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 26-14-00387
НазваниеАтлас жизненного цикла LTR ретротранспозонов Nicotiana benthamiana, как новой модели для системного изучения мобилома сельскохозяйственных растений
Руководитель Киров Илья Владимирович, Кандидат биологических наук, д-р биол. наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №124 - Конкурс 2026 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-104 - Общая генетика
Ключевые слова Мобильные элементы, протеомика, интерактомика, растения, LTR ретротранспозоны, инсерции, геном
Код ГРНТИ34.15.23
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Значительная часть генома растений занята последовательностями различных мобильных элементов (МЭ), из которых преобладающее большинство относятся к LTR ретротранспозонам. Новые инсерции и создаваемое ими генетическое разнообразие часто приводят к появлению новых фенотипических признаков. Лишь несколько процентов из десятков тысяч копий МЭ сохранили свою активность и продолжают делать новые инсерции в настоящее время. Поэтому на сегодня очевидно, что МЭ - это один из главных драйверов как эволюции, так и селекции растений. Несмотря на то, что за последние два десятка лет были хорошо изучены механизмы сайленсинга LTR ретротранспозонов (LTR-RTE), молекулярные детали жизненного цикла LTR-RTE и роль белков “хозяина” в этом процессе не исследованы для растений. Так, на сегодня известны лишь несколько белков, которые способствуют жизненному циклу LTR-RTE в клетках растений. Более того, большинство сведений о МЭ получены на модельных растениях с небольшими геномами (Арабидопсис и рис), структура и организация которых значительно отличается от большинства сельскохозяйственных растений, чьи геномы зачастую намного больше и являются аллополиплоидами. Недостаток сведений о молекулярных и клеточных взаимодействиях LTR-RTE в процессе транспозиции является серьезной проблемой для понимания фундаментальных основ эволюции растений и для практического использования этих знаний. На решение этой проблемы и направлен данный проект. Конкретная задача данного проекта — это идентификация и системное изучение белков, взаимодействующих с вирусо-подобными частицами LTR ретротранспозонов растений на примере Nicotiana benthamiana, используя современные методы интерактомики (TurboID, BiFC), клеточной биологии и функциональной геномики растений (редактирование генома).
В рамках проекта будут получены результаты, имеющие ключевое значение для фундаментального понимания процессов транспозиции LTR-ретротранспозонов у растений. Во-первых, впервые будет определен репертуар белков хозяина, взаимодействующих с LTR-ретротранспозонами (LTR-RTE) растений на примере N. benthamiana. Полученные данные позволят выявить закономерности взаимодействия LTR-RTE с клеточными белками, определить ключевые регуляторные узлы их жизненного цикла и сформировать базу знаний для последующих функциональных исследований жизненного цикла LTR-RTE у других видов растений. Результаты послужат основой для разработки новых направлений биотехнологии на основе LTR-RTE, включая создание инструментов для направленной модификации генома. Во-вторых, в проекте впервые будут получены растения N. benthamiana с нокаутами генов, участвующих в пути РНК-направленного ДНК-метилирования (RdDM). Ожидается, что это приведет к активации сотен различных LTR-RTE, находящихся под контролем этой эпигенетической системы. Учитывая богатый мобилом и высокий уровень доступности омиксных данных и транзиентных методов на основе агроинфильтрации для N. benthamiana, созданные линии станут уникальной модельной системой для изучения регуляции ретротранспозонов у растений. Созданная коллекция будет служить ценным ресурсом для дальнейших исследований мобилома сельскохозяйственных культур, что особенно важно в условиях отсутствия близких модельных видов, сочетающих комплексность генома (большой размер и аллополиплоидия) и доступность современных молекулярных и биоинформатических подходов. В-третьих, будет разработана репортерная система нового поколения для быстрой детекции событий транспозиции LTR-RTE и идентификации вовлеченных в них белков. Эти репортерные конструкции обеспечат высокую чувствительность и воспроизводимость экспериментов и будут востребованы в последующих исследованиях мобилома растений. Итогом реализации проекта станет построение первой интегративной модели жизненного цикла LTR-ретротранспозонов растений, основанной на объединении данных протеомики, интерактомики, транскриптомики, цитологии и мобиломного анализа.
Ожидаемые результаты
В рамках проекта будут получены результаты, имеющие ключевое значение для фундаментального понимания процессов транспозиции LTR-ретротранспозонов у растений. Этот процесс является одной из основных движущих сил эволюции и естественного отбора, а также оказывает значимое влияние на формирование генетического разнообразия и адаптивных свойств культурных растений. Таким образом, реализация проекта будет иметь не только фундаментальное, но и прикладное значение, создавая предпосылки для разработки инновационных биотехнологических решений в области селекции и геномики.
В рамках проекта будут получены результаты, имеющие ключевое значение для фундаментального понимания процессов транспозиции LTR-ретротранспозонов у растений. Результаты реализации проекта будут иметь не только фундаментальное, но и прикладное значение, создавая предпосылки для разработки инновационных биотехнологических решений в области селекции и геномики.
Во-первых, впервые будет определен репертуар белков хозяина, взаимодействующих с LTR-ретротранспозонами (LTR-RTE) растений на примере N. benthamiana. Полученные данные позволят выявить закономерности взаимодействия LTR-RTE с клеточными белками, определить ключевые регуляторные узлы их жизненного цикла и сформировать базу знаний для последующих функциональных исследований жизненного цикла LTR-RTE у других видов растений. Эти данные обеспечат создание системного представления о функциональных комплексах ретротранспозонов и механизмам их регуляции. Результаты послужат основой для разработки новых направлений биотехнологии на основе LTR-RTE, включая создание инструментов для направленной модификации генома. Это направление соответствует современным трендам мировой науки и активно развивается, в том числе в связи с успехами в применении транспозаз для сайт-специфической интеграции трансгенов (Liu et al., Nature, 2024).
Во-вторых, в проекте впервые будут получены растения N. benthamiana с нокаутами генов, участвующих в пути РНК-направленного ДНК-метилирования (RdDM). Ожидается, что это приведет к активации сотен различных LTR-RTE, находящихся под контролем этой эпигенетической системы. Учитывая богатый мобилом и высокий уровень доступности омиксных данных и транзиентных методов на основе агроинфильтрации для N. benthamiana, созданные линии станут уникальной модельной системой для изучения регуляции ретротранспозонов у растений.
В-третьих, будет разработана репортерная система нового поколения для быстрой детекции событий транспозиции LTR-RTE и идентификации вовлеченных в них белков. Эти репортерные конструкции обеспечат высокую чувствительность и воспроизводимость экспериментов и будут востребованы в последующих исследованиях мобилома растений.
Кроме того, в рамках проекта будет выполнена аннотация активного мобилома N. benthamiana с использованием нанопорового секвенирования кДНК и кольцевых ДНК у растений дикого типа и мутантов по пути RdDM при нормальных и стрессовых условиях (вирусная инфекция, тепловой стресс). Это обеспечит получение первых комплексных данных о структуре и динамике активного мобилома растений в условиях изменяющейся среды.
Итогом реализации проекта станет построение первой интегративной модели жизненного цикла LTR-ретротранспозонов растений, основанной на объединении данных протеомики, интерактомики, транскриптомики, цитологии и мобиломного анализа.