2):384-393
  29. Ferrario S., Immink R.G.H., Shchennikova A., Busscher-Lange J., Angenent G.C. The MADS box gene FBP2 is required for the SEPALLATA function in petunia. The Plant Cell J. 2003. 15(4):914-925
  30. Tsugeki R., Kochieva E.Z., Fedoroff N.V. A transposon insertion in the arabidopsis ssr16 gene causes an embryo-defective lethal mutation. The Plant J. 1996. 10(3):479-489

 

Диссертации

ЗАЩИЩЕННЫЕ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертант Диссертация Тема работы Научный руководитель/ консультант
Год защиты
1 Кочиева Е.З. докторская Геномный полиморфизм представителей сем. Solanaceae (род Solanum, род Lycopersicon, род Capsicum) Рысков А.П. 2004
2 Щенникова А.В. кандидатская Клонирование и характеристика генов, отвечающих за формирование соцветия представителя сложноцветных – хризантемы Шульга О.А. Скрябин К.Г. 2003
3 Рыжова Н.Н. кандидатская Молекулярное маркирование генома перцев Кочиева Е.З. 2004
4 Горюнова С.В. кандидатская Молекулярно-генетический анализ рода Aegilops L. Кочиева Е.З. 2005
5 Мартиросян Е.В. кандидатская Молекулярный анализ генома Lemnaceae. Кочиева Е.З. 2009
6 Кадырова Г.М кандидатская Анализ вариабельности нуклеотидных последовательностей ядерного и цитоплазматического геномов представителей рода Fagopyrum Кочиева Е.З. 2010
7 Борис К.В. кандидатская Идентификация и изучение полиморфизма генов-гомологов SUS4 и RX1 у представителей рода Solanum секции petota. Кочиева Е.З. 2013
8 Снигирь Е.А. кандидатская Использование молекулярных маркеров для анализа полиморфизма генома перца и оптимизации селекционного процесса. Кочиева Е.З. 2013
9 Филюшин М.А. кандидатская Анализ полиморфизма генома чеснока Allium sativum и родственных видов секции Allium Кочиева Е.З. 2017
10 Дьяченко Е.А. кандидатская Анализ вариабельности генома рода Pisum и родственных видов трибы Fabeae (Vicieae) (сем. Fabaceae) Кочиева Е.З. 2017
11 Слугина М.А. кандидатская Структура, вариабельность и экспрессия новых гомологов генов углеводного метаболизма TAI, LIN7, SUS1, PHO1а дикорастущих и культивируемых видов томата (Solanum секция Lycopersicon) Кочиева Е.З. 2018

Награды

НАГРАДЫ, ПРЕМИИ, ОТЛИЧИЯ, БЛАГОДАРНОСТИ (за научную и научно-организационную деятельность)
Сотрудники Вид премии/ награды Наименование премии/ награды Год присуждения
1 Кочиева Е.З.,
Рыжова Н.Н.
Премия « МАИК-НАУКА» за цикл публикаций 2002