Цветовая схема:
C C C C
Шрифт
Arial Times New Roman
Размер шрифта
A A A
Кернинг
1 2 3
Изображения:
  • 127276, Москва, Ботаническая, 35
  • +7 (499) 678-54-00 +7 (499) 678-54-20
  • ifr@ippras.ru

Лаборатория экспрессии генома растений


РУКОВОДИТЕЛЬ:

КУЗНЕЦОВ
Виктор Васильевич

заведующий лабораторией,
главный научный сотрудник,
доктор биологических наук,
профессор

Телефон: +7 (499) 678-53-44
E-mail: vkusnetsov2001@mail.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

СОТРУДНИКИ:

Стадничук Игорь Николаевич

ведущий научный сотрудник,
доктор биологических наук

E-mail: stadnichuk@mail.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

Бычков Иван Александрович

старший научный сотрудник,
кандидат биологических наук

E-mail: ivan.a.b@mail.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

Кудрякова Наталия Васильевна

старший научный сотрудник,
кандидат биологических наук

E-mail: nkudryakova@mail.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

Лысенко Евгений Анатольевич

старший научный сотрудник,
кандидат биологических наук

E-mail: genlysenko@mail.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

Пожидаева Елена Станиславовна

старший научный сотрудник,
кандидат биологических наук

E-mail: alenapoj@mail.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

Дорошенко Анастасия Сергеевна

научный сотрудник,
кандидат биологических наук

E-mail: anastasiya04101993@gmail.com
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

Шитикова Виктория Вадимовна

научный сотрудник,
кандидат биологических наук

E-mail: vicry@yandex.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

Лисенкова Анна Сергеевна

инженер

Саввина Наталья Алексеевна

лаборант

ИССЛЕДОВАНИЯ:

Основные направления работы:

  • изучение рецепции и трансдукции гормональных сигналов, как в обычных условиях произрастания, так и при действии стрессовых факторов;
  • исследование молекулярных аспектов гормональной и стрессорной регуляции биогенеза хлоропластов, включая процесс транскрипции пластидных генов. Изучение возможных механизмов передачи гормональных сигналов в хлоропласты. Межорганельные взаимодействия;
  • изучение механизмов взаимодействия мелатонина и других фитогормонов в обеспечении устойчивости растений к стрессорам различной природы;
  • изучение влияния повышенной температуры и тяжелых металлов на экспрессию пластидного генома на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях, а также их эффект на функциональное состояние фотосинтетического аппарата;
  • исследование роли ферментов (протеаз, гидролаз) в процессах, регулирующих рост и развитие растений, а также в формировании у них адаптивного ответа к различным стрессам. Особое внимание уделяется роли фитогормонов в этих процессах;
  • изучение строения пигментного аппарата цианобактерий и одноклеточных водорослей в связи с эволюцией фотосинтеза.

Объекты исследований:

Основным объектом исследования является Arabidopsis thalianа, а также мутантны, созданные на его основе. Кроме того, Arabidopsis используется для получения трансгенных растений. Проблемы устойчивости к повышенной температуре и тяжелым металлам исследуются в основном на ячмене (Hordéum vulgáre) и кукурузе (Zea mays).

В прошлые годы применялись различные растительные модели для изучения механизма действия цитокининов, такие как проростки ячменя, отделенные семядоли тыквы (Cucúrbita pépo) и люпина (Lupinus luteus), отделенные листья табака (Nicotiana tabacum) и другие.

Методы исследований:

  • разнообразные методы изучения экспрессии генов на уровне транскрипции (run-on транскрипция), на уровне содержания транскриптов (qRT-PCR), на посттранскрипционном уровне (сплайсинг пластидных транскриптов — различные варианты ПЦР в сочетании с электрофорезом);
  • изучение функциональной активности фотосистем 1 и 2 с помощью переменной флуоресценции хлорофилла и поглощения света Р700 с использованием флуориметра DUAL-PAM-100 (Heinz Walz GmbH, Германия);
  • определение относительного содержания индивидуальных белков иммуноферментным анализом, изучение структуры сложных белковых комплексов, используя денатурирующий и нативный электрофорез в ПАА-геле. Применение двумерного электрофореза белков;
  • определение устойчивости растений к неблагоприятным факторам с помощью кондуктометрии, определения содержания активных форм кислорода, низкомолекулярных антиоксидантов, активностей антиоксидантных ферментов;
  • выделение высокоочищенных интактных хлоропластов и изучение внутриорганельного распределения ионов тяжелых металлов;
  • клонирование генов с целью создания различных конструкций и получения трансгенных растений;
  • спектрофотометрические методы определения содержания пигментов, метаболитов и других соединений.

Ключевые достижения:

  1. Доказано, что основная масса цитокининов образуется в корнях. Установлена способность цитокининов не только задерживать старение листьев, но и вызывать их омоложение. Доказана различная роль мембранных рецепторов цитокинина AHK2 и AHK3 в задержке старения листьев цитокининами.
  2. Впервые выделены и проанализированы ядерные и хлоропластные функционально-активные цитокинин-связывающие белки, медиирующие гормон-зависимую регуляцию транскрипции в условиях in vitro. Эти белки, предположтельно, являются гормон-зависимыми факторами транскрипции.
  3. Доказано влияние цитокинина на сборку полисом на индивидуальных мРНК ядерного кодирования.
  4. Выполнены приоритетные исследования по гормональной регуляции биогенеза хлоропластов. Доказано участие практически всех известных в настоящее время фитогормонов в регуляции транскрипции хлоропластных генов. Установлено взаимодействие света и цитокинина в регуляции транскрипции пластидных генов. Показано, что свет и цитокинин, регулируя экспрессию ядерных генов хлоропластных белков, действуют через одни и те же регуляторные элементы.
  5. Установлено, что внутри хлоропластов основная часть Cd (80%) локализуется в тилакоидах и этого количества достаточно для ингибирования электрон-транспортной цепи.
  6. Впервые доказано участие фитомелатонина в регуляции экспрессии пластидного генома. Полученные результаты показывают, что фитомелатонин является участником сложных взаимодействий при фотоокислительном стрессе. Он может рассматриваться не только как антиоксидант, но и как новый гормон растений, вовлеченный в регуляцию самых различных процессов.

ПУБЛИКАЦИИ:

Наиболее значимые публикации за последние 5 лет:

  1. Bychkov I.A., Andreeva A.A., Vankova R., Lacek J., Kudryakova N.V., Kusnetsov V.V. Modified Crosstalk between Phytohormones in Arabidopsis Mutants for PEP-Associated Proteins. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 1586. https://doi.org/10.3390/ijms25031586
  2. Kusnetsov V.V., Bychkov I.A., Kudryakova N.V. Phytomelatonin As an Element of the Plant Hormonal System., Russian Journal of Plant Physiology 2024, 71:134. doi: 10.1134/S1021443724606839
  3. Stadnichuk I.N., Krasilnikov P.M. Relationship between non-photochemical quenching efficiency and the energy transfer rate from phycobilisomes to photosystem II. Photosynth Res. 2024, 159, 177-189. https://doi.org/10.1007/s11120-023-01031-z
  4. Lysenko E.A., Kusnetsov V.V. Changes of Cd content in chloroplasts are mirrored by the activity of photosystem I, but not by photosystem II. Photosynthetica 2024, 62 (2): 187-203. DOI 10.32615/ps.2024.018
  5. Lysenko E.A., Kozuleva M.A., Klaus A.A., Pshybytko N.L., Kusnetsov V.V. Lower air humidity reduced both the plant growth and activities of photosystems I and II under prolonged heat stress. Plant Physiology and Biochemistry 2023, 194, 246-262 https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.11.016
  6. Andreeva, A.A., Bychkov, I.A., Kudryakova, N.V., Kusnetsov V.V. Trans-Factor PTF1 Participates in the Response to Salinity but Does Not Regulate Expression of the psbD Gene in Arabidopsis thaliana. Russ J Plant Physiol.2023, 70, 8. https://doi.org/10.1134/S1021443722602336
  7. Bychkov I.A., Pojidaeva E.S., Doroshenko A.S., Khripach V.A. Kudryakova N.V., Kusnetsov V.V. Phytohormones as Regulators of Mitochondrial Gene Expression in Arabidopsis thaliana. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24. 16924 https://doi.org/10.3390/ijms242316924
  8. Bychkov, I.A.; Andreeva, A.A.; Kudryakova, N.V.; Kusnetsov, V.V. Cytokinin Modulates Responses to Phytomelatonin in Arabidopsis thaliana under High Light Stress. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 738. https://doi.org/10.3390/ijms24010738
  9. Stadnichuk I.N., Kusnetsov V.V. Phycobilisomes and Phycobiliproteins in the Pigment Apparatus of Oxygenic Photosynthetics: From Cyanobacteria to Tertiary Endosymbiosis. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 2290. https://doi.org/10.3390/ijms24032290
  10. Danilova M.N., Kudryakova N.V., Doroshenko A.S., Amina G. Daminova A.G., Oelmüller R., Kusnetsov V.V. Versatile effect of cytokinin on detached senescing leaves of Arabidopsis in the light. Plant Growth Regulation 2023, 99, 313-322 https://doi.org/10.1007/s10725-022-00909-7
  11. Bychkov I.A., Andreeva A.A., Kudryakova V.V., Pojidaeva E.S., Kusnetsov V.V. The role of PAP4/FSD3 and PAP9/FSD2 in heat stress responses of chloroplast genes. Plant Science 2022, 322. 111359. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2022.111359
  12. Gorshkova D.S., Pojidaeva E.S. Members of the Universal Stress Protein Family are Indirectly Involved in Gibberellin- Dependent Regulation of Germination and Post-Germinated Growth. Russian Journal of Plant Physiology 2021, 68 (3). 451–462. doi: 10.1134/S1021443721030055
  13. Bychkov I., Kudryakova N., Pojidaeva E., Kusnetsov V. The melatonin receptor CAND2 is involved in the regulation of photosynthesis and chloroplast gene expression in Arabidopsis thaliana under photooxidative stress. Photosinthetica 2021, 59 (4): 683-692, 2021 doi 10.32615/ps.2021.061
  14. Lysenko E.A., Klaus A.A., Kartashov A.V., Kusnetsov V.V. Specificity of Cd, Cu, and Fe effects on barley growth, metal contents in leaves and chloroplasts, and activities of photosystem I and photosystem II. Plant Physiology and Biochemistry 2020, 147. 191-204. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.12.006
  15. Andreeva A.A., Vankova R., Bychkov I.A., Kudryakova N.V., Danilova M.N., Lacek J., Pojidaeva E.S., Kusnetsov V.V. (2020) Cytokinin-Regulated Expression of Arabidopsis thaliana PAP Genes and Its Implication for the Expression of Chloroplast-Encoded Genes. Biomolecules 2020, 10. 1658. https://www.mdpi.com/2218-273X/10/12/1658/pdf

Наиболее значимые публикации за все время:

  1. Bychkov I.A., Andreeva A.A., Vankova R., Lacek J., Kudryakova N.V., Kusnetsov V.V. Modified Crosstalk between Phytohormones in Arabidopsis Mutants for PEP-Associated Proteins. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 1586. https://doi.org/10.3390/ijms25031586
  2. Bychkov I.A., Andreeva A.A., Kudryakova N.V., Pojidaeva E.S., Kusnetsov V.V. The role of PAP4/FSD3 and PAP9/FSD2 in heat stress responses of chloroplast genes. Plant Science 2022, 322: 111359. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2022.111359
  3. Lysenko, E.A., Klaus, A.A., Kartashov, A.V. Kusnetsov V.V. Distribution of Cd and other cations between the stroma and thylakoids: a quantitative approach to the search for Cd targets in chloroplasts. Photosynth Res. 2019, 139, 337–358. https://doi.org/10.1007/s11120-018-0528-6
  4. Bychkov I., Kudryakova N., Andreeva A., Pojidaeva E., Kusnetsov V. Melatonin modifies the expression of the genes for nuclear- and plastid-encoded chloroplast proteins in detached Arabidopsis leaves exposed to photooxidative stress. Plant Physiology and Biochemistry 2019, 144, 404-412. doi: https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.10.013
  5. Danilova M.N., Kudryakova N.V., Doroshenko A.S., Zabrodin D.A., Rakhmankulova Z.F., Oelmüller R., Kusnetsov V.V. Opposite roles of the Arabidopsis cytokinin receptors AHK2 and AHK3 in the expression of plastid genes and genes for the plastid transcriptional machinery during senescence. Plant Molecular Biology 2017, 93, 533-546 doi: 10.1007/s11103-016-0580-6
  6. Börner Th., Aleynikova A.Yu., Zubo Ya.O, Kusnetsov V.V. Chloroplast RNA polymerases: Role in chloroplast biogenesis. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)- Bioenergetics 2015, 1847, 761–769 doi: 10.1016/j.bbabio.2015.02.004
  7. Yamburenko M.V., Zubo Y.O., Vanková R., Kusnetsov V.V., Kulaeva O.N., Börner Th. Abscisic acid represses the transcription of chloroplast genes. J Exp Bot 2013, 64 (14): 4491-4502. doi:10.1093/jxb/ert258
  8. Zubo Y.O, Yamburenko M. V., Selivankina S. Yu., Shakirova F. M., Avalbaev A. M., Kudryakova N. V., Zubkova N. K., Liere K., Kulaeva O. N., Kusnetsov V. V, Borner Th. Cytokinins Stimulate Chloroplast Transcription in Detached Barley Leaves. Plant Physiol. 2008, 148, 1082-1093, doi: 10/1104/pp/108.122275
  9. Kusnetsov V., Landsberger M., Meuer J., Oelmuller R. The assembly of the CAAT-box binding complex at the AtpC promoter is regulated by light, cytokinin and the stage of the plastids. J. Biol. Chem. 1999, 274, 36009-36014. doi.org/10.1074/jbc.274.50.36009
  10. Kulaeva O.N., Karavaiko N.N., Selivankina S.Yu., Moshkov I.E., Novikova G.V., Zemlyachenko Ya.V., Shipilova S.V., Orudgev E.M. Cytokinin signaling system from a whole plant to the molecular level. Plant Growth Regul. 1996, 18, 29-37. doi.org/10.1007/BF00028485
  11. Kusnetsov V.V., Oelmuller R., Sarwat M.I., Porfirova S.A., Cherepneva G.N., Herrmann R.G., Kulaeva O.N. Cytokinins, abscisic acid and light affect on accumulation of chloroplast proteins in Lupinus luteus cotyledons without notable effect on steady state m-RNA levels. Planta 1994, 194, 318-327. doi.org/10.1007/BF00197531
  12. Lerbs S., Lerbs W., Klyachko N.L., Romanko E.G., Kulaeva O.N., Wollgiev R., Parthier B. Gene expression in cytokinin- and light-mediated plastogenesis of Cucurbita cotyledons: ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase. Planta 1984, 162, 289-298. doi: 10.1007/BF00396739
  13. Mikulovich T.P., Wollgiehn R., Khokhlova W.A., Neumann D., Kulaeva O.N. Synthesis of plastid and cytoplasmic ribosomal rnas in isolated pumpkin cotyledons. Biochem. Physiol. Pflanzen 1978, 172, 101-110.
  14. Кулаева О.Н. (1973) Цитокинины, их структура и функция. М.: Наука, 263 с.
  15. Mothes K., Engelbrecht L., Kulajewa O. Uber die Wirkung des Kinetins auf Stickstoffverteilung und Eiweissynthese in isolierten Blattern. Flora 1959, 147, 446-464.

НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ:

Информация о грантах, проектах, договорах, полученных за последние 5 лет:

2023 ‒ 2025 гг.

Грант РНФ № 23-14-00011 «Взаимодействие мелатонина и фитогормонов в обеспечении стресс-устойчивости растений». Руководитель ‒ Кузнецов В.В.

2020 ‒ 2022 гг.

Грант РНФ № 20-14-00065 «Участие фитогормонов в антероградной регуляции экспрессии пластидного генома». Руководитель ‒ Кузнецов В.В.

2020 ‒ 2022 гг.

Грант РФФИ № 20-04-00294 «Роль цитокининов при переходе растений от этиоляции к фотоморфогенезу». Руководитель ‒ Кузнецов В.В.

2019 ‒ 2021 гг.

Грант РФФИ № 19-34-90183 (асп. грант, Дорошенко А.С.) «Транскрипционный контроль гена пластидной РНК-полимеразы RPOTp цитокинином и светом: от цис-элементов к транскрипционным факторам». Руководитель ‒ Кузнецов В.В.

2019 ‒ 2021 гг.

Грант РФФИ № 19-34-90029 (асп. грант, Бычков И.А.) «Регуляция экспрессии генов, участвующих во взаимодействии мелатонина и фитогормонов в условиях абиотического стресса». Руководитель — Кузнецов В.В.

2019 ‒ 2021 гг.

Грант РФФИ № 19-34-50076 (мол-нр) «Регуляция функционального состояния фотосинтетического аппарата растений лактон- и кетонсодержащими брассиностероидами». Руководитель — Кузнецов В.В.

2020 г.

Грант РФФИ № 19-14-50212 (Экспансия) «Роль фитогормонов и света в процессе деэтиоляции растений». Руководитель — Кузнецов В.В.

2020 г.

Грант РФФИ № 19-14-50366 (Экспансия) «Эндосимбиотическое происхождение хлоропластов в эволюции растительной клетки». Руководитель — Стадничук И.Н.

2018 ‒ 2020 гг.

Грант РФФИ № 18-04-00043 «Характеристика универсальных стрессовых белков как мультиплексных регуляторов роста и развития у растения Arabidopsis thaliana». Руководитель — Пожидаева Е.С.

УСЛУГИ:

Перечень услуг:

  1. выделение интактных хлоропластов высокой степени очистки;
  2. анализ активности фотосистемы 1 по окислению Р700.

Перечень оборудования:

  1. амплификатор LigthCyclerR96 (Roche, Швейцария);
  2. бокс антибактериальной воздушной среды БАВнп-01-1,2 (Ламинар-С, Россия);
  3. весы аналитические Ohaus Explorer Pro 214C (Ohaus, Швейцария);
  4. источник тока PowerPac™ Universal Power Supply («Bio-Rad», США);
  5. камера для вертикального электрофореза Bio-Rad Mini PROTEAN Tetra («Bio-Rad», США);
  6. климатическая камера MLR-352H (Sanyo, Япония);
  7. низкотемпературный холодильник Ultra Low (Sanyo, Япония);
  8. кондуктометр SG-ELK (Mettler Toledo, Испания);
  9. импульсный флюориметр DUAL-PAM-100 (Германия);
  10. спектрофотометр РВ 2201 (модель А), Россия;
  11. центрифуги разного типа на различные объемы пробирок и разные скорости центрифугирования с охлаждением и без охлаждения;
  12. амплификатор для ПЦР Mastercycler nexus gradient (Eppendorf, Германия);
  13. шейкер-инкубатор с охлаждением серии Excella E-24R (New Brunswick).

ФОТОГАЛЕРЕЯ:

ИСТОРИЯ:

Лаборатория создана профессором О.Н. Кулаевой по инициативе академика А.Л. Курсанова в 1971 г. с целью усиления в СССР работ по изучению молекулярных механизмов действия фитогормонов. С момента основания и до 2001 г. руководителем являлась О.Н. Кулаева.

Лаборатория концентрирует свое внимание на изучении цитокининов и их взаимодействии с другими фитогормонами. Интерес к цитокининам определяется их исключительной ролью в регуляции жизнедеятельности растений (индукция деления клеток, дифференциация побегов, формирование хлоропластов, задержка старения листьев и др.).

В течение длительного времени лаборатория является одним из мировых центров по изучению механизма действия цитокининов. Особенно велика заслуга лаборатории в 60-80 годы прошлого века в разработке и популяризации молекулярно — биологических подходов исследования жизнедеятельности растений.

В последние 10-15 лет работы выполняются на мутантах A. thaliana по выяснению роли отдельных компонентов цепи сигналинга фитогормонов в регуляции физиологических процессов у растений. Изучаются возможные пути передачи гормональных сигналов в хлоропласты и митохондрии. Большое внимание обращается на изучение ответа растений на абиотические стрессоры (повышенная и пониженная температура, тяжелые металлы, свет высокой интенсивности и др.) и на выяснение роли мелатонина и других фитогормонов в устойчивости растений к этим неблагоприятным факторам. Изучается структура фотосинтетического аппарата и особенности процесса фотосинтеза у цианобактерий, которые являются предшественниками хлоропластов.

В лаборатории подготовлены 7 докторов биологических наук (Н.Л. Клячко, В.В. Кузнецов, Г.В. Новикова, И.Е. Мошков, Г.Р. Кудоярова, Ф.М. Шакирова, Бровко Ф.А.) и более 50 кандидатов биологических наук.

АРХИВ Лаборатории экспрессии генома растений