Настоящий проект направлен на описание клеточных аспектов функционирования апикальной меристемы моноплексного типа у папоротниковидных (Polypodiophyta, Polypodiales) и плауновидных (Lycopodiophyta, Selaginellales) и апикальной меристемы симплексного типа у плауновидных (Lycopodiophyta, Lycopodiales) и биоинформатический поиск гомологов генов, кодирующих транскрипционные факторы - регуляторы органогенеза у представителей подотдела Equisetophytina - хвощовые (или хвощи). Хвощи, которые появились на Земле в Верхнем Девоне, более 350 млн лет назад, представляются перспективной группой растений для изучения регуляции морфогенеза в эволюционном контексте. До начала XXI века за крайне своеобразную морфологию эти растения выделяли в отдел Equisetophyta (хвощевидные), однако молекулярно-генетические данные выявили их близкое родство с папоротниковидными на основании которого хвощи вошли в отдел Polypodiophyta в ранге подотдела. Кроме сходства в нуклеотидных последовательностях, хвощовые имеют и ряд общих морфологических особенностей с папоротниковидными: апикальную меристему моноплексного типа (с единственной апикальной инициалью), предположительное отсутствие механизма формирования вторичных (пост-цитокинетических) плазмодесм. Однако в отличие от крупных, перистораздельных и обладающих длительным верхушечным ростом листьев папоротников, листья современных хвощей мелкие, чешуевидные и не фотосинтезирующие, что рассматривается как результат поэтапной редукции, произошедшей у ископаемых хвощовых (Sphenophyllopsida, или клинолистов).
Одна из задач проекта - постараться выявить какие различия в молекулярно-генетической регуляции могли привести к такой редукции листьев. Основными методами в данном проекте будут методы анатомии растений (световая и трансмиссионная электронная микроскопия) и методы биоинформатики. Биоинформатический поиск гомологов основных меристемспецифичных (KNOX I класса, WOX, CLE) и регулирующих органогенез (HD-Zip III класса, ARP, YABBY, KANADI) генов, а также генов ауксинового ответа (ARF) будет проводится в геномах и транскриптомах плаунообразных с микрофилльными листьями, папоротникообразных с теломными (макрофилльными) листьями и голосеменных с редуцированными теломными листьями, доступных в базах данных NCBI и OneKP с использованием функции blastp (v. 2.2.28; Camacho et al., 2009), tBlastN и программы bwa-mem (Li and Durbin, 2010) и Stampy (Lunter and Goodson, 2011).
У руководителя проекта есть задел руководства подобными исследованиями. В рамках поддержанных РФФИ проектов 17-04-00837А (2017-2019), РФФИ 14-04-01397 (2014-2016) (в обоих Романова М.А. являлась руководителем) были выполнены секвенирование и анализ транскриптомов плауновидного Huperzia selago (Lycopodiales) и Isoetes lacustris (Isoetales), а также визуализирована экспрессия гомологов KNOX I класса и YABBY методом in situ РНК-РНК гибридизации. В транскриптоме плауновидного Huperzia selago (Lycopodiales) впервые для несеменных растений выявлены гомологи генов, кодирующих транскрипционные факторы YABBY. Эти данные стали основой оригинальной гипотезы о вероятной эволюции механизмов регуляции органогенеза и дало понимание необходимости расширения круга объектов, включая в него представителей разных таксонов несеменных растений, различающихся по структурному типу апикальной меристемы и морфологии листьев. Таким образом данный проект продолжает биоинформатический аспект предыдущего исследования применительно к новой таксономической группе несеменных растений - хвощевидным (Equisetales).
Другой задачей проекта будет исследование клеточных аспектов функционирования АМП хвощовых (Polypodiophyta, Equisetales), папоротниковидных (Polypodiophyta, Polypodiales) и плауновидных (Lycopodiophyta, Selaginellales) относящейся к моноплексному (с единственной апикальной инициалью) структурному типу и плауновидных (Lycopodiophyta, Lycopodiales) с АМП симплексного (с несколькими АИ) структурного типа методами световой и трансмиссионной электронной микроскопии. В ходе выполнения этой задачи будет использоваться метод картирования клеточных линий с целью выявить связь неравных периклинальных клеточных делений в последовательных сегментах единственной АИ с дифференцировкой клеток на ультраструктурном уровне и получить новые данные о симпластической (морфология и плотность распределения плазмодесм) структуре АМП моноплексного и симплексного типов. Эти данные помогут дополнить функциональную характеристику АМП моноплексного типа и, в сочетании с биоинформатическим данными о возможной молекулярно-генетической регуляции морфогенеза хвощей, предложить возможные структурные и молекулярно-генетические изменения, которые могли привести к трансформации АМП с единственной АИ в АМП с группой АИ или, напротив, реверсии к моноплексному типу в рамках разработки вопроса об исходном для высших растений типе АМП.
За последние 5 лет по тематике, связанной с заявляемой в НИОКТР у руководителя есть 3 публикации, индексирующиеся в БД Web of Science и Скопус в изданиях, относящихся к 1 квартилю (Q1) и одна публикация, индексируемая в РИНЦ:

Anastasiia I.Maksimova (Evkaikina), Lidija Berke, Marco G. Salgado, Ekaterina A. Klimova, Katharina Pawlowski , Marina A. Romanova and Olga V. Voitsekhovskaja "What can the phylogeny of class I KNOX genes and their expression patterns in land plants tell us about the evolution of shoot development?" Botanical Journal of the Linnean Society, 2021, 195, 254–280. http://doi.org/10.1093/botlinnean/boaa088 Q1 in Ecology Evolution, Behavior and Systematics

Marina A. Romanova, Anastasiia I. Maksimova, Katharina Pawlowski, Olga V. Voitsekhovskaja "YABBY Genes in the Development and Evolution of Land Plants" International Journal of Molecular Sciences 22, 4139(1-23). https://doi.org/10.3390/ijms22084139 Q1 in Ecology Evolution, Behavior and Systematics

Anastasiia I. Evkaikina, Lidija Berke, Marina A. Romanova, Estelle Proux-Wéra, Alexandra N. Ivanova, Catarina Rydin, Katharina Pawlowski, and Olga V. Voitsekhovskaja “The Huperzia selago Shoot Tip Transcriptome Sheds New Light on the Evolution of Leaves” // Genome Biology and Evolutionю 2017 9(9):2444–2460 doi:10.1093/gbe/evx169 Q1 in Biochemistry & Molecular Biology

Evkaikina A. I, Klimova E. A., Tyutereva E. V., Dobryakova K. S., Ivanova A. N., Rydin С., Berke L., Proux-Wera E., Pawlowski K., Romanova M. A., Voitsekhovskaja O. V. Molecular mechanisms of leaf origin in the shoot apical meristem of simplex type in lycophytes and gymnosperms: study of “non-model” objects can shed light on leaf origin in land plants// ТРУДЫ XIV СЪЕЗДА РУССКОГО БОТАНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА И КОНФЕРЕНЦИИ «БОТАНИКА В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ». Махачкала, АЛЕФ,2018. Т. 3 С. 149. ISBN 978-5-00128-023-1

Evkaikina A.I., Klimova E. A., Tyutereva E. V., Dobryakova K. S., Rydin С., Berke L., Proux-Wera E., Pawlowski K., Voitsekhovskaja O. V., Romanova M.A. Deciphering controversial issues of land plant morphological evolution: inferences from a study of cellular and Molecular aspects of the shoot apical meristem functioning in non-model species // PLANT ANATOMY: ТRADITIONS AND PERSPECTIVES. Materials of the International Symposium dedicated to the 90th anniversary of Prof. LUDMILA IVANOVNA LOTOVA In two parts. Part 1. Contributions in English / Ed. by A. C. Timonin, D. D. Sokoloff. – 308 p. Moscow : MAKS Press, 2019. ISBN 978-5-317-06174-6 p. 65-69
По тематике, связанной с темой заявляемой НИОКТР деланы доклады на конференциях:

Романова М.А., Евкайкина А.И., Климова Е.А., Тютерева Е.В., Добрякова К.С., Rydin C., Berke L., Proux-Wera E., Pawlowski K., Войцеховская О.В. Механизм регуляции апикальной меристемы побега растений более консервативен, чем регуляция органогенеза // IX Съезд общества физиологов растений России «Физиология растений – основа создания растений будущего». Казань, 18–24 сентября 2019г https://congresskazan2019.ofr.su/

Евкайкина А.И., Климова Е.А., Тютерева Е.В., Добрякова К.С., Иванова А.Н., Rydin C., Berke L., Proux-Wera E., Pawlowski K., Войцеховская О.В. Эволюция механизмов регуляции апикальной меристемы и заложения листьев у сосудистых растений// IX Съезд общества физиологов растений России «Физиология растений – основа создания растений будущего». Казань, 18–24 сентября 2019г https://congresskazan2019.ofr.su/

Evkaikina A.I., Klimova E. A., Tyutereva E. V., Dobryakova K. S., Rydin С., Berke L., Proux-Wera E., Pawlowski K., Voitsekhovskaja O. V. Deciphering controversial issues of land plant morphological evolution: inferences from a study of cellular and Molecular aspects of the shoot apical meristem functioning in non-model species // Plant anatomy: тraditions and perspectives. International Symposium dedicated to the 90th anniversary of Prof. Ludmila Ivanovna Lotova September 16–22, 2019б Moscow. М.: MAKS Press, 2019. ISBN 978-5-317-06174-6  DOI 10.29003/m664.conf-lotova2019_part1

Voitsekhovskaja O.V., Evkaikina A.I., Berke L., Proux-Wéra E., Ivanova A.N., Rydin C., Pawlowski K.. The Huperzia selago shoot tip transcriptome sheds new light on the evolution of leaves and plasmodesmata. Intercellular communication in development and disease. 10-15 July, 2017, Berlin, Germany. https://meetings.embo.org/event/17-signalling Abstract reference number: 89.