Ключевые слова
Геномика растений, вариабельность генов, генные сети, регуляторные и структурные гены, пути метаболизма, регуляция физиологии и морфогенеза, биотехнология, виды и сорта, агрокультуры, генотипирование, молекулярные маркёры для селекции

Направления исследований
Основное направление исследований лежит в области геномики, молекулярной биологии и биотехнологии растений.

• Оценка генетического разнообразия геномов для решения вопросов таксономии и филогении видов растений
• Исследование молекулярно-генетических механизмов контроля развития растений
• Изучение путей регуляции ответа растений на биотические и абиотические стрессы
• Исследование процессов видообразования и реконструкция эволюции последовательностей ядерного, хлоропластного и митохондриального геномов
• Разработка новых методов детекции и анализа генетического полиморфизма функционально значимых последовательностей генома
• Генотипирование биоресурсных коллекций
• Разработка молекулярных маркеров, сцепленных с агрономически ценными признаками для маркер-ассоциированной селекции с целью генотипирования и создания новых улучшенных сортов культурных растений

Основные методы исследований

Уникальные/редкие методы исследования (на базе собственного оборудования), имеющиеся в лаборатории:

• Методы мультилокусного анализа (AFLP, RGA-profiling, EcoTilling)

Методы фундаментальных исследований:

• Молекулярно-биологические методы: клонирование, секвенирование, ПЦР, ОТ-ПЦР, РВ-ПЦР, гибридизация in situ, анализ белок-белковых взаимодействий in vivo
• Методы генетической инженерии растений: гомо- и гетерологичная суперэкспрессия трансгенов (трансформация, регенерация, молекулярно-биологический и фенотипический анализ модельных растений)
• Методы определения генетического разнообразия растений: полногеномное секвенирование, RNA-seq, моно- и мультилокусное генотипирование, ДНК-фингерпринтинг
• Биоинформационный анализ
• Методы молекулярного анализа ядерного и цитоплазматических геномов (ISSR, AFLP, SSR, SNP, S-SAP, RGA-profiling, EcoTilling, анализ нуклеотидного полиморфизма секвенированных последовательностей ядерной, хлоропластной, митохондриальной ДНК)
• Методы биохимического анализа: HPLC, спектрофотометрия

Краткая история лаборатории
Лаборатория генетической инженерии была создана в 1991 году в Центре «Биоинженерия» РАН. Основателем и руководителем лаборатории являлся академик Скрябин Константин Георгиевич. В 2014 году лаборатория была переименована в лабораторию системной биологии растений. С 2020 года лабораторией руководит профессор, доктор биологических наук Кочиева Елена Зауровна.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Лаборатория системной биологии растений проводит фундаментальные исследования в области структурной и функциональной геномики высших растений. Её приоритетными задачами является молекулярный анализ геномных полиморфизмов, изучение взаимосвязи организации генетического материала и его экспрессии, молекулярный анализ дифференцировки и морфогенеза растений, оценка генетического меж- и внутривидового разнообразия современных растений.

Примером успешного сочетания фундаментальных и прикладных аспектов деятельности Лаборатории является создание молекулярных маркёров хозяйственно-ценных растений для селекции, а также молекулярная паспортизация сортов и линий сельскохозяйственных растений.

В результате выполненных в лаборатории исследований:

• С помощью современных методов молекулярного анализа (AFLP, SSR, ISSR, SNP, S-SAP и др.) ядерного и цитоплазматических геномов проведена оценка биоразнообразия и филогенетического родства диких и культурных видов растений семейств Solanaceae (рода Solanum, Capsicum), Lemnaceae и Fabaceae, а также родов Fagopyrum и Allium.
• Совместно с лабораторией биоразнообразия (PRI, Университет Вагенингена, Нидерланды) разработана оригинальная система маркирования полиморфизма генов устойчивости растений (RGA-profiling). С помощью данной системы выполнен прямой анализ RGA-семейства генов c непосредственной оценкой его биоразнообразия у различных семейств растений.
• Разработаны и адаптированы системы молекулярного маркирования видов и сортов сельскохозяйственных растений. Проведена молекулярная паспортизация более чем 300 сортов картофеля, томата, перца, гороха. Разработана методика проведения EcoTILLING для генов резистентности видов сем. Solanaceae.
• Определены последовательности и паттерны экспрессии целого ряда генов-гомологов углеводного обмена (инвертаз, амилаз, ингибиторов инвертаз и амилаз, сахарозосинтаз, крахмал-фосфорилаз и др.) у широкой выборки видов и сортов растений сем. Solanaceae, Fabaceae и Poaceae. Описана их вариабельность, разработаны молекулярные маркеры, сцепленные с содержанием сахаров и крахмала в плодах/зернах. Проведена оценка участия идентифицированных генов в ответе растений на холодовой стресс.
• Идентифицированы гены с доменом холодового шока у представителей родов Brassica, Solanum и Allium, а также гены устойчивости к вирусу PVX и бледной нематоде G. pallida у видов  и сортов Solanum.
• У образцов лука-порея Allium porrum L., различающихся содержанием аскорбиновой кислоты, идентифицированы и охарактеризованы ключевые гены L-галактозного пути биосинтеза витамина С.
• Определены последовательности и паттерны экспрессии ключевых генов биосинтеза каротиноидов и антоцианов у широкой выборки видов и сортов растений сем. Solanaceae. Для ряда генов выявлены корреляции паттернов экспрессии с окраской плода. Продемонстрировано, что окраска кожицы и мякоти плодов перца регулируется независимо и определяется соотношением основных типов пигментов и активностью генов их биосинтеза.
• Секвенированы полные хлоропластные геномы видов Allium: A. porrum, A. altaicum, A. obliquum, A. sativum, A. ramosum и A. regelianum.
• С участием лаборатории секвенированы ядерный, хлоропластный и митохондриальный геномы паразитического микогетеротрофного растения – Monotropa hypopitys (подъельник). Показано, что в геноме потеряны гены, связанные с фотосинтезом, но сохранена большая часть генов собственного генетического аппарата. Определена вариабельность хлоропластного генома у образцов видов Monotropa и родственных фотосинтезирующих видов сем. Ericaceae.
• С участием лаборатории секвенированы транскриптомы различных тканей Monotropa hypopitys, охарактеризованы последовательности и паттерн экспрессии генов, кодирующих транскрипционные факторы (TF) MADS-domain, YABBY, LEAFY и WOX, а также других важных структурных генов. Секвенирована библиотека микроРНК подъельника; идентифицированы и функционально охарактеризованы видоспецифичные и консервативные микроРНК, включая ассоциированные с цветением и эндомикоризным симбиозом.
• Идентифицированы последовательности и определены профили экспрессии регуляторных генов TF семейств MADS и YABBY у культивируемых и дикорастущих видов томата и перца (роды Solanum и Capsicum). Выявлены доноры аллелей, сцепленных с хозяйственно-ценными признаками (ускоренная вегетация, многокамерность плода); разработаны и верифицированы молекулярные маркёры, сцепленные со сроками вегетации и количеством плодовых камер. С использованием маркёров (сроки вегетации) совместно с ФНЦО получены два гибрида F1 томата и перца.
• Совместно с лабораторией PRI (Нидерланды) выделены и функционально охарактеризованы семейства MADS-box генов подсолнечника и хризантемы. На основе сравнительного анализа белковых взаимодействий MADS-domain факторов транскрипции астровых (Helianthus annuus, Chrysanthemum morifolium) и пасленовых (Petunia hybrida) построена схема молекулярной регуляции закладки и формирования органов цветка астровых на примере соцветий хризантемы и подсолнечника. Методами обратной генетики на модельных растениях Nicotiana tabacum и Arabidopsis thaliana выявлены предположительные функции НАМ–генов подсолнечника и CDM–генов хризантемы. Охарактеризовано семейство микроРНК соцветия хризантемы в сравнении с тремя линиями трансгенной хризантемы, рано цветущими за счет суперэкспрессии генов НАМ75, HAM92 и CDM111.

В лаборатории с 2003 года защищены 1 докторская и 10 кандидатских диссертаций, и выполняются работы, поддержанные грантами Российского научного фонда, РФФИ и Минобрнауки России.

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ