Registration Number
0826U004461, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
29-09-2026
popup.evolution
.
Title
The impact of allopolyploidization on the divergence of tubulin genes in Brassicaceae
Author
Rostyslav Y. Blium,
popup.head Yaroslav Pirko
popup.opponent Maksym Z. Antonyuk
popup.opponent Roman Volkov
popup.review Olena A. Kravets
popup.review Sergiy G. Hablak
popup.rada
Institute of Food Biotechnology and Genomics of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертаційна робота присвячена вивченню впливу процесів алополіплоїдії на різноманіття генів родини тубуліну у модельної родини Хрестоцвітих, зокрема на прикладі представників родів Arabidopsis, Brassica та Camelina. Попри фундаментальну роль тубулінів як складової мікротрубочок, гени цих білків залишаються маловивченими, а функції окремих ізотипів невідомими. Недостатнє розуміння еволюційного походження генів тубуліну та їх ортології у квіткових рослин значною мірою ускладнює екстраполяцію результатів цитоскелетних досліджень та унеможливлює порівняння спеціалізованих функцій мікротрубочок у різних видів. Водночас, попри значний прогрес у розумінні геномної еволюції різних родин генів рослин та наявність значного обсягу загальнодоступних геномних даних, тубуліни залишаються недостатньо вивченими у квіткових рослин.
В ході виконання дослідження для повногеномного пошуку та детального порівняльно-геномного еволюційного аналізу родини генів тубуліну було проаналізовано геноми B. oleracea, B. nigra, B. napus, B. carinata, B. juncea, C. sativa, C. laxa, C. neglecta, С. hispida ssp. grandiflora та ssp. hispida, а також модельних видів A. thaliana та A. lyrata. Було використано низку геномів інших видів для вивчення причин виникнення наявного ізотипового різноманіття генів тубуліну у сучасних Хрестоцвітих. Також вивчено внутрішньовидову варіабельність довжини інтронів на прикладі геномів різних підвидів B. rapa.
Показано, що алополіплоїдизація по-різному впливає на консервацію генів тубуліну у різних родів Хрестоцвітих. Загальний вплив повногеномних дуплікацій та подій алополіплоїдизації на кількість генів тубуліну є нерівномірним для різних підродин цих білків. Таким чином було показано, що елімінація гомеологічних копій генів у C. sativa є більш значущою, ніж у алополіплоїдних представників Brassica. Зокрема, у алогексаплоїдного виду C. sativa більшість генів тубуліну збереглись у вигляді повних гомеологічних триплетів, тоді як у алотетраплоїдних представників Brassica у надмірно дуплікованому стані збереглись лише гени окремих ізотипів (β-тубулін 2, 4 та 9). Слід також зазначити, що у різних видів Brassica переважна більшість ізотипів β-тубуліну (1, 6, 7, 8 та Х) характеризуються малою кількістю копій у геномах, у той час як β-тубуліни 2, 4 та 9 представлені великою кількістю оно-, гомео- чи паралогічних копій. Причина відмінностей у еволюційній консервації генів β-тубуліну різних ізотипів, імовірно, може бути пов’язана з функціональними відмінностями. Потенційно β-тубуліни можуть умовно поділятись на конститутивні та спеціалізовані, одні з яких переважно відіграють роль структурної складової мікротрубочок, а представники другої групи можуть бути необхідні для тонкого підлаштування функцій цитоскелету, що добре узгоджується з існуючими на сьогодні гіпотезами «множинних тубулінів» та «тубулінового коду».
Запропонований підхід інтеграції геномних даних про організацію генів β-тубуліну з генотипуванням може бути використаний в селекційних програмах, спрямованих на покращення олійних культур, що використовуються для виробництва сировини у відновлюваній енергетиці. (Ціль сталого розвитку 7. Чиста та відновлювана енергія).
Таким чином, отримані результати демонструють, що не зважаючи на високу консервативність основних функцій тубулінів, у ході еволюції квіткових рослин, а саме Хрестоцвітих, набір їх ізотипових варіантів безперервно змінюється через складне переплетення процесів збільшення кількості цих генів та редукції окремих їх варіантів. Отримані результати також ставлять під сумнів, якою мірою дослідження цитоскелета, проведені на модельних видах, можна екстраполювати на інші рослини, враховуючи складну картину еволюції тубулінів та, у деяких випадках, високу видоспецифічність набору їх генів.
Оновлений погляд на еволюцію та різноманіття тубулінів у Хрестоцвітих демонструє, як ця родина висококонсервативних генів білків цитоскелету може бути використана і як модель для вивчення процесів субфункціоналізації генів у складних поліплоїдних видів, і як джерело високоефективних молекулярних маркерів для аналізу між- та внутрішньовидового різноманіття не лише Хрестоцвітих, а й квіткових рослин у цілому.
Registration Date
2026-08-10
popup.nrat_date
2026-08-10 / 2026-10-21
