Лаборатория геномных исследований и биотехнологии создана в декабре 2018 года в рамках реализации национального проекта "Наука".

Молодежная лаборатория занимается изучением молекулярно-генетических и биотехнологических основ интегрированной системы защиты растений (важнейших лесообразующих хвойных пород и стратегических сельскохозяйственных культур Сибири) при исследовании взаимоотношения «паразит-хозяин» на геномном, транскриптомном и протеомном уровнях.

В состав лаборатории входит 11 человек, в том числе 1 в.н.с., 1 н.с., 7 м.н.с., 1 лаборант, из них 1 доктор наук, два кандидата наук, 5 аспирантов.

Основные направления исследований

• Изучение геномов растений и их основных патогенов.
• Анализ уровня патогенности грибов на геномном и транскриптомном уровнях.
• Сравнение генетических и эпигенетических нуклеотидных маркёров адаптации к неоднородности экологических условий у растений.
• Проведение популяционно-генетических исследований растений с использованием ДНК-маркеров.
• Исследование биотических связей для разработки инсектицидных и фунгицидных биопрепаратов и совершенствования методов биологического контроля наиболее опасных вредителей и возбудителей болезней в условиях глобального изменения климата.
• Разработка технологии получения и применения многофункциональных препаратов для защиты важнейших лесообразующих хвойных пород и сельскохозяйственных культур Сибири.

   

Методы исследований

• Высокопроизводительные методы секвенирования нового поколения (NGS).
• Метод геномного генотипирования через секвенирование ДНК ассоциированной с сайтами рестрикции (Restriction site Associated DNA Sequencing - RADseq)
• Использование молекулярных маркеров ядерного и цитоплазматического геномов для изучения генетического разнообразия и популяционной структуры различных видов растений.
• Молекулярно-генетические методы – полимеразная цепная реакция (ПЦР, RT-PCR), рестрикционный анализ фрагментов амплификации, электрофоретическое разделение фрагментов.
• Современные методы биоинформатической обработки данных секвенирования транскриптомов и геномов.
• Многоступенчатый скрининг бактериальных и грибных культур по показателям фунгицидной, инсекто-акарицидной и ростостимулирующей активности для контроля наиболее опасных вредителей и возбудителей болезней.
• Периодическое глубинное и твердофазное культивирование микроорганизмов-продуцентов для получения различных препаративных форм биологических средств защиты растений.

Основные достижения за время существования лаборатории

1. Сформирована коллекция чистых культур ксилотрофных грибов, распространённых на территории Средней и Южной Сибири, из родов Armillaria, Heterobasidion, Porodaedalea, Corinectria, Fomitopsis, Ganoderma, Trametes, Inonotus, Phellinus, являющиеся наиболее агрессивными возбудителями болезней у древесных видов. Проведена идентификация штаммов на основе морфолого-культуральных свойств с выборочной молекулярно-генетической верификацией.

2. Для анализа внутрипопуляционной структуры доминирующих в регионе и наиболее вредоносных микроорганизмов, проведено исследование сибирской популяции наиболее распространенного в регионе вида Armillaria borealis по морфолого-культуральным особенностям и ферментативной активности, как одного из ведущих факторов патогенности.

3. Проведены исследования наиболее опасного инвазивного вида гриба Corinectria fuckeliana, который последние годы масштабно поражает Abies sibirica, вызывающий усыхание ветвей и поражение ствола. Фитопатогенность сибирских штаммов C. fuckeliana была подтверждена в условиях in vitro.

4. Заложена основа для разработки методов молекулярной диагностики наиболее опасных фитопатогенов (преимущественно для некультивируемых форм микроорганизмов). Проведен анализ литературных данных и осуществлены тестовые анализы с использованием ПЦР в реальном времени, ДНК-маркеров и рестрикционных спектров.

5. Для исследования природных антагонистов, микопаразитов и энтомопатогенов в очагах массового биотического поражения растений проведена работа в районах инвазии уссурийского полиграфа (Средняя Сибирь). Из имаго P. proximus выделены в чистую культуру энтомопатогенные грибы Beauveria, Cordyceps и Tolypocladium, которые могут стать эффективной основой биоинсектицидов.

6. Разработана инновационная технология глубинного периодического культивирования двух высоковирулентных совместимых штаммов энтомопатогенных грибов (Beauveria bassiana).

7. Разработан новый комплексный многофункциональный инсектицидный биопрепарат на основе ассоциации высоковирулентных энтомопатогенных грибов (Beauveria bassiana).

8. Совместно с коллегами из Сибирского федерального университета удалось расшифровать геном одного из основных фитопатогенов хвойных - Armillaria borealis. Проведены работы по de novo секвенированию, сборке и функциональной аннотации этого генома. Изучены факторы патогенности данного вида с использованием геномных и транскриптомных данных.

9. Проведен филогенетический анализ, одного из основных фитопатогенов древесных растений в Сибири и Дальнем Востоке, Armillaria по маркерным последовательностям ITS, IGS, TEF1α для изучения видового состава организмов.

10. Проведен анализ процессов адаптации патогенных организмов к изменяющимся условиям среды, на примере нового вида рода Corinectria – Corinectria sibirica Pavlov & Litovka.

11. В рамках работы по исследованию взаимоотношений «паразит-хозяин» на геномном уровне совместно с коллегами из Сибирского федерального университета закончена работа по сборке генома одного из основных видов хвойных на территории России – лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.).

12. Проведена функциональная аннотация сборки лиственницы сибирской с учетом выявления нахождения и маскировки повторов, определения интрон-экзонной структуры и регуляторных участков, установления связи между идентифицированными генами и их функцией. Было получено 50 163 модели генов, состоящих из 151 838 экзонов и 101 675 интронов. Используя библиотеки повторов RepeatMasker в геноме лиственницы было идентифицировано в общей сложности 20,9 млн повторяющихся элементов с общим размером 4,8 Гб, что составляет около 39% сборки генома размером 12,4 Гб.

13. Пополнена коллекция энтомопатогенных грибов Beauveria и Cordyceps, изолированных в чистую культуру из погибших насекомых-вредителей.

14. Отобраны два аборигенных штамма грибов рода Trichoderma с высокой антифунгальной активностью в отношении возбудителей склеротиниоза и фузариоза сельскохозяйственных культур.

15. Проведена работа по разработке молекулярно-генетических маркеров для двух видов хвойных: Pinus sylvestris и Abies sibirica. Данные маркеры могут использоваться в дальнейших селекционных и популяционно-генетических исследованиях с целью сохранения генетического разнообразия.

Сотрудники

Заведующая лабораторией Орешкова Наталья Викторовна кандидат биологических наук +7 983 1479559 oreshkova@ksc.krasn.ru

Популяризация науки

• Красноярские ученые о Нобелевской премии 2020: химия 08.10.2020
• Красноярский научный центр СО РАН презентовал свои разработки 12.02.2020
• Как ты себя проявишь, от пола не зависит 11.03.2019

Публикации сотрудников лаборатории

Bobrovskikh, A.V., Zubairova, U.S., Bondar, E.I., Lavrekha, V.V., Doroshkov, A.V. Transcriptomic Data Meta-Analysis Sheds Light on High Light Response in Arabidopsis thaliana L. // International journal of molecular sciences. – 2022. - 23(8), 4455.  DOI: 10.3390/ijms23084455

Bondar, E.I., Troukhan, M.E., Krutovsky, K.V., Tatarinova, T.V. (2022). Genome-wide prediction of transcription start sites in conifers // International Journal of Molecular Sciences. - 2022 - 23(3), 1735. DOI:10.3390/ijms23031735

E.I. Bondar, S.I. Feranchuk, K.A. Miroshnikova, V.V. Sharov, D.A. Kuzmin, N.V. Oreshkova, K.V. Krutovsky Annotation of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) nuclear genome – one of the most cold-resistant tree species in the only deciduous Genus in Pinaceae // Plants MDPI. – 2022. - 11(15):2062. doi: 10.3390/plants11152062.

V.V. Biriukov, I.N. Pavlov, Y.A. Litovka, N.V. Oreshkova, V.V. Sharov, E.P. Simonov, D.A. Kuzmin, K.V. Krutovsky De novo transcriptome assembly and annotation of new plan pathogenic Coreinectria Sp. Strain in Siberia // Mycology and Phytopathology. - 2022. – Т. 56, № 2. – С. 114-126.

М.М. Соловьев, Н.А. Бочкарев, Н.В. Орешкова, Е.Н. Кашинская, Е.П. Симонов Филогенетическое положение сигов из Телецкого озера (Сибирь) в группе Coregonus lavaretus (L.) на основе полногеномных данных митохондриальной // Генетика. – 2022. – Т. 58, № 2. - С. 232–238 (M.M. Solovyev, N.A. Bochkarev, N.V. Oreshkova, E.N. Kashinskaya, E.P. Simonov Phylogenetic Position of Whitefishes from Teletskoye Lake (Siberia) in Group Coregonus lavaretus (L.) Based on Complete Mitochondrial DNA Data // Russian Journal of Genetics. – 2022. - V. 58, N 2. - P. 235–240.)

A. Titievsky, Yu.A. Putintseva, E.A. Taranenko, S. Baskin, N.V. Oreshkova, E. Brodsky, A.V. Sharova, V.V. Sharov, J. Panov, D.A. Kuzmin, L. Brodsky, K.V. Krutovsky Comparative Genomics Analysis of Repetitive Elements in Ten Gymnosperm Species: “Dark Repeatome” and Its Abundance in Conifer and Gnetum Species // MDPI Life. - 2021. - 11, 1234. https://doi.org/10.3390/life11111234

Sharov V., Rezelj V.V., Galatenko V.V., Titievsky A., Panov J., Chumakov K., Andino R., Vignuzzi M., Brodsky L. Intra- and Inter-cellular Modeling of Dynamic Interaction between Zika Virus and Its Naturally Occurring Defective Viral Genomes //Journal of Virology. - 2021. - Vol.95, N 22.  DOI: 10.1128/JVI.00977-21

Yu.A. Putintseva., E.I. Bondar, E.P. Simonov, V.V. Sharov, N.V. Oreshkova, D.A. Kuzmin, Y.M. Konstantinov, V.N. Shmakov, V.I. Belkov, M.G. Sadovsky, O. Keech, K.V. Krutovsky Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) mitochondrial genome assembled using both short and long nucleotide sequence reads is currently the largest known mitogenome // BMC Genomics. - 2020. - 21:654. https://doi.org/10.1186/s12864-020-07061-4

Akulova V.S., Sharov V.V., Aksyonova A.I., Putintseva Y.A., Oreshkova N.V., Feranchuk S.I., Kuzmin D.A., Pavlov I.N., Litovka Y.A., K.V. Krutovsky De novo sequencing, assembly and functional annotation of Armillaria borealis genome // BMC Genomics. - 2020. – 21 (Suppl 7): 534. https://doi.org/10.1186/s12864-020-06964-6

Guseva T., Biriukov V., Sadovsky M. Role of Homeobox Genes in the Development of Pinus sylvestris // Lecture Notes in Computer Science. – 2020. – 12108. – P. 429-437. https://doi.org/10.1007/978-3-030-45385-5_38

Fedotovskaya V., Sadovsky M., Kolesnikova A., Shpagina T., Putintseva Y. Function vs. Taxonomy: Further Reading from Fungal Mitochondrial ATP Synthases // Lecture Notes in Computer Science. - 2020. – 12108 - P. 438-444. https://doi.org/10.1007/978-3-030-45385-5_39

Breidenbach N., Sharov V.V., Gailing O., Krutovsky K.V. De novo transcriptome assembly of cold stressed clones of the hexaploid Sequoia sempervirens (D. Don) Endl. // Scientific Data. – 2020. – V. 7, N 239. DOI: https://doi.org/10.1038/s41597-020-00576-1

Орешкова Н.В., Седельникова Т.С., Пименов А.В., Ефремов С.П. Генетический полиморфизм сосны сибирской кедровой (Pinus sibirica Du Tour) в Кузнецком Алатау // Сибирский экологический журнал. – 2020. – № 6. - С. 677–688. DOI 10.15372/SEJ20200601. (Oreshkova N.V., Sedel’nikova T.S., Efremov S.P., Pimenov A.V. Genetic polymorphism of Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) in Kuznetsk Alatau // Contemporary problems of Ecology. – 2020. - 13( 6). - P. 569-576 DOI: 10.1134/S1995425520060116)

Yu.A. Putintseva, E.I. Bondar, E.P. Simonov, V.V. Sharov, N.V. Oreshkova, D.A. Kuzmin, Y.M. Konstantinov, V.N. Shmakov, V.I. Belkov, M.G. Sadovsky, O. Keech, K.V. Krutovsky Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) mitochondrial genome assembled using both short and long nucleotide sequence reads is currently the largest known mitogenome // BMC Genomics. - 2020. - 21:654. https://doi.org/10.1186/s12864-020-07061-4

Akulova V.S., Sharov V.V., Aksyonova A.I., Putintseva Y.A., Oreshkova N.V., Feranchuk S.I., Kuzmin D.A., Pavlov I.N., Litovka Y.A., K.V. Krutovsky De novo sequencing, assembly and functional annotation of Armillaria borealis genome // BMC Genomics. - 2020. – 21 (Suppl 7): 534. https://doi.org/10.1186/s12864-020-06964-6

И.В. Корниенко, Т.Г. Фалеева, Н.В. Орешкова, С.Е. Григорьев, Ю.А. Путинцева, К.В. Крутовский Структурно-функциональная организация контрольного района митохондриальной ДНК шерстистого мамонта (Mammuthus premigenius) // Молекулярная биология - 2019. - Т.53, №4. - С. 627-637. (I.V. Kornienko, T.G. Faleeva, N.V. Oreshkova, S.E. Grigoriev, L.V. Grigorieva, Yu.A. Putintseva, K.V. Krutovsk Structural and Functional Organization of the Mitochondrial DNA Control Region in the Woolly Mammoth (Mammuthus primigenius) // Molecular Biology. – 2019. - Vol. 53, No. 4. – P. 560–570)

К.В. Крутовский, Ю.А. Путинцева, Н.В. Орешкова, Е.И. Бондар, В.В. Шаров, Д.А. Кузьмин Постгеномные технологии в практическом лесном хозяйстве: разработка полногеномных маркеров для идентификации происхождения древесины и других задач // Лесотехнический журнал. - 2019. - Т.9, №1 (33). - С. 9-16. (Krutovsky K.V., Putintseva Y.A., Oreshkova N.V., Bondar E.I., Sharov V.V., Kuzmin D.A. Postgenomic technologies in practical forestry: development of genome-wide markers for timber origin identification and other applications // Forest Engineering Journal. - 2019. - V. 9, №1 (33). - С. 9-16. doi: 10.12737/article_5c92016b64af27.15390296

Bondar E.I., Y.A. Putintseva, N.V. Oreshkova, K. V. Krutovsky Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) chloroplast genome and development of polymorphic chloroplast markers // BMC Bioinformatics. - 2019. - 20(Suppl. 1): 38. - P. 48 – 52. doi: 10.1186/s12859-018-2571-x

Kuzmin, D.A., S. I. Feranchuk, V.V. Sharov, A.N. Cybin, S.V. Makolov, Y.A. Putintseva, N.V. Oreshkova, K.V. Krutovsky Stepwise large genome assembly approach: A case of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) // BMC Bioinformatics. - 2019. - 20(Suppl. 1): 37. - P. 36 – 52. doi: 10.1186/s12859-018-2570-y

Semerikov V.L., S.A. Semerikova, Y.A. Putintseva, N.V. Oreshkova, Krutovsky K.V. Mitochondrial DNA diversity in the Siberian conifers indicates multiple post-glacial colonization centers // Canadian Journal of Forest Research. - 2019. - V.49. - P. 875 – 883. doi: 10.1139/cifr-2018-0498

Орешкова, Н.В., Бондар Е.И., Путинцева Ю.А., Шаров В.В., Кузьмин Д.А., Крутовский К.В. Разработка ядерных микросателлитных маркеров с длинными (трех-, четырех-, пяти- и шестинуклеотидными) мотивами для трёх видов лиственницы на основе полногеномного de novo секвенирования лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) // Генетика. - 2019. - Т. 55, № 4. - С. 418-425. (Oreshkova N. V., Bondar E.I., Putintseva Yu.A., Sharov V.V., Kuzmin D.A., Krutovsky K.V. Development of nuclear microsatellite markers with long (three -, four -, five-and six-nucleotide) motives for Siberian larch // Russian Journal of Genetics. - 2019. - Т. 55, № 4. doi: 10.1134/S1022795419040094

A.I. Kolesnikova, Y.A. Putintseva, E.P. Simonov, V.V. Biriukov, N.V. Oreshkova, I.N. Pavlov, V.V. Sharov, D.A. Kuzmin, J.B. Anderson, К.V. Krutovsky Mobile genetic elements explain size variation in the mitochondrial genomes of four closely-related Armillaria species // BMC Genomics. - 2019. - 20:351. doi: 10.1186/s12864-019-5732-z

 

Проекты, в которых сотрудники лаборатории были исполнителями

Грант РНФ № 22-14-00083, (2022-2024) Дендрогеномное изучение адаптации кедра сибирского в Западном Саяне к экстремальным средовым факторам (RSF № 22-14-00083, (2022-2024) Dendrogenomic study of the adaptation of the Siberian stone pine in the Western Sayan to extreme environmental factors).

Грант РНФ № 22-14-20008, (2022-2024) Структурно-функциональные и молекулярно-генетические закономерности микроклонального размножения лиственницы через биотехнологию соматического эмбриогенеза in vitro (RSF № 22-14-20008, (2022-2024) Structural-functional and molecular-genetic patterns of microclonal reproduction of larch through biotechnology of somatic embryogenesis in vitro).

Грант РНФ № 19-14-00120, (2019-2021) «Изучение генетической адаптации деревьев к стрессовым средовым факторам на основе полногеномного и дендрохронологического анализа в контексте глобального изменения климата» (RSF №19-14-00120, (2019-2021) «Study of genetic adaptation of trees to stress environmental factors on the basis of genome-wide and dendrochronological analysis in the context of global climate change».

Грант РФФИ № 19-04-00964а, (2019-2021) «Изучение генетической адаптации в популяциях лиственницы сибирской с использованием данных полногеномного генотипирования» (RFBR №19-04-00964а, (2019-2021) Study of genetic adaptation in Siberian larch populations using genome-wide genotyping data).

Грант РФФИ № 18-29-13044 мк, (2018-2020) «Изучение геномной и эпигеномной изменчивости, связанной с адаптацией древесных растений к гетерогенной среде» (RFBR №18-29-13044, (2018-2020) Study of the genomic and epigenomic variation of tree species assocoated with their adaptation to the heterogenic enviroment).