Наукова тематика кафедри
- Молекулярна геноміка, організація та еволюція рибосомної ДНК, гібридизація, поліплоїдія та ядерцеве домінування
- Молекулярні маркери, біорізноманіття та філогеографія, видоутворення та молекулярна таксономія
- Молекулярна біологія та біохімія абіотичного стресу та адаптації
Кафедра має світовий пріоритет у дослідженнях організації, диференційної регуляції та молекулярної еволюція генів 5S та 35S рРНК. На прикладі цих генів вивчаються молекулярні механізми міжвидової гібридизації та алополіплоїдизації у рослин, такі як експресія та міжлокусна конверсія батьківських генів та перебудови геному у гібридних форм. Зокрема, співробітниками кафедри було розшифровано первинні нуклеотидні послідовності великого міжгенного спейсеру та запропоновано модель молекулярної еволюції 35S рДНК кількох видів родів Solanum, Nicotiana, Datura та Atropa. Вперше відкрито явище міжлокусної конверсії 35S рДНК батьківських видів в геномі алополіплоїдів. Із використанням гібридів між томатом та картоплею, отриманих шляхом злиття протопластів, досліджено молекулярні механізми ядерцевого домінування. Для ідентифікації сигналів, що визначають диференційну експресію рДНК батьківських видів у міжвидових гібридів та алополіплоїдних форм з використанням методів генної інженерії було створено рекомбінантні конструкти на основі рДНК, які було використано для отримання відповідних трансгенних рослин. Встановлено, що консервативні спейсерні елементи, які присутні в рДНК видів роду Solanum нижче старту транскрипції визначають характер сайленсінгу (відключення) рДНК у гібридів. Цей процес пов'язаний із додатковим метилуванням цитозину у складі 35S рДНК.
У 2007 році розпочато роботи по розробці молекулярних маркерів на основі 5S та 35S рДНК для характеристики поліморфізму генів у популяціях вищих рослин та тварин. Для декількох видів родів Acer (клен) та Quercus (дуб) вдалось відтворити шляхи міграції у післяльодовиковий період у межах Європи. Порівняльний аналіз послідовностей ядерних 5S рДНК дозволив прояснити філогенетичні відносини в межах родів Rosa, Solanum та Quercus. Починаючи з 2010 спільно з Інститутом молекулярної біології та генетики НАН України розпочато дослідження організації рДНК, генетичної мінливості та механізмів стійкості до екстремальних умов існування антарктичного злаку Deschampsiaantarctica та високогірних видів Gentiana. Вперше вивчено організацію та молекулярну еволюцію 5S рДНК у комах, які належать до рядів Lepidoptera (Метелики) та Diptera (Двокрилі), доведено перспективність застосування цієї ділянки для таксономічних досліджень.
На сьогодні із використанням різних типів ядерних, мітохондріальних та хлоропластних молекулярних маркерів ведуться дослідження біорізноманіття рослин і тварин.
Науковці кафедри також займаються вивченням молекулярно-біохімічних механізмів абіотичного стресу у рослин і тварин, зокрема – ідентифікацією, клонуванням та функціональною характеристикою стресових генів та регуляцією стресової відповіді. Протягом 2006-2010 років вивчено зміни у активності антиоксидантних ферментів у рослин за дії різних форм абіотичного стресу, з’ясовано характер експресії на рівні індивідуальних мРНК для членів мультигенних родин, що кодують відповідні ферменти. Детально досліджено ген аскорбат пероксидази 2 (Арх2) арабідопсису, який охарактеризовано як типовий стресовий ген. Для поглибленого розуміння фізіологічної ролі АРХ2 для цього гену отримано та охарактеризовано дві лінії нокаут мутантів. Будова промотора Арх2 досліджена шляхом його клонування та створення серії трансгенних ліній арабідопсису, які несуть сигнальний ген під контролем фрагментів промотору Арх2. Доведено, що експресія Арх2 регулюється на рівні транскрипції та різко зростає за дії теплового та сольового стресу, що пов’язано із зростанням внутрішньоклітинного рівня пероксиду водню, який є необхідним для ефективної стресової відповіді.
У 2009 році розпочато вивчення ролі окремих ізоформ каталази у регуляції окисно-відновного гомеостазу в клітинах рослин в умовах оксидативного стресу, викликаного підвищенням температури або високими концентраціями іонів важких металів. Встановлено, що втрата активності каталази у нокаут мутантів по генах Cat2 та Cat3 може частково компенсуватись зростанням активності інших антиоксидантних ферментів, зокрема – аскорбат та гваякол пероксидаз. Ці процеси регулюються як на транскрипційному, так і посттранскрипційному рівнях.
За останнє десятиліття все більше занепокоєння викликає проблема глобального зникнення медоносних бджіл Apis mellifera, яка призводить до негативних екологічних та економічних наслідків. Однією з причин цього явища, зокрема в Україні, може бути втрата добре адаптованих до локальних природних умов місцевих форм A. mellifera. Оцінка адаптаційного потенціалу аборигенних порід медоносних бджіл набуває особливої актуальності в сучасній ситуації, коли спостерігаються суттєві кліматичні зміни. У 2014 році на кафедрі розпочато дослідження генетичного різноманіття медоносних бджіл з використанням молекулярних маркерів для баркодінгу та з’ясування породної приналежності різних популяцій бджіл в Україні. Проводиться дослідження молекулярно-генетичних механізмів адаптації бджіл до стресових чинників довкілля.
У співробітництві з Буковинським державним медичним університетом з метою оптимізації існуючих методів ранньої діагностики та терапії проводяться роботи по вивченню розповсюдженості в Україні мутацій у генах, що збільшують ризик розвитку гіпертензії, астми та виразки шлунку у людини.
На кафедрі працюють науково-дослідні групи під керівництвом професора Р.А. Волкова - «Структурно-функціональна організація та еволюція геному» та професора І.І. Панчук - «Молекулярно-генетичні та біохімічні механізми абіотичного стресу».
Методи досліджень, які використовуються: спектрофотометрія, електрофорез та хроматографія нуклеїнових кислот та білків, рестриктазне картування, Саузерн, Нозерн- та Вестерн-блоттінг, ПЛР (полімеразна ланцюгова реакція), клонування генів, отримання трансгенних та мутантних рослин, мікроклональне розмноження, комп’ютерний аналіз генетичних текстів.