Прикладные аспекты структурной и функциональной геномики растений (на примере родов vicia l. и hordeum l.)

Проведенный анализ свидетельствует о том, что повышенная экспрессия Cxp1 коррелирует с более высокими показателями качества солодования у ячменя и ассоциирована с присутствием определенных аллелей в структурной части гена (гаплотип I). Однако такой признак как пивоваренное качество имеет сложную природу, и, помимо гена Cxp1, его формирование зависит от вклада множества других генетических факторов. Как следствие, не все пивоваренные сорта ячменя относятся к гаплотипу I по гену Cxp1 (например, немецкий сорт Barke). Кроме того, гаплотип I встречается у некоторых типичных высокобелковых непивоваренных сортов (Golf). Тем не менее, пивоваренный фенотип может быть усовершенствован в сортах, селектируемых для пивоваренных целей, путем замещения в локусе Cxp1 аллелей гаплотипа II на гаплотип I.

Для этого в качестве маркера-диагноста и помощника селекции может быть применен выявленный нами SNP (Te945), который был конвертирован в более удобный для использования CAPS маркер. Использование CAPS маркера избавляет от необходимости трудоемкой процедуры секвенирования локуса Cxp1. Достаточно провести обычную полимеразно-цепную реакцию с последующей обработкой продукта амплификации рестрикционным ферментом Fok1. Рестриктаза подобрана так, чтобы участок цепи ДНК, который Fok1 „узнает“ в качестве мишени, совпадал с участком нуклеотидной замены. Аллель Morex формирует рестрикционный сайт для данного фермента, в случае же аллели Steptoe рестриктаза не разрезает нуклеотидную цепь. Вследствие этого, генотипы ячменя с Steptoe-подобной и Morex-подобной аллелью Схр1 легко различить на агарозном геле (рис.4). Предложенный CAPS может быть непосредственно использован в селекции, так как маркирует присутствие в генотипе растения Morex-подобной аллели гена Схр1, что означает высокую вероятность повышенной экспрессии этого гена, а следовательно, более интенсивный процесс протеолиза запасных белков семян и более эффективное солодование.

Рис.4. Дигаплоидные линии потомства от скрещивания сортов Steptoe и Morex, несущие разные аллели гена Схр1: S - аллель, унаследованная от Steptoe, M - аллель, унаследованная от Morex. Полиморфизм визуализирован с помощью CAPS маркера.

3.3 Сопряженное картирование генов ячменя и регуляторов их транскрипции с помощью геночипа Affymetrix 22K Barley1 GeneChip

Технологии транскриптомного анализа позволяют сравнить уровень экспрессии десятков тысяч генов между двумя различными генотипами. Если дополнительно проанализировать уровень экспрессии генов среди потомства от их скрещивания, становиться возможным картировать полиморфные локусы (eQTL), определяющие варьирование уровня экспрессии генов между двумя генотипами в масштабе всего генома. Этот прием, получил название генетической геномики („genetical genomics“; Jansen, Nap, 2001). Мы применили подход генетической геномики для картирования регуляторов транскрипции генов ячменя в популяции дигаплоидных линий от скрещивания Steptoe и Morex с помощью олигонуклеотидного микрочипа Affymetrix 22K Barley1 GeneChip.

Микрочип Affymetrix представляет собой миниатюрную матрицу, на которую в определенном порядке нанесены 25-мерные олигонуклеотидные последовательности - пробы (probes). Пробы соответствуют определенным фрагментам кодирующих последовательностей ДНК (генов) того организма, для которого микрочип был создан. Для каждого гена предусмотрен набор из одиннадцати проб (probe-set), почти полностью покрывающий конкретную кодирующую последовательность ДНК. На геночипе ячменя (Affymetrix 22K Barley1 GeneChip) представлены 22840 таких пробо-сетов (probe-sets); каждая из одиннадцати проб, образующих пробо-сет, представляет собой короткую нуклеотидную последовательность, «списанную» с определенного участка кодирующей части гена. Для гибридизации с микрочипом, иРНК, выделенная из анализируемого тканевого образца, конвертируется сначала в одноцепочечную, а затем в двуцепочечную кДНК. Последняя используется как матрица для транскрипции кРНК in vitro, в процессе которой 5' конец кРНК метится биотиновой меткой. Полученный пул синтезированных кРНК тестируемого организма, помеченных флюоресцентной меткой, гибридизуется с комплементарными олигонуклеотидными последовательностями микрочипа. Интенсивность сигнала гибридизации оценивается с помощью лазерного сканирования.

При вычислении сигнала, значения интенсивности пикселей для каждой пробы преобразуются в числовое значение. Эти значения суммируются в файле, имеющим стандартное расширение «CEL». С результатами гибридизаций, записанными в CEL файлах, можно работать на двух уровнях: а) анализируя уровень сигналов 11 отдельных проб для каждого гена (Probe-level analysis), и б) анализируя уровень обобщенного сигнала для каждого гена (Gene Abundance Estimates).

3.3.1 Принцип генотипирования сегрегантов картирующих популяций с помощью олигонуклеотидных микрочипов Affymetrix

Структура и дизайн олигонуклеотидных микрочипов Affymetrix позволяет не только проводить одновременное тестирование уровня транскрипции нескольких тысяч генов, но и параллельно выявлять полиморфные участки в последовательностях кРНК, синтезированных в процессе анализа in vitro с матричных кДНК. Так, если сравнивать результаты гибридизации на микрочип кРНК двух родительских генотипов Steptoe и Morex, можно выявить весьма значительную фракцию всех нуклеотидных замен, существующих между этими двумя генотипами ячменя. При этом два типа информации (уровень экспрессии тысяч генов и наличие в их нуклеотидной последовательности полиморфных локусов) могут быть получены одновременно, при обработке результатов одного и того же эксперимента. Уровень транскрипции каждого гена рассчитывается как взвешенная средняя сигналов всех 11 проб, представляющих на микрочипе данную кодирующую последовательность ДНК. Поиск полиморфизма между двумя генотипами, для которых проводится гибридизация на микрочип (генотипирование), имеет в виду анализ сигналов на уровне отдельных проб для каждого гена.

На примере гена Сontig5061_at, рис.5 демонстрирует числовые значения сигналов для трех повторностей гибридизаций Steptoe и Morex для всех 11 проб данного гена. Если нуклеотидная последовательность гена у обоих сортов полностью комплиментарна 25-мерному олигомеру (пробе), закрепленному на микрочипе, для обоих сортов данная проба покажет сигнал примерно одинаковой интенсивности (например, сигналы первой пробы Сontig5061_at_1 у повторностей Steptoe и Morex). Однако, любая нуклеотидная замена, вставка или делеция у одного из родительских генотипов в участке гена, “охваченным“ пробой Affymetrix, нарушат комплементарность, что отразится на кинетике гибридизации, и сигнал этой пробы для «некомплементарного» генотипа будет существенно ниже. При сравнении сигнала седьмой пробы Сontig5061_at_7 для двух генотипов можно заметить, что сигнал Steptoe на порядок ниже, чем сигнал Morex. Отсюда делается заключение, что в кодирующей последовательности Сontig5061_at в районе, комплементарном последовательности ATTCGTCCAGTCGTACTGCATATAC (седьмая проба Сontig5061_at_7), у генотипа Steptoe имеет место нуклеотидная замена, которой нет у генотипа Morex. После установления факта полиморфизма отдельного гена между родительскими сортами, становится возможным «вычислить» родительскую аллель Steptoe или Morex унаследовала каждая дигаплоидная линия для гена Сontig5061_at (рис.5). Даже визуально можно установить, что линия DH116 унаследовала аллель Morex (сигнал пробы Сontig5061_at_7 равен 405.9), а DH12 - аллель Steptoe (сигнал пробы Сontig5061_at_7 равен 26.1).

Описанный тип полиморфизма, определяемый на основании разницы сигнала одной пробы в пробо-сете, получил название SFP (Single Feature Polymorphism) (Rostoks et al., 2005). В дополнение к SFP, был предложен еще один класс маркеров, названный Gene Expression Markers (GEMs) (West et al., 2006). Этот класс маркеров основан на качественном различии в уровне экспрессии гена между двумя генотипами, причем уровень экспрессии рассчитывается как обобщенный сигнал всех 11 проб. GEMs продемонстрированы на нашем материале с генотипами ячменя Steptoe, Morex и дигаплоидными линиями от их скрещивания. Рис.5 показывает, что сигнал любой пробы гена Contig10883_at, а значит и общий суммарный уровень экспрессии гена, в гибридизациях Morex на порядок ниже, чем в гибридизациях Steptoe. Эта разница является воспроизводимой в картирующей популяции дигаплоидов: линия DH116 унаследовала аллель Morex,а DH12 - аллель Steptoe (рис.5).

Рис.5. Транскрипционные маркеры TDMs как комбинация полиморфизма одиночной пробы (Single Feature Polymorphism, SFP, Contig5061_at7) и полиморфизма общего уровня экспрессии гена (Gene Expression Markers, GEMs, пробы Contig10883_at). Нормализованные значения для двух генов (Contigs5061_at и Contigs10883_at) отражают интенсивность сигнала каждой из одиннадцати проб. M1-M3 и S1-S3 обозначают три повторности гибридизации с родительскими генотипами Morex и Steptoe, за ними следуют дигаплоидные линии. Визуально различаемая аллель Morex выделена тенью.

3.3.2 Принцип выделения транскрипционных маркеров (Transcript Derived Markers, TDM) из экспрессионных профилей

В нашей работе предлагается новый способ эффективного извлечения генетических маркеров из экспрессионных профилей; такие маркеры получи ли название Transcript Derived Markers (TDMs). Под транскрипционным маркером (TDM) подразумевается одна из одиннадцати проб данного гена, демонстрирующая 1) неперекрывающуюся разницу в уровне сигнала между двумя родительскими генотипами и 2) позволяющая разделить всю совокупность дигаплоидных линий данной расщепляющейся популяции на два класса, каждый из которых несет одну из родительских аллелей. Для практической идентификации TDM поочередно анализируется каждая из 250811 проб (22801 генов на микрочипе, каждый имеет по 11 проб, 22801 x 11 = 250811), и отбираются лишь те пробы, которые позволяют разделить все дигаплоидные линии популяции на два неперекрывающихся, обособленных кластера, как например, проба 7 в случае гена Contig5061_at или любая из проб гена Contig10883_at (рис.5). Очевидно, что в случае SFPs (Contig5061_at, проба 7) только одна или две-три пробы могут соответствовать этому критерию, в случае же GEMs (Contig10883_at) все пробы продемонстрируют явную разницу в сигнале между двумя кластерами. В случае, если несколько проб для одного гена удовлетворяют критериям TDM, из их числа выбирается одна, наиболее достоверная.

Для выяснения вопроса, насколько достоверным является генотипирование на основе TDMs, нами были использованы данные сиквенса 203 генов ячменя для генотипов Steptoe и Morex и дигаплоидов от их скрещивания. После сравнения последовательностей Steptoe и Morex были выявлены нуклеотидные замены (SNP), и далее для каждого SNP в популяции дигаплоидов было установлено, SNP-аллель Steptoe или Morex унаследовала каждая дигаплоидная линия. Те же самые дигаплоидные линии были независимо генотипированы с помощью TDMs. Таким образом, мы имели возможность сравнить точность генотипирования TDMs с результатами генотипирования SNP для 30 дигаплоидных линий. Из 30 возможных случаев был подсчитан процент совпадений, при которых результаты секвенирования (SNP) и рассчитанные TDMs совпали в прогнозировании родительской аллели данного гена для конкретной дигаплоидной линии. Результаты верификации TDMs показали, что в 95% случаев все 30 линий были генотипированы правильно, или с ошибкой для одной-двух линий из тридцати. Вероятность ошибки при генотипировании с помощью TDMs, когда из тридцати дигаплоидных линий родительская аллель была ошибочно предсказана для более чем двух линий, составила не более 5%. Описанный выше принцип был использован для идентификации TDM и картирования генов ячменя с помощью Affymetrix 22K Barley1 GeneChip по результатам гибридизации на микрочип препаратов РНК, выделенных из 30 дигаплоидных линий для ткани зародыша семени и листьев проростков. Для двух этих типов тканей было идентифицировано 2449 и 3858 TDMs соответственно. Две этих совокупности TDMs перекрывались между собой примерно на 40%. Идентифицированные TDMs были картированы в популяции рекомбинантов от скрещивания Steptoe и Morex, в результате чего 3029 транскрибируемых генов были локализованы на генетической карте ячменя.

3.3.3 Построение генетической карты скрещивания Steptoe и Morex на основе маркеров TDM и общегеномное картирование eQTL

При анализе гибридизаций на микрочип 139 дигаплоидных линий для тканей зародыша семени были выявлены 1596 TDM маркеров, которые были картированы на семи хромосомах ячменя. Общая длина карты составила 1017 сМ. Полученная генетическая карта включала 512 рекомбинационных бинов и была использована для картирования eQTL. Картирование eQTL проводилось только для генов, уровень транскрипции которых достоверно отличался от гибридизационного шума по крайней мере для двух из трех повторов гибридизаций одного из родителей (Steptoe или Morex). Таким образом, из 22801 генов ячменя, представленных на микрочипе Affymetrix, картирование регуляторов транскрипции осуществлялось для 15967 генов (70%). Для каждого из этих 15967 генов было проведено картирование eQTL методом CIM (Compositive Interval Mapping; Zeng, 1993). Всего, при картировании регуляторов транскрипции 15967 генов ячменя было зафиксировано 23738 достоверных еQTL. Табл.5. обобщает полученную информацию: ни одного достоверного еQTL не было выявлено для 19% проанализированных генов, для остальных 81% (12987 генов) было зафиксировано до шести достоверных еQTL.

Таблица 5. Число достоверных eQTLs (P?0.05) обнаруженных для каждого из 15967 генов

3.3.4 Сгущения (hotspots) eQTL на генетической карте скрещивания Steptoe и Morex

Установлено, что распределение выявленных 23738 eQTL на генетической карте Steptoe/Morex не является равномерным. Для каждого из 512 бинов было рассчитано относительное число картированных eQTL, приходящихся на один сантиморган. В результате были идентифицированы 14 бинов из начального числа 512, где число картированных eQTL достоверно превышало ожидаемое в случайном процессе. Идентифицированные участки генома со сгущениями eQTL представляют интерес в смысле выявления транс-регуляторных локусов, определяющих активность не одного, а сразу большого числа генов. С наибольшей вероятностью такие транс-регуляторы, влияющие на уровень транскрипции сразу нескольких генов, могут быть локализованы в сгущениях eQTL с более низким процентом объясненной фенотипической изменчивости (R²) (табл.6, выделено жирным шрифтом). При подобном анализе геномов у секвенированных организмов отмечалось, что транс-eQTL, как правило, ассоциированы с более низкими R² (Hughes et al., 2006; West et al., 2007). В таких сгущениях eQTL было также обнаружено преобладание одной из родительских аллелей с позитивным эффектом.

Рис.6. Ассоциация между фенотипическими рQTL для параметров солодования и сгущениями еQTL, картированных для уровня транскрипции генов. Непрерывные кривые, выделенные серым цветом, соответствуют значениям LOD-оценки в соответствующем локусе генетической карты для пивоваренных параметров: содержание белка (GP), активность альфа-амилазы (AA), диастатическая энергия (DP), и экстрактивность (ME). Ось ординат справа отражает шкалу LOD-оценки для рQTL пивоваренных признаков. Горизонтальные линии соответствуют пороговому уровню LOD, выше которого рQTL рассматриваются как достоверные (Р<0.05). Вертикальные черные линии соответствуют 14 сгущениям eQTL (табл.6). Высоты черных вертикальных линий оцениваются по шкале на оси ординат слева, которая отражает количество eQTL, зафиксированных в соответствующем сгущении. Стрелками обозначены позиции совпадений рQTL со сгущениями eQTL.

Таблица 6. Сгущения eQTL, выявленные в картирующей популяции ячменя от скрещивания Steptoe и Morex. Хи-квадрат (²) оценивает достоверность преобладания позитивного эффекта от одного родителя по сравнению со вторым родителем для всех eQTL, картированных в данном сгущении. Сгущения eQTL, отличающиеся преобладанием eQTL с низким процентом объясненной фенотипической изменчивости (R²), подчеркнуты и выделены жирным шрифтом

3.3.5 Сопоставление локусов сгущений eQTL с позициями QTL для важнейших параметров солодования у ячменя

Выявленные сгущения регуляторных локусов, в которых нуклеотидный полиморфизм между Steptoe и Morex влияет на уровень транскрипции нескольких сотен генов, могут также иметь отношение к различиям по пивоваренному качеству между двумя этими сортами, которое селектировалось в разных направлениях: пищевой сорт Steptoe на высокое содержание белка, пивоваренный сорт Morex - на пониженное содержание белка. Используя опубликованные данные (Hayes et al., 1993) по изменчивости параметров солода для тех же самых 139 дигаплоидных линий, с помощью которых проводилось картирование eQTL, мы провели картирование QTL для четырех параметров солодования. Требовалось установить, совпадают ли локусы сгущений eQTL с позициями QTL для фенотипических признаков (phenotype QTL, pQTL). Результаты представлены на рис.6. Для всех четырех проанализированных параметров солодования был картирован хотя бы один достоверный pQTL, который совпал по позиции на генетической карте хотя бы с одним из локусов сгущений eQTL на хромосомах 2Н, 5Н или 7Н. Обнаружено, что локус сгущения eQTL на хромосоме 2Н влияет на изменчивость всех четырех проанализированных параметров солода.

3.3.6 Ограниченная плейотропия цис-регуляторных мутаций

Ограниченная плейотропия цис-регуляторных мутаций впервые была исследована нами в общегеномном масштабе на примере ячменя. Для этого было проведено сравнительное картирование 2081 цис-eQTL в двух типах ткани, соответствующим также двум разным последовательным стадиям развития растения - зародыша прорастающего семени и листьям 12-дневных проростков. Таким образом было проанализировано наследование 2081 цис-регуляторных мутаций дигаплоидными линиями от скрещивания Steptoe и Morex, и кроме того, мы сравнили эффект, оказываемый такими мутациями на уровень транскрипции генов в двух разных тканях. Было обнаружено, что для многих генов наследование определенной родительской аллели (Steptoe или Morex) может влиять на регуляцию транскрипции самым критическим образом. Однако обнаружить это влияние можно было только при определенных условиях. Так, для 30% проанализированных цис-регуляторных мутаций их эффект на уровень транскрипции гена проявлялся в одной ткани, но не обнаруживался в другой. Например, в случае Contig13784_at (рис.7А) ген активно транскрибировался как в зародыше семени, так и в листьях, однако эффект цис-регуляторной мутации проявлялся лишь в одной ткани, то есть обладал ограниченной плейотропией.

Мы также наблюдали примеры когда в одной ткани повышенная экспрессия гена определялась присутствием, например, аллели Morex, а в другой ткани - повышенная экспрессия фиксировалась у линий с аллелью Steptoe, то есть имел место обратный эффект родительской аллели, влияющий на уровень экспрессии гена в двух разных тканях. Так, в примере Contig4374_s_at (рис.7В) у дигаплоидных линий, унаследовавших аллель Steptoe, уровень транскрипции гена оставался неизменным в зародыше семени и в листьях.

Рис.7. Ограниченная плейотропия цис-регуляторной мутации (А) и обратный эффект родительской аллели на уровень транскрипции гена в двух разных тканях (В). Уровень транскрипции, оцениваемый по логарифму интенсивности сигнала на микрочипе Affymetrix, соответствует шкале на оси ординат. Черным цветом обозначены уровень экспрессии гена в зародыше семени, серым - в листьях. Первые 6 столбиков на диаграммах для каждой ткани соответствуют 3 повторам Morex (M) и 3 повторам Steptoe (S), за которыми следуют 30 дигаплоидов от их скрещивания

А - Contig13784_at, ген активно транскрибируется в обоих типах ткани, однако эффект цис-регуляторной мутации (аллель Steptoe повышает уровень транскрипции гена по сравнению с аллелью Morex) проявляется лишь в зародыше семени (ограниченный плейотропный эффект).

В - Contig4374_s_at, аллель Steptoe (S) определяет одинаковый уровень транскрипции гена в тканях зародыша семени и листьев, в то время как аллель Morex (M) повышает уровень транскрипции в зародыше семени и понижает в листьях.

Однако, у линий, унаследовавших аллель Morex, уровень транскрипции гена повышался в тканях зародыша, но понижался в листьях. Наблюдаемые результаты можно объяснить, если предположить в случае Steptoe мутацию в участке энхансера, ответственного за тканеспецифичную регуляцию экспрессии гена. Мутации в участке энхансера могли иметь место еще для 34 генов, у которых в анализе был выявлен противоположный эффект родительской аллели на уровень транскрипции генов в разных тканях.

ген ячмень мутация vicia

Выводы

1. По результатам анализа филогенетических взаимоотношений 29 видов Vicia subgenus Vicia методами RAPD, AFLP и рестрикционного анализа хлоропластных генов очерчен круг ближайших родственных таксонов для культивируемых видов вики, а также выдвинута гипотеза о возможной предковой форме культурного вида V.faba.

2. По результатам анализа генофонда культурного вида V.sativa (1122 образцов из коллекций двух генбанков) методом AFLP предложен оригинальный метод классификации генетического разнообразия возделываемых видов на основе расчета коэффициентов генетической оригинальности образцов по Смирнову.

3. Создана коллекция 27512 EST, представляющая собой набор фрагментов кодирующих последовательностей ДНК, выделенных из тканей семени ячменя на разных стадиях прорастания. Нуклеотидные последовательности EST и их функциональные аннотации доступны для пользователей (http://pgrc.ipk-gatersleben.de/cr-est/index.php). На основе коллекций EST создан инструмент для транскриптомного анализа ячменя - кДНК-макрочип.

4. Впервые проанализирована динамика экспрессии генов в процессе прорастания семени ячменя с использованием кДНК-макрочипа. Установлено, что гены, преимущественно экспрессируемые в зародыше и щитке, кодируют белки клеточного цикла, процессов трансляции, нуклеотидного метаболизма, углеводного обмена и транспортных функций. Гены, активные в алейроновом слое эндосперма, в основном определяют процессы гидролиза углеводов и метаболизма аминокислот. На примере запасных белков и ингибитора трипсина было показано, что эндосперм прорастающего семени ячменя может содержать значительное количество деградирующих транскриптов, синтезированных на предыдущих этапах развития и созревания семени.

5. По результатам экспрессионного анализа с использованием кДНК-макрочипа десяти сортов ячменя, различающихся по параметрам солодования, разработан функционально-ассоциативный подход для выявления корреляции между изменчивостью экспрессионных профилей и изменчивостью признаков пивоваренного качества. В результате идентифицированы 19 генов-кандидатов, чья экспрессия, возможно, определяет пивоваренные качества у проанализированных сортов ячменя.

6. На примере одного из идентифицированных генов-кандидатов карбоксипептидазы 1 (Cxp1) продемонстрирована стратегия картирования генетического локуса, определяющего уровень экспрессии гена-кандидата, с последующим созданием молекулярного маркера-помощника селекции, позволяющего проводить отбор генотипов с желательной повышенной или пониженной экспрессией гена-кандидата.

7. Впервые проанализирован уровень транскрипции 22801 генов в прорастающих семенах двух генотипов ячменя Morex и Steptoe, а также у 139 дигаплоидных линий от их скрещивания с использованием микрочипа Affymetrix 22K Barley1 GeneChip. На основе полученных данных разработан новый тип молекулярных маркеров - транскрипционные маркеры (Transcript Derived Markers, TDM). С их помощью на генетической карте ячменя впервые установлено местоположение 3029 транскрибируемых генов. Создан каталог, содержащий информацию о линейной последовательности этих генов на хромосомах и генетических расстояниях между ними. В рамках того же эксперимента на карте скрещивания Steptoe/Morex локализованы генетические локусы (eQTL), от полиморфизма которых зависит уровень транскрипции 12987 генов.

8. Установлено, что картированные с помощью геночипа Affymetrix генетические локусы, достоверно влияющие на уровень транскрипции генов у ячменя (eQTL), неравномерно распределены на генетической карте. На хромосомах 2Н, 5Н и 7Н выявлены сгущения eQTL (eQTL hotspots), которые могут указывать на присутствие транс-регуляторных локусов, влияющих на транскрипцию не одного, а сразу большого числа генов. Позиции выявленных сгущений eQTL совпадают с позициями некоторых QTL для признаков пивоваренного качества.

9. Результаты транскриптомного анализа с использованием Affymetrix 22K Barley1 GeneChip показали, что нуклеотидный полиморфизм, существующий между двумя сортами ячменя, может достоверно влиять на уровень экспрессии более 80% транскрибируемых генов. Уровень транскрипции более половины из этих генов зависит от не одного, а нескольких полиморфных генетических локусов (eQTL).

10. Полиморфные генетические локусы, определяющие уровень транскрипции генов (eQTL), с самыми высокими показателями LOD, позиционно совпадают с положением самих генов на генетической карте. Это свидетельствует о том, что причиной наиболее существенных изменений в уровне экспрессии гена могут служить цис-регуляторные мутации, нарушающие взаимодействие регуляторных участков гена с РНК-полимеразой и транскрипционными факторами.

11. Ограниченная плейотропия цис-регуляторных мутаций впервые исследована в общегеномном масштабе на примере ячменя. Для этого было проведено сравнительное картирование 2081 цис-eQTL для генов в двух типах ткани, соответствующим также двум разным последовательным стадиям развития растения. Эффект 30% цис-регуляторных мутаций, выявленных при транскриптомном анализе популяции дигаплоидных линий от скрещивания двух генотипов (Steptoe и Morex), ограничивался конкретной тканью или возрастной стадией.

Список публикаций по теме диссертации

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Potokina E. Gene expression quantitative trait locus analysis of 16,000 barley genes reveals a complex pattern of genome wide transcriptional regulation / E. Potokina, A. Druka, Z. Luo, R. Wise, R.Waugh, M. J. Kearsey // Plant Journal. - 2008. - V.53. - P. 90-101.

2. Потокина Е.К. Внутривидовое разнообразие Vicia faba L. и вопрос о происхождении возделываемых бобов по результатам молекулярного маркирования генома / Е. К. Потокина, С.В. Булынцев, Н. Томоока, Д. Воган // Сельскохозяйственная биология. - 2008. - №.3. - С. 47-58.

3. Potokina E. SFP genotyping from Affymetrix arrays is robust but largely detects cis-acting regulatory genes / Z.W. Luo, E. Potokina, A. Druka, R. Wise, R.Waugh, M.J. Kearsey // Genetics. - 2007. - V.176. - P. 789-800.

4. Потокина Е.К. Современные методы геномного анализа в исследованиях генетики количественных признаков у растений / Е.К. Потокина, Ю.В. Чесноков// Сельскохозяйственная биология. - 2006. - №.3. - С. 3-18.

5. Potokina E. Large-scale analysis of the barley transcriptome based on Expressed Sequence Tags / H.N. Zhang, N. Sreenivasulu, W. Weschke, N. Stein, S. Rudd, V. Radchuk, E. Potokina, U. Scholz, P. Schweizer, U. Zierold, P. Langridge, R.K. Varshney, U. Wobus, A. Graner // Plant Journal. - 2004. - V.40. - P. 276-290.

6. Potokina E. Functional association between malting quality trait components and cDNA array based expression patterns in barley (Hordeum vulgare L.) / E. Potokina, M. Caspers, M. Prasad, R. Kota, H. Zhang, N. Sreenivasulu, M. Wang, A. Graner // Molecular Breeding. - 2004. - V.14. - P. 153-170.

7. Potokina E. AFLP diversity in common vetch (Vicia sativa L.) on the world scale / E. Potokina, F.R. Blattner, T. Alexandrova, K. Bachmann // Theoretical and Applied Genetics. - 2002. - V.105. - P. 58-67.

8. Потокина Е.К. Перекрестник или самоопылитель? Электрофорез запасных белков семян как метод определения способа опыления видов бобовых / Э.Э. Егги, Е.К. Потокина // Ботанический журнал. - 1998. - Т.83.№12. - С. 77-83.

9. Потокина E.К. Особенности опыления однолетних видов рода Vicia (Fabaceae) / E.К. Потокина, Т. Г. Александрова // Ботанический журнал. - 1996. - Т.81. - С. 74-79.

10. Потокина E.К. Коэффициенты генетической оригинальности образцов коллекции вики посевной (Vicia sativa L.) по результатам молекулярного маркирования / E.К. Потокина, Т. Г. Александрова // Генетика. - 2008. - №.11. (в печати).

Статьи в рецензируемых журналах:

11. Potokina E. Expression genetics and haplotype analysis reveal cis regulation of serine carboxypeptidase I (Cxp1), a candidate gene for malting quality in barley (Hordeum vulgare L.) / E. Potokina, M. Prasad, L. Malysheva, M.S. Roder, A. Graner // Functional and Integrative Genomics. - 2006. - V.6.№1. - P.25-35.

12. Potokina E. cDNA array analysis of stress-induced gene expression in barley androgenesis / S.D.F. Maraschin, M. Caspers, E. Potokina, F. Wulfert, A. Graner, H.P. Spaink // Physiologia Plantarum. - 2006. - V.127. №4. - P. 535-550.

13. Potokina E. Der steinige molekulare Weg zu besserem Malz / M. Roder, E. Potokina, L. Malysheva-Otto, I. Matthies, A. Graner //Vortrдge Pflanzenzьchtung. - 2006. - V.69. - P. 83-85.

14. Potokina E. Molecular mapping in barley: shifting from the structural to the functional level / A. Graner, T. Thiel, H. Zhang, E. Potokina, M. Prasad, D. Perovich, R. Kota, R.K. Varshney, U. Scholz, I. Grosse, N. Stein //Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. - 2005. - V.41.№3. - P. 81-88.

15. Potokina E. A simple hybridization-based strategy for the generation of non-redundant EST collections - a case study in barley (Hordeum vulgare L.) / R.K. Varshney, H.N. Zhang, E. Potokina, N. Stein, P. Langridge, A. Graner // Plant Science. - 2004. - V.167.№3. - P. 629-634.

16. Potokina E. Electrophoretic patterns of seed proteins in the East Asian Vicia species (Leguminosae) and their systematic utility / E. Potokina, Y. Endo, E. Eggi, H. Ohashi // The Journal of Japanese Botany. - 2003. - V.78.№1. - P.29-37.

17. Potokina E. Differential gene expression during seed germination in barley (Hordeum vulgare L.) / E. Potokina, N. Sreenivasulu, L. Altschmied, W. Michalek, A. Graner // Functional and Integrative Genomics. - 2002. - V.2.№1-2. - P. 28-39.

18. Potokina E. Functional Genomics bei Gerste: Vom Erkenntnisgewinn zur zьchterischen Nutzung / E. Potokina, M. Caspers, N. Sreenivasulu, M. Wang, L. Altschmied, A. Graner // Vortrдge Pflanzenzьchtung. - 2002. - V.173. - P.173-181.

19. Potokina E. Population diversity of the Vicia sativa agg. (Fabaceae) in the flora of the former USSR deduced from RAPD and seed protein analyses / E. Potokina, D. Vaughan, E. Eggi, N. Tomooka // Genetic Resources and Crop Evolution. - 2000. - V.47. - P.171-183.

20. Potokina E. Phylogeny of Vicia subgenus Vicia (Fabaceae) based on analyses of RAPDs and RFLP of PCR-amplified chloroplast genes / E. Potokina, N. Tomooka, D. A. Vaughan, T. Alexandrova, R.Q. Xu // Genetic Resources and Crop Evolution. - 1999. - V.46. - P.149-161.

21. Potokina E. Vicia sativa aggregate (Fabaceae) in the flora of former USSR / E. Potokina // Genetic Resources and Crop Evolution. - 1997. - V.44. - P.199-209.

22. Потокина E.K. Электрофорез запасных белков семян в решении проблем систематики Vicia sativa agg. / E. K. Потокина, Э. Э. Eгги // Труды по прикл. бот., ген. и селекц. - 1991. - Т.139. С.112-123.

Материалы всероссийских и международных конференций

23. Potokina E. Towards the functional basis of malting quality in barley: cis regulation of the Cxp1 gene / E. Potokina, M. Prasad, H. Zhang, D. Perovich // Proceedings of 9^th International Symposium on Plant Seeds. - 2004. - P. 53.

24. Potokina E. Malting quality in barley cultivars using genomic approach / M. Caspers, E. Potokina, A. Graner, M. Wang // European Society for Agronomy, VIII ESA Congress. - 2004. - P. 971.

25. Потокина Е.К. Функционально-ассоциативный подход для выявления связи генной экспрессии с изменчивостью фенотипического признака у ячменя (Hordeum vulgare L.). / Е.К. Потокина, М. Касперс, М. Ванг, М. Прасад, Р. Кота, Х. Цанг, А. Гранер // Материалы III Съезда ВОГиС “Генетика в XXI веке: современное состояние и перспективы развития”. - Москва, 2004. - С. 253.

26. Потокина Е.К. Оптимизация коллекций генетических ресурсов растений с помощью методов ДНК-фингерпринтинга / Е.К. Потокина, Т.Г. Александрова // XII делегатский съезд русского ботанического общества. - 2003. - P. 53.

27. Potokina E. Study of androgenesis induced gene expression in barley by cDNA array approach / S.F. Maraschin, E. Potokina, M. Caspers, A. Graner, H.P. Spaink, M. Wang // Proceedings of XI International Conference of Plant Embryology. - 2003. - P. 41.

28. Potokina E. Malting quality of barley cultivars in terms of gene expression / E. Potokina, M. Caspers, N. Sreenivasulu, M. Wang, A. Sorensen, A. Graner // Proceedings of 6^th Gatersleben Research Conference. - 2002. - P. 44.

29. Potokina E. Functional genomics of seed germination in barley / E. Potokina, M. Wolf, N. Sreenivasulu, W. Weschke, W. Michalek, L. Altschmied, A. Graner // Abstracts of the XVIth EUCARPIA Congress, Edinburg, Scotland, 2001.

30. Potokina E. Vicia faba L. and related species: genetic diversity and evolution / E. Potokina, D.A. Vaughan, N. Tomooka, S. Bulyntzev // Proceedings of the 7th Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries (MAFF), Japan International Workshop on Genetic Resources. Part1. Wild Legumes. - 2000. - P. 125-143.

31. Potokina E. Exploration and collection of wild Vicia species in Nagano and Niigata Prefectures, Japan 17^th-19^th October 1999 / D. Vaughan, N. Tomooka, E. Potokina, N. Maxted, D. Jarvis, M.S. Yoon, A. Kaga, M. Akiba, Y. Tsubokura // Annual report of exploration and introduction of plant genetic resources. - 2000. - V.16. - P. 59-65.

32. Potokina E. Genetic diversity of landraces and local cultivars of common vetch (Vicia sativa L.) in the area of former USSR / E. Potokina, F.R. Blattner, T. Alexandrova, K. Bachmann // Proceedings of 3^rd International Crop Science Congress. - 2000. - P. 126.

Размещено на Allbest.ru