Наукова робота

Наукова тематика кафедри – дослідження молекулярних механізмів еволюції та стійкості до стресу в еукаріотичних організмів.

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 побудовано модель молекулярної еволюції 35S рДНК декількох видів родів Solanum, Nicotiana, Petunia, 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 роду Acer(клен) вдалось відтворити шляхи міграції декількох видів у післяльодовиковий період у межах Європи. Вперше вивчено організацію та молекулярну еволюцію 5S рДНК у представників ряду Lepidoptera (метелики) та доведено перспективність застосування цієї ділянки для таксономічних досліджень. Починаючи з 2010 спільно з Інститутом молекулярної біології та генетики НАН України розпочато дослідження генетичної мінливості рослини Deschampsia antarctica у Антарктиді. Проводяться дослідження особливостей молекулярної еволюції 5S рДНК у видів роду Rosa, які мають перманентну непарну поліплоїдію.

Науковці кафедри займаються вивченням молекулярно-біохімічних механізмів абіотичного стресу у рослин, 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 постранскрипційному рівнях.

Останнім часом, в результаті комбінованої дії ряду негативних факторів (пестицидів, інсектицидів, зараження бджіл кліщами, бактеріями, грибками та вірусами), спостерігається масова загибель бджіл, яка в окремих країнах набула катастрофічних масштабів, призводячи до вкрай негативних  наслідків не тільки для екосистеми планети, але і для продовольчої та економічної безпеки країн. Найпоширеніша на сьогодні гіпотеза масової гибелі бджіл – застосування нового покоління пестицидів, які в свою чергу викликають оксидативний стрес, імунодефіцит, що призводить до зміни природної поведінки комах. В ході еволюційного розвитку бджіл оксидативний стрес та молекулярні механізми його регулювання є важливою складовою збереження гомеостазу як на рівні  окремої особини, так і для колонії бджіл в цілому. У 2013 році розпочато дослідження окремих ферментів антиоксидантної системи медоносних бджіл Apis mellifera, зокрема каталази, глутатіон-S-трансферази, пероксидази, клітинний склад гемолімфи.  Вивчається структура та поліморфізм рибосомних генів та можливість використання цих ділянок в якості молекулярних маркерів для паспортизації та з’ясування породної приналежності різних популяцій бджіл. Проводиться дослідження щодо встановлення ступеня метизації місцевих популяцій бджіл за екстер’єрними ознаками.

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»; доцентів І.І. Панчук, Л.С. Язловицької - «Молекулярно-генетичні та біохімічні механізми абіотичного стресу» доцента В.Ф.Череватова "Теоретичні та прикладні аспекти бджільництва"

Методи досліджень  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.


Наукове обладнання 


 - ПЛР-ампліфікатори 
- Апарати для гель електрофорезу та ізоелектрофокусування білків та нуклеїнових кислот
- Система для фотографування гелів та аналізу електрофореграм GelDoc 2000 (BioRad).
- Спектрофотометри (СФ-46) та фотоелектричні колориметри (Eppendorf, КФК).
- Центрифуги та мікроцентрифуги (Heraeus, Eppendorf та ін.)
- Мікроскопи та мікротоми
- Ламінар-бокси 
- Мікробіологічні качалки та інкубатори
- Прилад для електропорації 
- Холодильні камери та камера глибокого заморожування (-70°С). 
- Комп'ютери 
- Термостати автоматичні 
- Ваги електронні (Axis). 
- Кліматичні камери для культивації рослин

 Виконання наукових грантів та проектів

Кафедральна наукова тема 

  •  «Молекулярні основи генетичної мінливості вищих еукаріот»

Держбюджетні теми 

  •  «Молекулярна фізіологія абіотичного стресу у рослин: захисна та регуляторна роль антиоксидантної системи» (01.01.2006-31.12.2008);
  •  «Ідентифікація генів та білків, залучених у відповіді рослин на стрес, викликаний важкими металами» (01.01.2009-31.12.2011);
  •  «Поліморфізм стресових генів та молекулярно-біохімічні механізми клітинного захисту у рослин» (01.01.2012-31.12.2014).
  • Молекулярно-генетичні та біохімічні механізми клітинної відповіді на абіотичний стрес: регуляторна роль АФК, антиоксидантів та вуглеводів
  • (01.01.2015-31.12.2017).

Теми за підтримки Державного фонду фундаментальних досліджень (ДФФД)

  •  «Диференційна регуляція та молекулярна еволюція генів рРНК: функціональна роль повторюваних спейсерних елементів» (01.06.2007-31.12.2007);
  •  «Моделювання експресії генів рРНК за допомогою штучних конструктів» (01.01.2008-31.12.2010).

Крім того, співробітники кафедри приймають участі у виконанні інших наукових грантів, міжнародних проектів та господарських наукових тем:

  •  «Підтримка розвитку Національної екологічної мережі України у рамках формування Панєвропейської екологічної мережі. Задум та втілення у пілотній зоні» за фінансової підтримки Міжнародної Спілки охорони природи ( IUCN ) та Міністерства екології та природних ресурсів України
  •  «Паспортизація субпопуляцій і розроблення плану розселення зубра в Україні на основі оцінки сучасного стану, кормової бази та оптимальної чисельності субпопуляцій; розроблення та впровадження заходів щодо його збереження, в тому числі інформаційно-просвітницьких» за фінансової підтримки  Міністерства екології та природних ресурсів України.
  •  «Теоретичні й практичні аспекти формування угруповань тварин та оцінка стану їх популяцій в умовах Північної Буковини і суміжних територій»
  • Дослідження смертності медоносних бджіл в Україні й Австрії: спільний аналіз даних і факторів ризику, інформаційна підтримка бджолярів 

Міжнародне співробітництво 

Наукові дослідження проводяться у співробітництві з:

  • Центром молекулярної біології рослин (Zentrum Molekularbiologie der Pflanzen) університету (м. Тюбінген, Німеччина);
  •  Інститутом хімічної екології Макса Планка м. Єна (Німеччина),
  • Університетом м.Пряшов (Словаччина),

  • Природничим університетом м. Люблін (Польща),

  • Інститутом молекулярної біології та генетики НАН України (м. Київ),

  •  Інституту садівництва НААН України (м. Київ).

Викладачі та співробітники кафедри регулярно підвищують свій кваліфікаційний рівень у Центрі молекулярної біології рослин університету м. Тюбінген та у Вільному університеті м. Берлін (Німеччина) завдяки отриманню стипендій від німецької служби академічного обміну (DAAD) та Фонду Олександра фон Гумбольта (AvH). На загал шестеро співробітників кафедри пройшли стажування у наукових установах Німеччини та Австрії.

Українські партнери
Вивчення мінливості 35S рДНК рослин проводяться спільно з науковцями

  • Відділу генетики клітинних популяцій Інституту молекулярної біології і генетики НАН України (м. Київ)
  • Кафедри загальної та молекулярної генетики Київського національного університету ім. Тараса Шевченка (м. Київ),
  •  Інституту садівництва НААН України (м. Київ).

Підготовка кандидатських дисертацій 
Давидюк Ю.М. «Мінливість рДНК рослин та її застосування в якості молекулярного маркера» (Захист роботи: Чернівці, 2006)
Череватов О.В. «5S рибосомна ДНК лускокрилих (Lepidoptera): молекулярна організація, еволюція, застосування у таксономії» (Захист роботи: Київ, 2011) 
Тимочко Л.І. «Діапріїди (Hymenoptera, Proctotrupoidea, Diapriidae) Українських Карпат» (Захист роботи: Київ, 2011) 
Буздуга І.М. (Доліба І.М.) «Стан антиоксидантної системи у мутантів Arabidopsis thaliana L. з порушеною експресією каталази та пероксидази за дії абіотичного стресу» (Захист роботи: Чернівці, 2011) 
Тинкевич Ю.О. «Поліморфізм рибосомальної ДНК у видів роду Rosa L.» (Захист роботи: Київ, 2014)

Діденко Н.О. «Стан антиоксидантної системи дефіцитних по каталазі мутантів Arabidopsis thaliana в умовах сольового стресу» (Захист роботи: Чернівці, 2016)

Панчук І.І. захист докторскої дисертації за спеціальністю 03.00.22 - молекулярна генетика  на тему: "ЗакономірностІ експресії генів антиоксидантної системи та білків-шаперонів рослин в онтогенезі та за дії стресу" (Захист роботи: Київ, 2015).

Науково-дослідна робота співробітників кафедри за кордоном

2008: проф. Р.А.Волков, 6 тижнів, унверситети м.Кіль та Тюбінген, Німеччина (стипендія Alexander von Humboldt Foundatiopn)

2009: доц. І.І.Панчук, 3 місяці, університет  м. Тюбінген, Німеччина (стипендія SFB)

2010: проф. Р.А.Волков, 6 тижнів, унверситети м.Берлін та Тюбінген, Німеччина та м.Берн,  Швейцарія (стипендія Alexander von Humboldt Foundatiopn);

доц. І.І.Панчук, 3 місяці, університет  м. Тюбінген, Німеччина та м.Берн, Швейцарія (стипендія DAAD);

асп. І.М.Доліба, 2 місяці, університет  м. Тюбінген, Німеччина (стипендія SFB)

2011: проф. Р.А.Волков, 6 тижнів, унверситети м.Вюрцбург та Тюбінген, Німеччина (стипендія Alexander von Humboldt Foundatiopn):

 2013: проф. Р.А.Волков, 6 тижнів, унверситети м.Гамбург та Тюбінген, Німеччина (стипендія Alexander von Humboldt Foundatiopn)

асп. Ю.О.Тинкевич, 2 місяці, університет  м. Тюбінген, Німеччина (стипендія DAAD)

2015: проф Р.А.Волков, д.б.н. І.І.Панчук, 3 тижні, університеті м. Пряшев (Словаччина) в рамках міжнародного проекту «Acceleration of development of human resources in science and research, innovation and quality improvement of the educational process». 

Студентська наукова робота
При кожній робочій групі працює студентський науковий гурток. У 2010-2016 роках студентами кафедри було оприлюднено 114 наукових публікацій в українських фахових журналах та у матеріалах наукових конференцій.