მოლეკულური გენეტიკის ინსტიტუტი

ქართული ვაზის ჯიშებისა და ღვინოების არომატული ნივთიერებების კვლევა (მოლეკულური ასპექტები) (2022 - 2024)

საქართველო - მეღვინეობის აკვანი - ვაზის 500-ზე მეტი ჯიშისა და ვაზის დომესტიკაციის ადრეული მტკიცებულებების ქვეყანას წარმოადგენს. ვაზის ჯიშებისაგან მიღებული პროდუქტების - ღვინის, წვენისა და ძმრის მნიშვნელოვან ხარისხობრივ მახასიათებელს არომატული ნივთიერებები წარმოადგენენ. ცნობილია, რომ ე.წ. მოლეკულური მარკერები დიდ როლს თამაშობენ მევენახეობისა და ენოლოგიური თვალსაზრისით მნიშვნელოვანი, მათ შორის გემოსა და არომატთან ასოცირებული ნიშან-თვისებების მემკვიდრულად გადაცემის სწორად გააზრებაში. წარმოდგენილი კვლევა ვაზისა და ღვინის მრავალფეროვანი ნიმუშების, კომბინირებულად, გაზ-ქრომატოგრაფიისა და გენომური კვლევის მიდგომებით შესწავლის პირველ მასშტაბურ მცდელობას წარმოადგენს, რაც ხაზს უსვამს კვლევის აქტუალურობასა და მნიშვნელობას. კვლევის ფარგლებში დაგეგმილია: 1). ქართულ ვაზის ჯიშებსა და მათ შესაბამის ღვინოებში (როგორც ქვევრის, ისე, ევროპული ტექნოლოგიით დამზადებული) არომატული ნაერთების იდენტიფიცირება გაზ-ქრომატოგრაფიის საშუალებით, რაც ხელს შეუწყობს ქართული ვაზის ჯიშებსა და ღვინოებში არომატული ნივთიერებების შემცველობის ზოგადი პროფილის განსაზღვრას; 2). ქართული ვაზის ჯიშებში ტერპენ-სინთაზების გენების იდენტიფიცირება პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის საშუალებით, პჯრ-პროდუქტების შემდგომი სეკვენირება და სეკვენირების შედეგების შედარებითი გენომიკის მიდგომებით ანალიზი მათში შესაძლო პოლიმორფული და ინდელური უბნების დეტექციისა და ფილოგენეტიკური კავშირების დადგენისათვის. პროექტის ფარგლებში დაგეგმილი კვლევის შედეგები ქართული ვაზის ჯიშებისა და მათი შესაბამისი ღვინოების არომატიკის ბიოქიმიური და გენეტიკური ასპექტების მულტიდისციპლინარულ ანალიზს ჩაუყრის საფუძველს.

ახალი თაობის პლასტიდური დნმ-ის სეკვენირება: ახალი გააზრება ვაზის ფილოგენეტიკასა და ევოლუციაში (2020 - 2023)

გვარი Vitis L. მიეკუთვნება ყვავილოვანი მცენარეების უძველეს ოჯახს (Vitacea). გვარის
წარმოშობის საკითხი ჯერ-ჯერობით დაუდგენელია. სავარაუდოდ, იგი წარმოიქმნა იურული და ცარცული პერიოდების მიჯნაზე და ფართოდ იყო გავრცელებული ამერიკისა და ევრაზიის კონტინენტებზე. გვარი Vitis L. 80-მდე სახეობას აერთიანებს, რომელთა ორი მესამედი ჩრდილოეთ ამერიკაში, ერთ მესამედი კი აღმოსავლეთ აზიაშია გავრცელებული. ჯერ-ჯერობით უცნობი მიზეზებით, ევროპასა და ცენტრალურ აზიაში გვარის მხოლოდ ერთადერთი სახეობა Vitis vinifera L. გვხვდება. კულტურული ვაზის წინაპარს, დაახლოებით 65 მილიონი წლის წინ ჩამოყალიბებული ველური ვაზი Vitis vinifera ქვესახეობა sylvestris-ი წარმოადგენს. ის Vitis L.-ის ერთადერთი აბორიგებული სახეობაა ევრაზიაში. ფიქრობენ, რომ ვაზის დომესტიკაცია, რომლის გეოგრაფიული საწყისებიც ჯერ-ჯერობით უცნობია, მეექვსე ათასწლეულში განხორციელდა. ვაზის დომესტიკაციისა და მეღვინეობის შესაძლო გეოგრაფიულ წერტილად სამხრეთ კავკასია, მათ შორის საქართველო, აღმოსავლეთ ტაურუსი (თურქეთი) და ზაგროსის მთები (ირანი) განიხილება. ამასთან, დომესტიკაციის ცენტრებად განიხილავენ, ასევე, ახლო აღმოსავლეთსა და დასავლეთ ხმელთაშუაზღვისპირეთის რეგიონებს. აღსანიშნავია, რომ საქართველოსა და სამხრეთ კავკასიის
ნეოლითის ხანის არქეოლოგიურ მასალებზე ნაპოვნი უძველესი ორგანული ნაერთების ქიმიური ანალიზის შედეგები, ამ გეოგრაფიულ წერტილებში ვაზისა და ღვინის კულტურის, ჯერ კიდევ 6000-5800 წლებში ანუ 8000 წლის წინ არსებობას ადასტურებს.
წარმოდგენილი პროექტი ფოკუსირებულია სრული პლასტიდური გენომების სეკვენირების გზით შესწავლილ იქნეს ვაზის წარმოშობისა და ევოლუციის მოლეკულური მექანიზმები. პროექტი, გვარ Vitis-ის ახალი თაობის სეკვენირების საშუალებით შესწავლის პირველ, მასშტაბურ მცდელობას წარმოადგენს. პროექტის ძირითად მიზნებს შეადგენს: (1) საქართველოს, ევროპისა და ხმელთაშუა ზღვის აუზის ქვეყნების ველური ვაზის ნიმუშების სრული პლასტიდური გენომების სეკვენირება; (2) გვარ Vitis L.-ის სამი გეოგრაფიული უბნის წარმომადგენლებს შორის (ქართული, ევროპული, ამერიკული და აზიური სახეობები) არსებული იმ გენეტიკური კავშირებისა და მოლეკულური მექანიზმების დადგენა, რომელთაც განაპირობეს გვარის ბუნებრივი ჰაბიტატის სამ ძირითად ცენტრად დაყოფა; (3) შესწავლილი ნიმუშების გენეტიკური კავშირების დადგენა მათში არსებული მუტაციების დეტექტირებისა და შედარების საშუალებით. ფილოგენეტიკური ანალიზი; (4) მიღებული შედეგების საფუძველზე, ქართული ვაზის როლისა და მნიშვნელობის დადგენა კულტურული ვაზის ევოლუციასა და მსოფლიო მევენახეობის ისტორიაში.

საქართველოს ენდემური ხორბლები: სრული ქლოროპლასტური დნმ-ის სეკვენსი და ფილოგენეზი (2019 - 2023)

ქლოროპლასტური გენომის სრული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის ანალიზი ნათელს ჰფენს პოლიპლოიდური ხორბლების წარმოშობას დევოლუციას. ტრადიციულად, ბირთვსგარე დნმ, როგორიცაა ქლოროპლასტური დნმ, განიხილება როგორც ეფექტური საშუალება გენეალოგიურ კვლევაში. ქლოროპლასტური დნმ-ის სეკვენირების ახალი მეთოდია შემუშავებული ჩვენს ლაბორატორიაში. ეს მეთოდი საშუალებას იძლევა, რომ ერთდროულად დავასეკვენიროთ დიდი რაოდენობის ნიმუშების ქლოროპლასტური დნმ ქლოროპლასტის წინასწარი გამოყოფისა და გამდიდრების გარეშე. ეს ტექნოლოგიაა გამოყენებულია Triticum - ისა და Aegilops - ის სახეობების G და D და პლაზმონების ანალიზში, რამაც საშუალება მოგვცა, რომ G და D პლაზმონების წარმოშობაზე და ევოლუციაზე წარმოდგენა დაგვეხვეწა. მოცემული კვლევის მიზანია ქართული ენდემური ხორბლების B პლაზმონის გენეტიკური მრავალფეროვნებისა და როლის შესწავლა ხორბლის ევოლუციაში. კვლევის შედეგად მიღებული შედეგები შეიძლება გამოყენებულ იქნეს ხორბლის ახალი ჯიშების მიღებაში. ქართული ენდემური ხორბლები შესაძლებელია გახდეს გენეტიკური რეზერვუარი ხორბლების სელექციისა და მრავალფეროვნების გაუმჯობესებისთვის.

საქართველოში გავრცელებული Halyomorpha halys ჰაპლოტიპების იდენტიფიცირება მიტოქონდრიული დნმ-ის სრული თანმიმდევრობის საფუძველზე, მასთან ბრძოლის სწორი მეთოდის შემუშავების მიზნით (2018 - 2021)

პროექტის მიზანია პირველად საქართველოში მოხდეს სამეურნეო და ეკონომიკური სექტორისთვის უდიდესი ზარალის მომტანი ინვაზიური მავნებელი მწერის Halyomorpha halys-ს გენეტიკური მრავალფეროვნების დადგენა მიტოქონდრიული დნმ-ის ანალიზით, მასთან ბრძოლის სწორი და ეფექტური მეთოდის შემუშავების მიზნით. ტრადიციულად, ბირთვსგარე დნმ, როგორიცაა მიტოქონდრიული დნმ, განიხილება როგორც ეფექტური საშუალება გენეალოგიურ კვლევში. მიტოქონდრიული დნმ-ის სეკვენირების ახალი მეთოდი შემუშავებულია ჩვენს ლაბორატორიაში. ეს მეთოდი საშუალებას იძლევა, რომ ერთდროულად დავასეკვენიროთ დიდი რაოდენობის ნიმუშების მიტოქონდრიული დნმ. მიტოქონდრიული დნმ-ის მოლეკულაში დეტექტირებული მუტაციების საფუძველზე დადგენილ იქნება საქართველოში გავრცელებული Halyomorpha halys-ის გენეტიკური მრავალფეროვნება, რაც საფუძვლად დაედება მასთან ბრძოლის სწორი მეთოდების შემუშავებას. მიტოქონდრიული დნმ-ის კვლევის შედეგად დახასიათებული და იდენტიფიცირებული მწერის ფილოგენეტიკური სურათი მოგვცემს საშუალებას გაკეთდეს დასკვნა, თუ რომელ ჰაპლოტიპს მიეკუთვნება საქართველოში გავრცელებული H. halys და რომელი ქვეყნიდან მოხდა მისი საქართველოში გავრცელება, ეს კი საშუალებას მისცემს მეცნიერებს შემდგომში სწორად შეარჩიონ მასთან ბრძოლის საშუალებები.

ქართული ვაზი მისი როლი და მნიშვნელობა მსოფლიო მევენახეობის ისტორიაში (მოლეკულური კვლევა) (2016 - 2018)

ვაზის (Vitis L.) წარმოშობის პროცესის შესწავლა  კულტურული მცენარეების ევოლუციის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო და მნიშვნელოვანი საკითხია. გვარ Vitis-ის ბუნებრივი ჰაბიტატი ძირითადად მოიცავს სამ გეოგრაფიულ  რეგიონს: ევროპას, ცენტრალურ და აღმოსავლეთ აზიას და ჩრდილოეთ და ცენტრალურ ამერიკას.  Vitis-ის გვარის ბუნებაში არსებული 60-მდე ურთიერთშეჯვარებადი სახეობის ორი მესამედი თავმოყრილია ჩრდილოეთ და ცენტრალურ ამერიკაში, ერთი მესამედი კი აღმოსავლეთ აზიაში. Vitis vinifera L., - ვაზის საღვინე და სასუფრე ჯიშების ძირითადი წყარო და კომერციულად  ვაზის ყველაზე მნიშვნელოვანი სახეობა,  დღემდე გაურკვეველი მიზეზების გამო  ევროპასა და  ცენტრალურ აზიაში  გავრცელებული გვარ Vitis-ის ერთადერთ სახეობაა.  პროექტი მიზნად ისახავდა პლასტიდური დნმ-ის სრული თანამიმდევრობების შესწავლაზე დაფუძნებულ კვლევას, სადაც ვაზის ზოგიერთ ქართულ ნიმუშთან ერთად, პარალელურად, რიგი ამერიკული და აზიური სახეობებიც იყო ჩართული. პროექტის ფარგლებში ჩატარებული კვლევის  შედეგად ნაჩვენებია ქლოროპლასტური გენომის აგებულების რიგი თავისებურებები, რომლებიც, მეტად ინფორმატულია გვარ Vitis-ის ფილოგენეტიკური  და ფოლოგეოგრაფიული დახასიათებისათვის. 

საქართველოს სხვადასხვა რეგიონებიდან გამოყოფილი ენტომოპათოგენური სოკოს ბოვერიას იზოლატების გენოტიპირება (2014 - 2015)

Beauveria spp. წარმოადგენს სოფლის მეურნეობაში ერთ–ერთ ყველაზე ფართოდ გამოყენებად ენტომოპათოგენურ სოკოს,მსოფლიოში მიმდინარეობს ინტენსიური კვლევები  ბოვერიას ვირულენტური შტამების  გამოვლენა  შესწავლისათვის ბოვერიას შტამების თანამედროვე  მოლეკულური მეთოდებით დახასიათება წარმოადგენდა  მთავარ წინაპირობას ახალი პრეპარატების შემუშავებაში. შექმნილი ბიოლოგიური პრეპარატები ფართოდ გამოიყენება სოფლის მეურნეობაში, – “Organic food Production. პირველად საქართველოსი შესწავლილ იქნა  სოკოს რიბოსომული რნმ–ის გენური კლასტერის  ITS-ს  უბანი, ელონგაციის ფაქტორი- EF1-α- რეგიონი, ინტერგენური Bloc რეგიონი, ქართულ შტამებში იდენტიფიცირდა  იშვიათი ქვესახეობა: Beauveria pseudobassiana.

ვაზის გენეტიკური მრავალფეროვნების დადგენა ერთეული ნუკლეოტიდური პოლიმორფიზმის შესწავლისა და ასლთა რიცხვის ვარიაბელობის საფუძველზე (2013 - 2015)

ვაზის (Vitis L.) წარმოშობის საკითხი კულტურული მცენარეების ევოლუციის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო და მნიშვნელოვანი პრობლემაა. Vitis L. მიეკუთვნება ყვავილოვანი მცენარეების უძველეს ოჯახს (Vitacea). ეს ოჯახი წარმოიქმნა იურული და ცარცული პერიოდების მიჯნაზე და ამჟამად ფართოდ არის გავრცელებული ამერიკისა და ევრაზიის კონტინენტებზე. გვარ Vitis L-ის ბუნებრივი ჰაბიტატი გახლეჩილია – ის განაწილებულია სამ გეოგრაფიულ ცენტრში: აღმოსავლეთი აზია, ჩრდილოეთი და ცენტრალური ამერიკა, ევროპა და ცენტრალური აზია. Vitis. L-ის გვარის 60-მდე ურთიერთშეჯვარებადი სახეობების ორი მესამედი თავმოყრილია ჩრდილოეთ და ცენტრალურ ამერიკაში, ხოლო ერთი მესამედი – აღმოსავლეთ აზიაში. დღემდე გაურკვეველი მიზეზების გამო Vitis vinifera L. ევროპა - ცენტრალურ აზიაში გვარ Vitis L-ის ერთადერთ სახეობას წარმოადგენს. უკანასკნელი ორი ათეული წლის მანძილზე შექმნილია ცოცხალი ორგანიზმების დნმ-ის შესწავლის ახალი ტექნოლოგიები, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება მცენარეთა და ცხოველთა ევოლუციის პროცესების შესასწავლად. დნმ-ის პოლიმორფიზმის დადგენის ეფექტურ მეთოდებს შორისაა ერთეული ნუკლეოტიდური პოლიმორფიზმისა (SNP) და ასლთა რიცხვის ვარიაბელობის (CNV) დადგენის მეთოდები. წინამდებარე პროექტის ძირითადი მიზანია გვარ Vitis -ის ფილოგეოგრაფიული ანალიზი, რომელიც დაფუძნებულია დნმ-ის თანმიმდევრობების შესწავლაზე და Vitis-ის სახეობებს შორის (ევრაზია, ამერიკული და აღმოსავლეთ აზიის) SNP-სა და CNV-ს გამოვლენის საფუძველზე გვარის ევოლუციის პროცესის გარკვევა. შესრულებული გამოკვლევები საშუალებას მოგვცემს პასუხი გაეცეს ვაზის ევოლუციისა და თანამედროვე სახეობების წარმოქმნის პრობლემას. გვარი Vitis-ის ევოლუციის დეტალური ცოდნა მოგვცემს შესაძლებლობას გამოვავლინოთ ვაზის პოპულაციები, რომლებიც კულტურული ფორმების საფუძველს წარმოადგენდნენ. ჩრდილოეთ ამერიკის სახეობების ვაზის ჯიშები ევრაზიული ვაზისგან მნიშვნელოვნად განსხვავდებიან როგორც მწერების, ასევე დაავადებების მიმართ მდგრადობით. ამის გამო ვაზის ევოლუციის შესწავლა საინტერესოა არა მარტო ისტორიის თვალსაზრისით, არამედ იმითაც, რომ უძველესი ველური პოპულაციების იდენტიფიკაცია დაგვეხმარება ვაზის კულტურული ჯიშების სელექციასა და მისი თვისებების გაუმჯობესებაში.

ქართული ენდემური ხორბლებისა და მათი წინამორბედების გენეტიკური მრავალფეროვნების შესწავლა (2013 - 2015)

ჰექსაპლოიდური ხორბალი (Triticum aestivum L., გენომი AABBDD) წარმოიშვა სამხრეთ კავკასიაში კულტურული ხორბალი ემერისა (T. dicoccum  (გენომი AABB))  ალოპოლიპლოიდიზაციით კავკასიურ  Ae. Tauschii  ssp strangulata-სთან (გენომი DD). Ae. tauschii-ს გენეტიკური მრავალფეროვნება არის მნიშვნელოვანი ბუნებრივი რესურსი. განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია იმის გარკვევა, თუ როგორ მოხდა ამ მრავალფეროვნების ფორმირება Ae. tauschii-ს ევოლუციის პერიოდში და როგორ არის ის წარმოდგენილი სახეობის ფარგლებში. D გენომი ასევე ნაპოვნია ტეტრაპლოიდ Ae. cylindrica Host-ში (2n = 28, CCDD). პლაზმონის მრავალფეროვნება, რომელიც არსებობს Triticum-ისა და Aegilops-ის სახეობებში, ძალიან მნიშვნელოვანია ამ გვარის ევოლუციის გარკვევისათვის. მოცემულ კვლევაში წარმოდგენილია D პლაზმონის მქონე 9 Ae. tauschii-სა და 2 Ae. cylindrica-ს სრული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა (ქლოროპლასტური დნმ). 29 SNP არის დამახასიათებელი ორივე, Ae. tauschii-ს TauL1 და TauL2 ნიმუშებისთვის TauL3-თან მიმართებაში. ოთხი SNP არის აღწერილი TauL2 გენეტიკური ხაზისთვის. ყველაზე გრძელი, 27 ფწ ინდელი ლოკალიზებულია Rps15-ndhF გენთაშორის უბანში.ეს ინდელი შეიძლება გამოყენებულ იქნეს Ae. tauschii-ს ნიმუშებს შორისTauL3 გენეტიკური ხაზის მარტივი იდენტიფიცირებისთვის. Ae. cylindrica-სთვის დამახასიათებელი 7 სნიპი იქნა აღწერილი. ფილოგენეტიკური ხე გვიჩვენებს, რომ TauL1 და TauL2 ფორმების ქლოროპლასტური დნმ გამოეყო TauL3 გენეტიკურ ხაზს. TauL1 ფორმა უფრო ძველია, ვიდრე TauL2 ფორმა. ფილოგენეტიკურ ხეზე, რომელიც აგებულია ქლოროპლასტური დნმ-ის მიხედვით, Ae. cylindrica-ს ნიმუშების პოზიცია არის შუალედურიTauL1 და TauL2 ფორმებს შორის. Ae. tauschii-სა და Ae. cylindrica-ს ქლოროპლასტური დნმ-ის სრული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა საშუალებას იძლევა, რომ დაიხვეწოს წარმოდგენა Aegilops-ის გვარის D პლაზმონის ევოლუციაზე.

ქართული ვაზის ჯიშების არომატული ნივთიერებების ბიოსინთეზში მონაწილე გენების შესწავლა (2013 - 2014)

საქართველო ვაზის 500–ზე მეტი ჯიშისა და  ვაზის მოშინაურების ყველაზე ადრეული მტკიცებულებების მქონე ქვეყანაა. არქეოლოგიური მასალის ქიმიურმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ღვინის წარმოება ამ რეგიონში, მეექვსე ათასწლეულში იღებს სათავეს.  ღვინისა და ყურძნისაგან წარმოებული სხვა პროდუქტების ხარისხობრივ მახასიათებლებს მნიშვნელოვანწილად განაპირობებენ არომატულ ნივთიერებები. ვაზის ევროპული ჯიშებისაგან განსხვავებით, ქართული ჯიშები თითქმის შეუსწავლელია არომატული ნივთიერებებისა და ზოგადად, მეორადი მეტაბოლიტების შემცველობის თვალსაზრისით. პროექტის მიზანს წარმოადგენს ქართული ვაზის ჯიშების მიერ წარმოებული არომატული ნივთიერებების დახასიეთება (GC-MS ანალიზი) და არომატული ნივთიერებების ბიოსინთეზში მონაწილე გენების დახასიათების ინიცირება საფუვრის სამოდელო სისტემის გამოყენებით. პროექტი ქართული ვაზის ჯიშების არომატული ნივთიერებების ბიოსინთეზში მონაწილე გენების კვლევის თანამედროვე მიდგომების გამოყენებით შესწავლის პირველ მცდელობას წარმოადგენს.