КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 18-14-00086
НазваниеЭволюция плацентарных аналогов у водных колониальных беспозвоночных (Bryozoa)
Руководитель Островский Андрей Николаевич, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург
Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология
Ключевые слова эволюционные инновации, плацента, оогенез, личинки, бактериальные симбионты, анатомия, ультраструктура, иммуноцитохимия, флуоресцентная in situ гибридизация, геномика, транскриптомика
Код ГРНТИ34.33.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Матротрофия (экстраэмбриональное питание) и его наиболее сложная форма – плацентотрофия, неоднократно возникали в различных группах живых организмов. В эволюционной биологии данный феномен рассматривается в качестве одной из ключевых инноваций, определивших возникновение высших растений, а также бурную радиацию позвоночных животных, в частности плацентарных млекопитающих. Малоизвестно, однако, что различные варианты матротрофии, в том числе с использованием плацентоподобных структур, широко представлены и среди беспозвоночных. А ведь первые примитивные плаценты возникли именно у беспозвоночных, и именно у них они достигли значительного структурного разнообразия, предварив возникновение сложных плацент позвоночных животных. Морфо-функциональное сходство плацент беспозвоночных и позвоночных является одним из самых ярких примеров конвергентной эволюции среди многоклеточных животных. Однако, в противоположность позвоночным животным, у которых экстраэмбриональное питание является объектом активных исследований, плаценты беспозвоночных остаются почти не изученными.
Цель проекта – выявить закономерности эволюции плацентотрофии у беспозвоночных, а именно – её морфо-функционального, симбиотического и геномного аспектов. В качестве модели будет использована древняя группа колониальных организмов – мшанки (тип Bryozoa), где плацентарные аналоги распространены шире, чем в какой-либо другой группе водных беспозвоночных. Для исследований будут использованы как классические, так и современные микроскопические и молекулярные методы, включая световую, электронную и конфокальную микроскопию, иммуноцитохимию, флуоресцентную in situ гибридизацию, изучение геномов и транскриптомов.
Будут исследованы плацентарные аналоги у морских и пресноводных представителей всех трех классов Bryozoa (Phylactolaemata, Stenolaemata и Gymnolaemata) (из 18 семейств), что позволит максимально широко охватить разнообразие независимо возникших трофических структур мшанок. В числе важнейших задач – изучение анатомического строения плацентарных аналогов, выявление ультраструктурных механизмов передачи питательных веществ к эмбрионам, сравнительный анализ строения личинок плацентарных видов, а также взаимоотношения между плацентарными органами и бактериальными симбионтами, в том числе исследование вертикальной их передачи от взрослых животных к личинкам через плацентарный барьер. Изучение бактериальных симбионтов у плацентарных видов будет выполнено на представителях классов Stenolaemata и Gymnolaemata.
В ходе исследования будут проверены гипотезы о независимом происхождении и структурном усложнении плацентарных аналогов в различных группах мшанок, а также о влиянии возникновения плацент на изменение характера оогенеза и строение личинок и независимом приобретении у мшанок симбиоза с бактериями, выделяющими вещества, делающими личинок несъедобными для хищников. Геномные и транскриптомные исследования будут направлены на изучение трех модельных видов из трех классов Bryozoa. Реализация проекта позволит впервые охарактеризовать молекулярные основы развития плацентарных аналогов у беспозвоночных, идентифицировать гены, вовлеченные в данные процессы, и провести их сравнительный анализ как между различными классами Bryozoa, так и с аналогичными генами позвоночных. Будет проверена гипотеза о возможности конвергентных эволюционных приобретений на молекулярном уровне.
Наша исследовательская группа более чем наполовину состоит из молодых, но уже высококвалифицированных исследователей, имеющих все необходимые для выполнения навыки микроскопической и молекулярной работы. Поскольку предварительные результаты изучения ультраструктурных, симбиотических и молекулярных аспектов плацентотрофии, полученные нашей группой в последние пять лет оказались «прорывными», есть полная уверенность в том, что будет осуществлен качественный скачок в данной области исследований.
Проект в первую очередь направлен на изменение парадигмы отношения к феномену экстраэмбрионального питания у беспозвоночных как малозначительному и незаслуживающему внимания. Напротив, применив мультидисциплинарный подход, мы беремся доказать, что его изучение позволит решить ряд фундаментальных общебиологических проблем, связанных с пониманием возникновения и конвергентной эволюции сложных органов, таких как плацента, у многоклеточных животных. Подобных исследований до сих пор в мире не проводилось.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Островский А.Н. Reproductive Strategies and Patterns of Marine Invertebrates: Diversity and Evolution Paleontological Journal (год публикации - 2020)
2.
Неклюдова У.А., Шваха Т.Ф.,Котенко О.Н.,Грубер Д.,Циран Н.,Островский А.Н.
Sexual reproduction of the placental brooder Celleporella hyalina (Bryozoa, Cheilostomata) in the White Sea
Journal of Morphology, Том 280, Выпуск 2, Стр. 278-299 (год публикации - 2019)
10.1002/jmor.20943
3.
Шваха Т., Моосбруггер М., Вальзль М., Островский А.Н.
First ultrastructural evidence of placental nutrition in a ctenostome bryozoan: example of Amathia verticillata.
Zoomorphology, Том: 138, Выпуск: 2, Стр.: 221-232 (год публикации - 2019)
10.1007/s00435-019-00438-4
4.
Неклюдова Ю.А., Шунькина К.В., Гришанков А.В., Варфоломеева М.А., Гранович А.И., Островский А.Н.
Colonies as dynamic systems: reconstructing the life-history of Cribrilina annulata (Bryozoa) on two algal substrates.
Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, Том 99, № 6, Стр.: 1363-1377 (год публикации - 2019)
10.1017/S0025315419000286
5. Квач А.Ю., Варфоломеева М.А., Котенко О.Н., Сухотин А.А., Кутиумов В.А., Грищенко А.В., Гранович А.И., Островский А.Н. Life history of the ctenostome bryozoan Flustrellidra hispida in the White Sea Invertebrate Zoology, Том16, № 4 (год публикации - 2019)
6. Шваха Т., Островский А.Н., Ваннингер А. Key novelties in the evolution of Bryozoa: evidence from the soft-body morphology Biological Reviews (год публикации - 2019)
7. Шевченко Е.Т., Варфоломеева М.А., Неклюдова Ю.А., Котенко О.Н., Усов Н.В., Гранович А.И., Островский А.Н. Electra vs Callopora: Life-histories of two bryozoans with contrasting reproductive patterns from the White Sea Invertebrate Reproduction and Development (год публикации - 2020)
8. Дик М.Х., Вешенбах А., Тротт Т.Дж., Ониши Т., Беверидж С., Епископ Д.Д., Ито М., Островский А.Н. Global distribution of the invasive cheilostome bryozoan Cribrilina mutabilis Zoological Science (год публикации - 2020)
9. Старунов В.В., Предеус А.В., Барбицов Ю.Б., Кутюмов В.А., Мальцева А.Л., Водясова Е.А., Кон А.Б., Мороз Л.Л., Островский А.Н. Comparative genomic analysis of Cristatella mucedo provides insights into Bryozoan evolution and nervous system function bioRxiv, BIORXIV/2019/869792 (год публикации - 2019)
Публикации
1.
Вишняков А.Е., Карагодина Н.П., Лим-Фонг Г., Иванов П.А., Шваха Т.Ф., Летаров А.В., Островский А.
First evidence of virus-like particles in the bacterial symbionts of Bryozoa
Scientific Reports (год публикации - 2020)
10.1101/2020.04.16.045880
2.
Островский А.Н.
Sexual reproduction in Bryozoa
Handbook of Zoology, Глава 4, стр. 101-121 (год публикации - 2020)
10.1515/9783110586312
3. Богданов Е.А., Вишняков А.Э., Островский А.Н. From Procaryota to Eumetazoa: fossil and modern associations of Bryozoa Paleontological Journal (год публикации - 2021)
4. Грищенко А.В., Гордон Д.П., Тейлор П.Д., Куклинский П., Денисенко Н.В., Спенсер-Джонс М.Е., Островский А.Н. Systematics, ecology and zoogeography of the Recent species of Rhamphostomella Lorenz, 1886 and Mixtoscutella gen. nov. (Bryozoa, Cheilostomata) Zootaxa (год публикации - 2020)
5. Неклюдова Ю.А., Шваха Т.Ф., Котенко О.Н., Грубер Д., Киран Н., Островский А.Н. Three in one: evolution of viviparity, coenocytic placenta and polyembryony in cyclostome bryozoans BMC Evolutionary Biology (год публикации - 2021)
6. Кутюмов В.А., Предеус А.В., Старунов В.В., Мальцева А.Л., Островский А.Н. Mitochondrial gene order of the freshwater bryozoan Cristatella mucedo retains ancestral lophotrochozoan features Mitochondrion (год публикации - 2021)