ПОСТГЕНОМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРАКТИЧЕСКОМ ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ: РАЗРАБОТКА ПОЛНОГЕНОМНЫХ МАРКЕРОВ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ И ДРУГИХ ЗАДАЧ

К.В. Крутовский, Ю.А. Путинцева, Н.В. Орешкова, Е.И. Бондар, В.В. Шаров, Д.А. Кузьмин

Скачать

№ 1 (33)

Естественные науки и лес

 Сведения об авторах

Крутовский Константин Валерьевич – профессор, профессор отделения лесной генетики и селекции Гёттингенского университета, г. Геттинген, Германия

kkrutov@gwdg.de; http://www.uni-goettingen.de/en/414626.html;

Ведущий научный сотрудник лаборатории популяционной генетки Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, г. Москва, Российская Федерация

kkrutovsky@gmail.com;

профессор базовой кафедры защиты и современных технологий мониторинга лесов (http://structure.sfu-kras.ru/node/111#staff), зав. лабораторией лесной геномики и pyководитeль Научно-образовательного центра геномных исследований Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета, г. Красноярск, Российская Федерация

http://genome.sfu-kras.ru/en/krutovsky;

Адьюнкт профессор отделения экосистемных наук и управления Техасского АМ университета, г. Колледж Стейшн, Техас, США

k-krutovsky@tamu.edu; http://essm.tamu.edu/people/faculty/adjunct-faculty/krutovsky-konstantin

Путинцева Юлия Андреевна – научный сотрудник лаборатории лесной геномики

Научно-образовательный центр геномных исследований Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета, г. Красноярск, Российская Федерация

e-mail: yaputintseva@mail.ru

Орешкова Наталья Викторовна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории лесной геномики

Научно-образовательный центр геномных исследований Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета, г. Красноярск, Российская Федерация

старший научный сотрудник лаборатории лесной генетики и селекции

Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, г. Красноярск, Российская Федерация

e-mail: oreshkova@ksc.krasn.ru

Бондар Евгения Ивановна – аспирант лаборатории лесной геномики

Научно-образовательный центр геномных исследований Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета, г. Красноярск, Российская Федерация

e-mail: bone-post@ya.ru

Шаров Вадим Витальевич – научный сотрудник лаборатории лесной геномики

Научно-образовательный центр геномных исследований Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета, г. Красноярск, Российская Федерация

e-mail: sharvadim07@yandex.ru

Кузмин Дмитрий Александрович – кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой высокопроизводительных вычислений Института космических и информационных технологий, Директор центра высокопроизводительных вычислений Сибирского федерального университета, г. Красноярск, Российская Федерация

e-mail: dm.kuzmin@gmail.com

 

Аннотация: 

Данные о последовательности генома, которые были недавно получены для нескольких основных видов хвойных, вносят значительный вклад в развитие лесной генетики и программ улучшения и защиты деревьев. Они позволяют идентифицировать и аннотировать гены и другие функциональные элементы (короткие РНК, факторы транскрипции, регуляторные элементы и т. д.) и выявить генетические системы, которые контролируют адаптацию и устойчивость к болезням. Их можно использовать для разработки высокоинформативных генетических маркеров, которые можно использовать в популяционно-генетических исследованиях для создания популяционно-генетических баз данных, необходимых для борьбы с незаконной рубкой и торговлей древесиной. Геномные данные очень необходимы для разработки полногеномных генетических маркеров для изучения связи генетической изменчивости (SNP, аллели, гаплотипы и генотипы) с факторами окружающей среды, адаптивными признаками и фенотипами, а также для лучшего понимания генетического контроля селекционных и экономически важных признаков. Они также могут быть использованы для разработки полногеномных генетических маркеров, применяемых в геномной селекции для получения более адаптированных, устойчивых к стрессу и к изменению климата деревьев с желаемыми качественными экологическими и экономическими характеристиками. Наконец, знание полной нуклеотидной последовательности генома позволяет интегрировать протеомику, транскриптомику и метаболомику и обеспечивает референсные геномы для ресеквенирования. В этом кратком обзоре мы хотели бы представить также одно из многих практических применений генетики и геномики в лесном хозяйстве – разработку высокополиморфных и информативных молекулярно-генетических маркеров для нескольких очень важных хвойных видов бореальных лесов Евразии, лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), сибирской кедровой сосны (Pinus sibirica Du Tour) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на основе полногеномных данных, полученных в рамках проекта «Геномные исследования основных бореальных лесообразующих хвойных видов и их наиболее опасных патогенов в Российской Федерации», финансируемого Правительством Российской Федерации (грант № 14.Y26.31.0004).

 

Ключевые слова: 

генетическое разнообразие, геном, Larix sibirica

Для цитирования: 

Постгеномные технологии в практическом лесном хозяйстве: разработка полногеномных маркеров для идентификации происхождения древесины и других задач / К. В. Крутовский, Ю. А. Путинцева, Н. В. Орешкова [и др.] // Лесотехнический журнал. – 2019. – Т. 9. – № 1 (33). – С. 9–16. – Библиогр.: с. 13–15 (16 назв.). – DOI: 10.12737/article_5c92016b64af27.1539029.

 

Литература: 

1. Khasa D. P., Newton C. H., Rahman M. H., Jaquish B., Dancik B. P. Isolation, characterization, and inheritance of microsatellite loci in alpine larch and western larch. Genome, 2000. Vol. 43. № 3. P. 439-448.

2. Isoda K., Watanabe A. Isolation and characterization of microsatellite loci from Larix kaempferi. Mol. Ecol. Notes, 2006. Vol. 6. № 3. P. 664-666.

3. Chen C., Liewlaksaneeyanawin C., Funda T., Kenawy A., Newton C. H., El-Kassaby Y. A. Development and characterization of microsatellite loci in western larch (Larix occidentalis Nutt.). Mol. Ecol. Resour., 2009. Vol. 9. № 3. P. 843-845.

4. Oreshkova N. V., Belokon M. M. Assessment of the genetic variation of Siberian larch use microsatellite markers. Vestnik MSGL – Lesnoy Vestnik, 2012. Vol. 84. № 1. P. 118-122, in Russian (Орешкова Н. В.,
Белоконь М.М.
Оценка генетической изменчивости лиственницы сибирской с использованием микросателлитных маркеров // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. 2012. Т. 84. № 1. С. 118-122).

5. Oreshkova N. V., Belokon M. M., Jamiyansuren S. Genetic Diversity, Population Structure, and Differentiation of Siberian Larch, Gmelin Larch, and Cajander Larch on SSR-Marker Data. Russian Journal of Genetics, 2013. Vol. 49. № 2. P. 178-186. (Орешкова Н. В., Белоконь М. М., Жамъянсурен С. Генетическое разнообразие, популяционная структура и дифференциация лиственниц сибирской, Гмелина и Каяндера по данным SSR-маркеров // Генетика. 2013. Т. 49, № 2. С. 204-213).

6. Krutovsky K. V., Oreshkova N. V., Putintseva Yu. A., Ibe A. A., Deich K. O., Shilkina E. A. Preliminary results of de novo whole genome sequencing of the Siberian Larch (Larix sibirica Ledeb.) and the Siberian Stone Pine (Pinus sibirica Du Tour). Siberian Journal of Forest Science, 2014. Vol. 1. № 4. P. 79-83 (in Russian with abstract in English) (Крутовский К.В., Орешкова Н.В., Путинцева Ю.А., Ибе А.А., Дейч К.О., Шилкина Е.А. Предварительные результаты полногеномного de novo секвенирования лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour.) // Сибирский лесной журнал. 2014. Т. 1. № 4. С. 79-83).

7. Oreshkova N. V., Putintseva Yu. A., Kuzmin D. A., Sharov V. V., Biryukov V. V., Makolov S. V., Deich K. O., Ibe А. А., Shilkina Е. А., Krutovsky K. V. Genome sequencing and assembly of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) and Siberian pine (Pinus sibirica Du Tour) and preliminary transcriptome data. Proceedings of the 4th International Conference on Conservation of Forest Genetic Resources in Siberia. Barnaul, Russia, 24-29 August, 2015, pp. 127-128.

8. Sadovsky M. G., Putintseva Yu. A., Birukov V. V., Novikova S., Krutovsky K. V. De novo assembly and cluster analysis of Siberian larch transcriptome and genome. Lecture Notes in Bioinformatics, 2016. Vol. 9656. P. 455-464.

9. Belokon M. M., Politov D. V., Mudrik E. A., Polyakova T. A., Shatokhina A. V., Belokon Yu. S., Oreshkova N. V., Putintseva Yu. A., Sharov V. V., Kuzmin D. A., Krutovsky K. V. Development of Microsatellite
Genetic Markers in Siberian Stone Pine (Pinus sibirica Du Tour) Based on the De Novo Whole Genome Sequencing. Russian Journal of Genetics, 2016. Vol. 52. № 12. P. 1284-1292. (Белоконь М. М., Политов Д. В., Мудрик Е. А., Полякова Т. А., Шатохина А. В., Белоконь Ю. С., Орешкова Н. В., Путинцева Ю. А., Шаров В. В., Кузмин Д. А., Крутовский К. В. Разработка микросателлитных маркёров сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour) по результатам полногеномного de novo секвенирования // Генетика. 2016. Т. 52. № 12. C. 1418-1427).

10. Oreshkova N. V., Putintseva Yu. A., Sharov V. V., Kuzmin D. A., Krutovsky K. V. Development of Microsatellite Genetic Markers in Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) Based on the De Novo Whole Genome Sequencing. Russian Journal of Genetics, 2017. Vol. 53. № 11. P. 1194-1199. (Орешкова Н. В., Путинцева Ю. А., Шаров В. В., Кузмин Д. А., Крутовский К. В. Разработка микросателлитных маркёров лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) на основе полногеномного de novo секвенирования // Генетика. 2017. Т. 53. № 11. C. 1278-1284.)

11. Liu Y., Schröder J., Schmidt B. Musket: a multistage k-mer spectrum-based error corrector for Illumina sequence data. Bioinformatics, 2013. Vol. 29. № 3. P. 308-315.

12. Bolger A. M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics, 2014. Vol. 30. № 15. P. 2114-2120.

13. Wang X., Lu P., Luo Z. GMATo: A novel tool for the identification and analysis of microsatellites in large genomes. Bioinformation, 2013. Vol. 9. № 10. P. 541-544.

14. Martins W. S., Lucas D. C. S., Neves K. F. S., Bertioli D. J. WebSat – a web software for microsatellite marker development. Bioinformation, 2009. Vol. 3. № 6. P. 282-283.

15. Semerikov V. L., Putintseva Yu. A., Oreshkova N. V., Semerikova S. A., Krutovsky K. V. Development of new mitochondrial DNA markers in Scots pine (Pinus sylvestris L.) for population and phylogeographic studies. Russian Journal of Genetics, 2015. Vol. 51. № 12. P. 1199-1203.

16. Semerikov V. L., Semerikova S. A., Putintseva Y. A., Tarakanov V. V., Tikhonova I. V., Vidyakin A. I., Oreshkova N. V., Krutovsky K. V. Colonization history of Scots pine in Eastern Europe and North Asia based on mitochondrial DNA variation. Tree Genetics and Genomes, 2018. Vol. 14:8.