Наукова робота
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»; професора І.І. Панчук - «Молекулярно-генетичні та біохімічні механізми абіотичного стресу»
- ПЛР-ампліфікатори –T100 Thermo Cycler, CFX 96 (Bio Rad) та інші
- Спектрофлуориметр, спектрофотометри (СФ-46, NanoDrop) та фотоелектричні колориметри (Eppendorf, КФК)
- Центрифуги та мікроцентрифуги (Heraeus, Eppendorf та ін.)
- Апарати для гель електрофорезу та ізоелектрофокусування білків та нуклеїнових кислот
- Система для фотографування гелів та аналізу електрофореграм GelDoc 2000 (BioRad).
- Мікроскопи та мікротоми
- Ламінар-бокси
- Мікробіологічні качалки, інкубатори, термостати
- Прилад для електропорації
- Холодильні камери та камера глибокого заморожування (-70°С).
- Кліматичні камери для культивації рослин
- Комп'ютери
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.
Виконання наукових грантів та проектів
Кафедральні наукові теми
- «Генетичне різноманіття та адаптація еукаріотичних організмів» (2016-2020)
- «Структурно-функціональна організація геному та механізми адаптації у еукаріот» (2021-2025)
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).
- 5S рибосомальна ДНК: молекулярна організація та еволюція за зміни умов довкілля (01.01.2018-31.12.2020)
- Генетичний поліморфізм, розповсюдженість та адаптаційні здатності українських порід медоносної бджоли (01.01.2020-31.12.2022)
- Баркодінг та оцінка генетичної мінливості рідкісних видів флори України (01.01.2021-31.12.2023)
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»
- «Дослідження адаптаційного потенціалу медоносних бджіл за дії магнійвмісного препарату»
- «Виживаність інструментально запліднених бджолиних маток верстатами різних систем з відпрацюванням методик інструментального осіменіння»
- «Походження та розповсюдження Української степової породи медоносних бджіл на території України».
Наукові партнери:
- The Center for Plant Molecular Biology (ZMBP), Tübingen (Germany)
- The Institute of Biophysics, Brno (Czech Republic)
- The Institute of Zoology Karl-Franzens-University, Graz (Austria)
- The Huaiyin Normal University, Huaian (China)
- The Max Planck Institute for Chemical Ecology, Jena (Germany)
- The University of Presov, Presov (Slovakia)
- The University of Life Sciences, Lublin (Poland)
- Palacky University, Olomouc (Czech Republic)
- The International Bee Research Association – COLOSS, Bern, (Switzerland)
- Інститутом молекулярної біології та генетики НАН України, м. Київ,
- Інститут харчової біотехнології і геноміки НАН України, м. Київ,
- Інститут зоології НАН України, м. Київ,
- Інститутом 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).
Підготовка дисертацій
- Давидюк Ю.М. Мінливість рДНК рослин та її застосування в якості молекулярного маркера. – Дис. … канд. біол. наук за спеціальністю 03.00.04 – біохімія. - Чернівці, 2006.
- Череватов О.В. 5S рибосомна ДНК лускокрилих (Lepidoptera): молекулярна організація, еволюція, застосування у таксономії. – Дис. … канд. біол. наук за спеціальністю 03.00.22 – молекулярна генетика. - Київ, 2011
- Тимочко Л.І. Діапріїди (Hymenoptera, Proctotrupoidea, Diapriidae) Українських Карпат . – Дис. … канд. біол. наук за спеціальністю 03.00.24 – ентомологія. 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. – Дис. … канд. біол. наук за спеціальністю 03.00.04 – біохімія. - Чернівці, 2011
- Тинкевич Ю.О. Поліморфізм рибосомальної ДНК у видів роду Rosa L. – Дис. … канд. біол. наук за спеціальністю 03.00.22 – молекулярна генетика. - Київ, 2014
- Діденко Н.О. Стан антиоксидантної системи дефіцитних по каталазі мутантів Arabidopsis thaliana в умовах сольового стресу. – Дис. … канд. біол. наук за спеціальністю 03.00.04 – біохімія. - Чернівці, 2016
- Панчук І.І ЗакономірностІ експресії генів антиоксидантної системи та білків-шаперонів рослин в онтогенезі та за дії стресу. – Дис. … докт. біол. наук за спеціальністю 03.00.22 – молекулярна генетика - Київ, 2015).
- Іщенко О.О. Молекулярна організація та таксономічне застосування 5S рибосомної ДНК представників триби Poeae (родина Poaceae) : дисертація на здобуття ступеня доктора філософії (PhD): 091 Біологія. Чернівці, 2021)
Стажування співробітників кафедри у закордонних наукових установах
2008: проф. Р.А. Волков, 6 тижнів, університети м. Кіль та Тюбінґен, Німеччина (стипендія Alexander von Humboldt Foundation)
2009: доц. І.І. Панчук, 3 місяці, університет м. Тюбінґен, Німеччина (стипендія SFB)
2010: проф. Р.А.Волков, 6 тижнів, унверситети м.Берлін та Тюбінген, Німеччина та м.Берн, Швейцарія (стипендія Alexander von Humboldt Foundation);
доц. І.І.Панчук, 3 місяці, університет м. Тюбінґен, Німеччина та м.Берн, Швейцарія (стипендія DAAD);
асп. І.М.Доліба, 2 місяці, університет м. Тюбінґен, Німеччина (стипендія SFB)
2011: проф. Р.А.Волков, 6 тижнів, унверситети м.Вюрцбург та Тюбінґен, Німеччина (стипендія Alexander von Humboldt Foundation):
2013: проф. Р.А.Волков, 6 тижнів, унверситети м.Гамбург та Тюбінген, Німеччина (стипендія Alexander von Humboldt Foundation)
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».
2017: проф. Р.А.Волков, 2 тижні, Інститут зоології Грацького університету м.Грац (Австрія) в рамках міжнародного проекту “Study of honey bee colony losses in Ukraine and Austria: Joint analysis of the data and risk factors, informational support of beekeepers”;
2018: проф.Р.А.Волков, к.б.н. Л.І.Тимочко, 2 тижні Інститут зоології Грацького університету м.Грац (Австрія) в рамках міжнародного проекту “Study of honey bee colony losses in Ukraine and Austria: Joint analysis of the data and risk factors, informational support of beekeepers”;
кандидати біол.наук. Г.Г.Савчук, Л.С.Язловицька , Л.І.Тимочко, 2 тижні, Люблінський університет Природничих наук м. Люблін (Польща), в рамках міжнародного проекту про співробітництво
2019: проф. Р.А. Волков, проф. І.І.Панчук, 3.5 тижні, Школа наук про життя Хуаяньського Нормального Університету, м.Хуаян (Китай),
доц. Л.С.Язловицька 1 тиждень, Оломоуцький університет ім.Ф.Палацького м.Оломоуц (Чехія)
Студентська наукова робота
При кожній робочій групі працює студентський науковий гурток. У 2010-2020 роках студентами кафедри було оприлюднено 237 наукових публікацій в українських фахових журналах та у матеріалах наукових конференцій.
