КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 19-14-00320
НазваниеСовременная система морских и пресноводных диатомовых водорослей (Achnanthales, Naviculales): синтез морфологических и молекулярных данных
РуководительКуликовский Максим Сергеевич, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук, г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2022 г. - 2023 г. |
Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (35).
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-102 - Ботаника
Ключевые словаДиатомовые водоросли, система, морфология, филогения, молекулярно-генетический анализ, биотехнологии
Код ГРНТИ34.29.00
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект продолжает работу по анализу современного состояния систематики двух крупнейших порядков диатомовых водорослей – это ахнантоидные (моношовные) и навикулоидные диатомовые водоросли (Achnanthales и Naviculales). Использование современных методов исследований, в первую очередь молекулярных подходов, во многом меняет наше представление о разнообразии, эволюции, использованию морфологических признаков в систематике организмов и возможности их практического использования. Молекулярные методы прочно вошли в работу всех ботаников и зоологов, очевидно, что невозможно их не использовать в современных условиях. Доступность этих методов уже позволяет их применять повсеместно. Но, при этом имеется важное «но», оно связано с изучением одноклеточных водорослей. Это «но» связано с доступностью культур одноклеточных водорослей, которое мало научных групп могут обойти в своей работе. Наша научная группа одна из тех, кто решил эту проблему длительными экспедициями в разные регионы нашей страны и мира и созданием крупнейшей коллекции культур с примерно 7000 штаммами водорослей из разных таксономических групп. Диатомовых насчитывается несколько тысяч, что позволяет проводить нам исследования по современному изучению столь уникальной группы организмов. За прошедшие три года проекта по изучению систематики и таксономии моношовных и навикулоидных диатомовых водорослей был накоплен значительный материал, большая часть которого была опубликована в более чем тридцати статьях в ведущих международных изданиях, преимущественно из первого и второго квартиля. Было описано четыре новых для науки рода диатомовых водорослей и более 30 новых видов, предложены таксономические комбинации. Полученный материал позволил нам значительно продвинуться в понимании филогении и систематики диатомовых водорослей, выявить новые морфологические особенности в разных группах и решить несколько таксономических проблем, которые не могли быть понятны на морфологическом уровне, без применения молекулярных подходов. Была показана искусственность крупных моношовных родов, таких как Platessa Lange-Bertalot, Achnanthidium Kutzing, навикулоидных Diploneis (Ehrenberg) P.T. Cleve и других. Были получены первые в мире молекулярные данные для родов Nupela и Brachysira, многих видов диатомовых водорослей. Были значительно расширены данные о составе многих семейств диатомовых водорослей при изучении их морских и пресноводных представителей, включая Pinnulariaceae D.G. Mann, Achnanthidiaceae D.G. Mann, Stauroneidaceae D.G. Mann, Brachysiraceae D.G. Mann и многих других. Всесторонне обсуждалось значение шва, его факультативность. Мы акцентировали внимание на значении стернума в систематике пеннатных диатомовых водорослей. Подробно рассматривалось строение шва, его дистальных и центральных концов у моношовных диатомовых водорослей. Большое значение нами придавалось морфологии и значению в систематике порового аппарата. Использование молекулярных методов позволило показать значимость этого признака среди моношовных диатомовых водорослей, но в тоже время перед нами были поставлены новые задачи. Эти задачи возникли при получении новых данных в ходе выполнения проекта. Таким образом, этот проект, его продление является логичным продолжением предыдущего гранта, который позволил получить много новых данных и продолжить создавать фактологическую базу для наших исследований. Нами продолжалось выделение культур диатомовых водорослей из разных регионов России и других стран. Продолжалось документирование диатомовых водорослей из культур и природных проб с использованием световой и сканирующей, трансмиссионной электронной микроскопии. Выделялась геномная ДНК, проводилось ПЦР, секвенирование и получение необходимых для работы маркерных последовательностей. Все это объединяется в нашу базу данных и в нашем распоряжении имеются ваучеры для большого числа видов из разных регионов мира. Были получены культуры по совершенно новым таксонам на видовом и родовом уровнях, что будет использовано нами при продолжении этого проекта. Таким образом, за период выполнения проекта были получены совершенно новые материалы, особенно в последний год, которые требуют продолжения исследования. Также были поняты основные проблемы в систематике и эволюции двух порядков, анализ которых должен быть нами продолжен. Все это свидетельствует о необходимости логичного продления проекта. В предстоящие два года мы подробно остановимся на изучении редких родов, по которым отсутствуют молекулярные данные или морфологические результаты ограничены. Примером может являться изучение родов Brevilinea, Microcostatus, Lacustriella. Мы подробно остановимся на дальнейшем изучении порового аппарата у моношовных и навикулоидных диатомовых водорослей, продолжим анализ гимена в разных родах диатомовых водорослей. Анализ признаков будет связан с анализом молекулярной филогении, что позволит дать обоснованный ответ на значимость морфологических структур в систематик диатомовых водорослей. Уже сейчас очевидно, что в разных родах и группах одни и те же признаки играют абсолютно разную таксономическую роль. Анализ последнего постулата еще требует подробного описания и опубликования в периодической печати, что также планируется нами сделать в ходе выполнения проекта. Все проводимые нами фундаментальные исследования являются основой для использования диатомовых водорослей в прикладных работах. В рамках продления проекта мы продолжим создавать ваучеры и базу генетических последовательностей, что является основой проведения современного мониторинга с использованием баркодинга. Будут выделяться новые культуры и проводиться скрининг на наличие перспективных продуцентов жирных кислот, что является основой использования в биотехнологии. Само выявление разнообразия диатомовых водорослей, описание новых видов уже имеет практическое описание, так как эта группа широко используется в оценке качества поверхностных вод, поиске полезных ископаемых, археологии, криминалистике, выявлении инвазивных видов, продукционных характеристик водоемов и т.д. Актуальность исследования обусловлена всесторонним подходом к изучению важнейшей группы одноклеточных водорослей – диатомовых и созданию нашим коллективом цепочки исследований от описания новых видов, их морфологии, молекулярной филогении, созданием баз данных, выделением культур и созданием коллекции уникальных штаммов, скринингом культур и выявлением перспективных продуцентов различных веществ для фармацевтики и биотехнологического использования в других сферах. Сам анализ кремнеземных створок и их морфологических структур представляет большой интерес для биомеметики и как неограниченный и возобновляемый источник биогенного кремнезема. Биогенный кремнезем называют материалом третьего тысячелетия с потенциалом для силиконовых кремнийорганических соединений, которые уже используются для покрытия искусственных костей, создания различных тканевых имплантов и т.д. Не стоит упускать и использование биогенного кремнезема в косметической промышленности, что делает различные продукты натуральными и уникальными. Технологии выращивания различных видов диатомовых водорослей с заданными морфологическими особенностями (которые есть у разных видов и поддерживается знанием биологии и полового воспроизведения у диатомей) в лаборатории и полупромышленным культивированием позволяют перейти к более масштабному производству биогенного кремнезема. Наша лаборатория значительно продвинулась в этом направлении с точки зрения знания морфологии организмов, выбору наиболее оптимальных для определенных целей, наличию живых организмов для разных целей использования и методов их выращивания.
Ожидаемые результаты
Значимость результатов для фундаментальной науки. Продолжение проекта предполагает дальнейшее изучение морфологических особенностей у диатомовых водорослей, выявление новых и интересных морфологических структур. Сочетание молекулярных и морфологических подходов является основой для понимания эволюции изучаемой группы микроскопических водорослей, их происхождения, работой над современной систематикой группы. Анализ всех данных позволяет по-новому понять таксономическую значимость отдельных морфологических структур и переосмыслить их значение в систематике. Создание современной системы является основой для всех фундаментальных и прикладных исследований. Это основа основ, которая изучается в университетах и с чего начинается изучение молодым исследователем любой группы организмов. Изучение морфологических структур невозможно без выявления разнообразия диатомовых водорослей, что всегда производится нами. При этом мы стараемся сочетать морфологические и молекулярные подходы, что является базой для анализа современного биоразнообразия и прикладных работ по качеству воды на основе баркодинга. Полученные результаты будут иметь первостепенную значимость для фундаментальной науки, что связано с продолжением выявления нами видового и родового разнообразия диатомовых водорослей из разнотипных водоемов мира. Изучение видового разнообразие было и остаётся краеугольным камнем современной фундаментальной биологической науки. Понимание того, что нас окружает является необходимым для понимания того, как функционируют экосистемы, где наибольшие горячие точки разнообразия или hotspots, как шла эволюция на нашей планете и в поиске ответов на многие другие вопросы. Познание и поиск новых таксонов связан с изучением морфологии этих организмов, новых структур, которые формируются в панцире диатомовых водорослей, что постоянно находит отражение в изучении функциональной значимости тех или иных структур внешних покровов диатомовых для целей биомеметики и нанотехнологий. Литература по этому вопросу уже многочисленна и будет только расти, так как перспективы использования диатомовых в медицине очень обширны. Изучение разнообразия организмов, их морфологического строения, а также молекулярного разнообразия современными методами метабаркодинга и баркодинга, как такового, является основой и для современного проведения экологического мониторинга. Все приведенные значения изучения систематики, морфологии и биологического разнообразия диатомовых водорослей, в частности, на протяжении уже десяти лет проводятся в нашей лаборатории. Важным значением поддержания такого типа проектов является и возможность функционирования научных школ, в которых готовятся молодые исследователи, которые «в лицо» знают организмы и способны их определять. Такого уровня ученых становится все меньше из-за сложности и трудоемкости процесса, необходимости длительной подготовки специалистов и огромного желания заниматься этим. Наша лаборатория одна из тех, кто занимается подготовкой таких специалистов и продолжает традиции классической систематики и использования современных методов, заложенные нашими учителями, такими как С.И. Генкал, Н.И. Стрельникова, Horst Lange-Bertalot и другие.
Соответствие результатов мировому уровню исследований. За предыдущие пятнадцать лет создания коллектива была пройдена большая дорога, которая характеризуется созданием цепочки проводимых работ, которые включали бы в себя фундаментальные подходы и, через анализ важных для человека продуцируемых веществ у микроводорослей, имели бы выход на прикладное использование изучаемых нами организмов. При этом наша группа и сами работы являются самодостаточными, что связано с самостоятельным выделением новых штаммов и культур водорослей, получением уникальных штаммов, в том числе на основе новых для науки видов (что уже делает эти штаммы уникальными), изучением молекулярной филогении таксонов, анализом веществ, которые продуцируют водоросли, работ по поиску перспективных таксонов для биоремедиации, продуцентов длинноцепочковых изопреноидов, как нового направления в экологическом мониторинге. Именно такой подход позволил нам «собрать всю цепочку» изучения микроводорослей в единую систему и публиковать статьи в престижных международных альгологических и междисциплинарных журналах. Доказательством соответствия уже полученных нами результатов мировому уровню является список публикаций руководителя проекта и группы, который приведен в проекте. Соответствие мировому уровню исследований способствует высококвалифицированный коллектив, который включает одних из ведущих в мире(!) систематиков водорослей по разным группам, включая диатомовые, специалистов по молекулярной филогении, использованию современных молекулярных методов и подходов (анализ вторичной структуры, создания ваучеров, выделения водорослей в культуру и поддержании культур, анализ липидов и т.п.). Планируемые работы по настоящему проекту полностью укладываются в формат уже проводимых исследований и полученных результатов, которые публикуются в ведущих международных изданиях. Интерес к работам коллектива у иностранных коллег связан и с широкой кооперацией руководителя и членов коллектива с зарубежными коллегами, выполнении ряда международных проектов, работе в международных экспедициях со стороны России (например, Монголии, Вьетнаме). Соответствие результатов мировому уровню будет также способствовать обширный задел, который был накоплен нашей лабораторией за предыдущие десять лет работы. Этот задел включает многотысячную коллекцию культур водорослей, полученные молекулярные последовательности, базу данных по световой, сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии, создаваемую нами сейчас базу данных по более чем одной тысячи штаммов-продуцентов полиненасыщенных жирных кислот, витаминов и других веществ. Все эти материалы конечно же являются заделом для настоящей работы и будут использованы для получения самых современных комплексных результатов, которые будут интересны в мире и результаты соответствуют современному мировому уровню.
Возможность практического использования ожидаемых результатов и возможность создания новой и усовершенствованной производимой продукции (товаров, работ и услуг), создание новых или усовершенствованных применяемых технологий. Все проводимые работы имеют возможность практического использования. В этом ключе и будут строятся получаемые результаты по настоящему проекту. Изучение диатомовых связано с изучением биологического разнообразия водорослей, поиском перспективных продуцентов различных веществ, созданием молекулярных и морфологических баз данных для целей современного экологического мониторинга, поиском водорослей, которые могут использоваться в биоремедиации поверхностных вод (новое направление, которое мы разрабатываем в нашей научной группе), познании морфологии организмов, что является основой для использования в биомиметике, нанотехнологиях, медицине и т.д. Созданная коллекция штаммов, выделенных из географически удаленных и разнотипных экосистем, стала и будет являться, в рамках этого проекта, основой для поиска новых, коммерчески перспективных продуцентов липидов и других ценных биопродуктов, которые могут быть использованы в качестве сырья при производстве кормов и подкормок для агро- и аквахозяйств. Диатомовые водоросли могут служить промышленным источником липидов в связи с их хорошим ростом в условиях культуры, а также высокопродуктивному накоплению хризоламинарина и липидов при дефиците питательных элементов. В профиле жирных кислот диатомовых водорослей доминируют пальмитиновая и цис-7-гексадеценовая кислоты, нередко отмечается высокое содержание эйкозапентаеновой кислоты. Большое значение, с точки зрения биотехнологического применения микроводорослей, имеет их способность накапливать липиды в значительных количествах. Широкий ассортимент липидов микроводорослей позволяет исследовать большой спектр их применения: получение биодизеля, косметических и фармакологических продуктов, подкормок для сельскохозяйственных животных и аквакультуры, пищевых добавок и др. В механизме накопления, синтеза и преобразования большинства классов липидов особую роль играют жирные кислоты, а их состав во многом определяет свойства и практическое использование биомассы микроводорослей. В связи с этим изучению состава жирных кислот уделяется большое внимание. На основании анализа более 200 научных публикаций, а также собственных результатов скрининга коллекции культур водорослей и цианобактерий, установлено, что в биомассе микроводорослей и цианобактерий можно обнаружить 135 различных жирных кислот. С учетом длины углеводородной цепи, ее структуры и наличия заместителей они распределяются на несколько групп: с четным числом атомов углерода в цепи – 81, с нечетным числом атомов углерода – 33, с разветвленной углеводородной цепью и дополнительными функциональными группами – 21. Среди жирных кислот микроводорослей есть как насыщенные, так и ненасыщенные жирные кислоты с различным количеством двойных связей: насыщенные – 19, мононенасыщенные – 26, полиненасыщенные – 68. В результате проведенного анализа показано, что профиль жирных кислот водорослей проявляет определенную специфику в пределах филогенетически обособленных таксономических групп (Maltsev, Maltseva 2021). Работа в этом направлении будет продолжена нами в рамках этого проекта, что позволит усовершенствовать методику поиска и анализа перспективных продуцентов среди одноклеточных организмов. Таким образом, возможность практического использования ожидаемых результатов будет связана с поиском перспективных продуцентов различных веществ (липидов, фукоксантина, витаминов), как основы для создания биотоплива, возможности использования отдельных видов в качестве подкормок в аквакультуре. Усовершенствование новых технологий будет связано с получением современных данных и созданием баз данных для экологического мониторинга, новыми знаниями и подходами в культивировании отдельных штаммов микроводорослей, выделении новых уникальных штаммов (что само по себе уже является готовым продуктом в биотехнологическом использовании) для прикладного использования, поиске видов, которые будут востребованы для биоремедиации водоемов. Работы по проекту полностью предполагают таким образом возможность практического использования ожидаемых результатов и возможность создания новой и усовершенствованной производимой продукции (товаров, работ и услуг), создание новых или усовершенствованных применяемых технологий. Сам анализ кремнеземных створок и их морфологических структур представляет большой интерес для биомеметики и как неограниченный и возобновляемый источник биогенного кремнезема. Биогенный кремнезем называют материалом третьего тысячелетия с потенциалом для силиконовых кремнийорганических соединений, которые уже используются для покрытия искусственных костей до создания различных тканевых имплантов. Не стоит упускать и использование биогенного кремнезема в косметической промышленности, что делает различные продукты натуральными и уникальными. Технологии выращивания различных видов диатомовых водорослей с заданными морфологическими особенностями (которые есть у разных видов и поддерживается знанием биологии и полового воспроизведения у диатомей) в лаборатории и полупромышленным культивированием позволяют перейти к более масштабному производству биологического кремнезема. Наша лаборатория значительно продвинулась в этом направлении с точки зрения знания морфологии организмов, выбору наиболее оптимальных для определенных целей, наличию живых организмов для разных целей использования и методов их выращивания.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В процессе работы нами было описано два новых для науки рода диатомовых водорослей, семь видов и предложено три новых комбинации. Два новых рода описаны из моношовных таксонов Platesiberia Kulikovskiy, Glushchenko, Genkal & Kociolek и Planoplatessa Kulikovskiy, Glushchenko & Kociolek. Новые виды описаны из трех родов, это Pinnularia minigibba Kezlya, Maltsev, Krivova et Kulikovskiy, P. vietnamogibba Kezlya, Maltsev, Krivova et Kulikovskiy, P. microgibba Kezlya, Maltsev, Krivova et Kulikovskiy, P. insolita Kezlya, Maltsev, Krivova et Kulikovskiy, P. ministomatophora Kezlya, Maltsev, Krivova et Kulikovskiy, Placoneis asymmetricus Glushchenko, Kezlya, Kulikovskiy & Kociolek, Sellaphora terrestris Glushchenko, Kezlya, Maltsev, and Kulikovskiy. Новые комбинации предложены среди таксонов, которые включены во вновь описанные роды: Planoplatessa joursacensis (Héribaud) Kulikovskiy, Glushchenko & Kociolek, Platesiberia rhombicolanceolata (Kulikovskiy & Lange-Bertalot) Kulikovskiy, Glushchenko, Genkal & Kociolek, Platesiberia baicalensis (Kulikovskiy & Lange-Bertalot) Kulikovskiy, Glushchenko, Genkal & Kociolek comb. nov. Проведенное изучение моношовных родов позволило рассмотреть и еще раз подтвердить наши воззрения на эволюция этой группы и значимости морфологических признаков для систематики внутри этой группы и, в первую очередь, среди рода Platessa в широком понимании. Очевидно, что эволюция шла по возникновению однорядных, двурядных и многорядных штрихов на шовной и бесшовной створках и их разном сочетании в пределах отдельных групп среди рода Platessa. Эти группы сейчас нами описываются как новые роды. При этом важной структурой, таксономическая значимость которой не была оценена ранее является наличие кавума. Кавум, как морфологическая структура, более широко представлен среди моношовных родов, чем синус. Последний достаточно полно описан только в роде Planothidium. Как известно последний род включает представителей с кавумом, синусом или без них. При этом ранее эти структуры слабо оценивались для таксономической работы. В пределах работы, по данному проекту, нами значительно расширено количество штаммов по роду Planothidium, которые мы изучили из водоемов Камчатки, Байкала и других. Данная статья подготовлена и сдана нами в печать. Показано, что все три группы, т.е. с кавумом, синусом, или без них, хорошо расходятся между собой филогенетически и являются близкими группами, при этом не являются монофелитической группой. Кавум неоднократно возникал в разных линиях моношовных диатомовых водорослей. В данном случае мы значительно продвинулись в понимании этого вопроса, после работы коллег из Германии под руководством Регины Ян. Важной работой было изучение систематики, морфологии и филогении родов Sellaphora и Microcostatus. Род Sellaphora является одним из многочисленных таксонов, морфология которых изучена еще слабо, и даже терминология тех или иных структур еще не устоялась до конца, как было показано в нашей работе. Описание рода Microcostatus значительно усложнило понимание таксономических критериев, которым отвечают оба рода. Наличие микрокост часто показывается у представителей двух родов, тогда как два отдельных хлоропласта у Microcostatus, схожих с родом Navicula, не было проиллюстрировано должным образом. Хлоропласты были показаны на рисунке и отождествить их с представителем рода Microcostatus не представляется возможным, в том числе в нашем материале. Sellaphora terrestris sp. nov. морфологически сходен с Microcostatus dexterii Stanek-Tarkowska, M. Rybak, Czyż и Microcostatus naumanii (Hustedt) Lange-Bertalot. Наибольшее сходство между этими видами наблюдается при использовании сканирующей электронной микроскопии. Описание большого числа видов из двух родов с полностью перекрывающимися морфологическими признаками не позволяет нам разделять два обсуждаемых рода и требует более детальной работы. Очевидно, что внутри рода Sellaphora требуется проведение обширной таксономической работы. Эта работа должна строиться на использовании новых филогенетических деревьев, включая деревья построенные и опубликованные нами. На основе материалов, предоставленных нам С.И. Генкалом, рассмотрена морфология такого интересного рода, как Brevilinea kevei Ács et Ector. Этот вид по абризу створки близок представителям рода Mayamaea, но отличается поровым аппаратом, что, не смотря на наши сомнения, полностью подтверждает его самостоятельность и подтверждает наш тезис о важности строения порового аппарата для идентификации среди навикулоидных диатомовых водорослей. Pinnularia — один из самых многочисленных родов двушовных диатомовых, включает 1432 видов и 1476 внутривидовых таксонов, из которых 1403 таксономически принятые. Водоросли из этого рода повсеместно встречаются в пресных водах и почвах, достигая наибольшего разнообразия в тропиках. Были изучены пробы, выделены культуры из тропического региона, во Вьетнаме. Виды Pinnularia повсеместно встречаются в образцах почвы, собранных в национальном парке Кат Тьен. Основываясь на результатах секвенирования ДНК, наблюдениях в светом и сканирующем электронном микроскопе и профилях жирных кислот восьми различных штаммов Pinnularia, мы описали шесть из них, как новые для науки виды. Филогенетический анализ, основанный на генетических маркерах 18S рДНК и rbcL, показывает, что виды происходили из разных филогенетических линий. На основании неясных морфологических различий, но четких молекулярных был сделан вывод, что P. microgibba sp. nov. и P. minigibba sp. nov., Pinnularia sp. 6 (Tor4)r и Pinnularia sp. 3 (Tor8)b являются псевдокриптическими таксонами. Анализ морфологических и молекулярных данных показал, что наличие ультраструктурных отметин на поверхности в центральной области последовательно соответствует филогенетическим кладам. Отметины являются важным морфологическим признаком и требуют изучения с помощью сканирующего электронного микроскопа. Изучение содержания жирных кислот у идентифицированных штаммов Pinnularia тем более ценно, что биохимические исследования почвенных диатомовых водорослей в целом немногочисленны. Анализ биомассы в стационарную фазу роста выявил преобладание насыщенных жирных кислот, особенно пальмитиновой кислоты 16:0 (в пределах 20–30% от суммы жирных кислот) и стеариновой кислоты 18:0 (36–64%). Наши данные показывают, что состав жирных кислот у микроводорослей существенно зависит от среды обитания. У штаммов почвенных диатомовых в составе жирных кислот преобладают насыщенные и мононенасыщенные кислоты. Водоросли, выделенные из солоноватоводных местообитаний, отличаются более высоким содержанием длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот, тогда как пресноводные штаммы накапливают как насыщенные/мононенасыщенные, так и полиненасыщенные. В то же время таксоны водорослей разного уровня могут проявлять приоритеты в сторону накопления определенных типов жирных кислот. В целом в процессе работы нами была продолжена работа с культурами диатомовых водорослей из водоемов Камчатки, Байкала и других регионов, шло поддержание культур, выделение ДНК, проведение ПЦР, построение филогенетических деревьев. Важной работой является обоснованное рассмотрение молекулярной филогении и морфологических признаков, сочетание между собой этих подходов. Это позволяет анализировать какие признаки важны в систематике той или иной группы. Получение различных генетических последовательностей является основой для накопления банка генетических штрих-кодов. Проводимые работы, несмотря на важный фундаментальный характер, имеют и возможность практического использования в дальнейшем при экологическом мониторинге, оценке экологических условий различных водоемов, использовании одноклеточных водорослей, как продуцентов различных веществ.
Публикации
1. Глущенко А., Кезля Е., Мальцев Е., Генкал С., Коциолек Дж. П., Куликовский М. Description of the Soil Diatom Sellaphora terrestris sp. nov. (Bacillariophyceae, Sellaphoraceae) from Vietnam, with Remarks on the Phylogeny and Taxonomy of Sellaphora and Systematic Position of Microcostatus Plants, Vol. 11. Issue 16. P. 2148 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/plants11162148
2. Кезля Е., Глущенко А., Коциолек Дж.П., Мальцев Е., Генкал С, Куликовский М. A new species of Placoneis Mereschkowsky (Bacillariophyceae: Cymbellales) from wet soils in southern Vietnam Cryptogamie, Algologie, Vol. 43. Issue 11. P. 177-188 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.5252/cryptogamie-algologie2022v43a11
3. Кезля Е., Мальцев Е., Генкал С., Кривова З., Куликовский М. Phylogeny and Fatty Acid Profiles of New Pinnularia (Bacillariophyta) Species from Soils of Vietnam Cells, V.11. Issue 15. P. 2446 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/cells11152446
4. Куликовский М.С., Глущенко А.М., Генкал С.И., Кузнецова И.В., Коциолек Дж.П. Article Revision of Monoraphid Diatom Genus Platessa with Description of Platesiberia gen. nov. from Ancient Lake Baikal Water, Vol. 14. Issue 19. P. 2957 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/w14192957
5. Куликовский М.С., Глущенко А.М., Кузнецова И.В., Коциолек Дж.П. Planoplatessa gen. nov.—A New, Neglected Monoraphid Diatom Genus with a Cavum Plants, Vol. 11. Issue 17. P. 2314 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/plants11172314
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В процессе работы нами было описано два новых для науки рода диатомовых водорослей, двенадцать видов и предложено восемь новых комбинации. Два новых рода описаны из навикулоидных и цимбиллоидных таксонов Gandhia Kulikovskiy, Glushchenko, Iurmanov, M.Thacker, B.Karthick, Kociolek gen. nov. и Cymbosellaphora Kulikovskiy, Glushchenko, Genkal, Kociolek gen. nov. Новые виды описаны из пяти родов, это Cymbosellaphora vietnamensis Glushchenko, Kulikovskiy, Kociolek sp. nov., Pinnularia baicalgenkalii Kulikovskiy, Glushchenko, Kezlya, Maltsev sp. nov., Pinnularia baicalflexuosa Kulikovskiy, Glushchenko, Kezlya, Maltsev sp. nov., Pinnularia microfrauenbergiana Kulikovskiy, Glushchenko, Kezlya, Maltsev sp. nov., Pinnularia pergrunowii Kulikovskiy, Glushchenko, Kezlya, Maltsev sp. nov., Pinnularia siberiosinistra Kulikovskiy, Glushchenko, Kezlya, Maltsev sp. nov., Pinnularia baicalodivergens Kulikovskiy, Glushchenko, Kezlya, Maltsev sp. nov., Pinnularia baicalislandica Kulikovskiy, Glushchenko, Kezlya, Maltsev sp. nov., Sellaphora dorofeyukae Glushchenko & Kulikovskiy sp. nov., Achnanthidium baicalonanum Tseplik, Genkal, Maltsev, Kulikovskiy sp. nov., Achnanthidium obscurum Tseplik, Genkal, Maltsev, Kulikovskiy sp. nov., Achnanthidium angustum Tseplik, Genkal, Maltsev, Kulikovskiy sp. nov., Cymbella alexandrovichii Glushchenko, Mironov & Kulikovskiy sp. nov. Новые комбинации предложены среди таксонов, которые были изучены во флорах или включены во вновь описанные роды: Gandhia obtecta (Jüttner and Cox) Kulikovskiy, Glushchenko, Iurmanov, M.Thacker, B.Karthick, Kociolek comb. nov., Gandhia jakovljevicii (Hustedt) Kulikovskiy, Glushchenko, M.Thacker, B.Karthick, Kociolek comb. nov., Gandhia lucida (Pantocsek) Kulikovskiy, Glushchenko, M.Thacker, B.Karthick, Kociolek comb. nov., Gandhia ramosissimoides (H.P. Gandhi) Kulikovskiy, Glushchenko, M.Thacker,B.Karthick, Kociolek comb. nov., Cymbosellaphora absoluta (Hustedt) Kulikovskiy, Glushchenko, Genkal and Kociolekcomb. nov., Cymbosellaphora geisslerae (Jahn) Kulikovskiy, Glushchenko, Genkal and Kociolekcomb. nov., Cymbosellaphora laterostrata (Hustedt) Kulikovskiy, Glushchenko, Genkal, Kociolek comb. nov., Sellaphora glomus (J.R. Carter and A.E. Bailey-Watts) Glushchenko, Kulikovskiycomb. nov.
Работы по роду Achnanthidium стали продолжением нашего изучения моношовных диатомовых водорослей с использованием комплексного подхода, включая световую, сканирующую микроскопию и молекулярные данные. Изучены представители комплекса Achnanthidium minutissimum из Забайкальского края, Россия. Забайкальский край известен своей уникальной флорой водорослей и высоким уровнем эндемизма. Несмотря на то, что группа моношовных диатомей в последние годы изучается в этом регионе достаточно подробно, к настоящему времени было отмечено лишь четыре вида Achnanthidium. Новые виды, описанные нами, отличаются формой створок, строением штрихов и ареол, формой наружных дистальных концов шва и центрального поля. Согласно молекулярным данным, новые виды образуют отдельные ветви в составе комплекса A. minutissimum. Важной задачей в изучении моношовных диатомовых стало изучение видов Cocconeis, которые практически не затронуты анализом в России. Так нами впервые приведена номенклатурная история, морфология и таксономия двух видов Cocconeis, описанных Б.В. Скворцовым из озера Байкал, на основе сходных эпитетов. Проведена их типизация, основанная на материалах К.И. Мейера и А.П. Скабичевского. В результате анализа всех доступных литературных данных приведены все синонимы: для C. baicalensis известны два гомотипических синонима, для C. skvortzowii - два гомотипических и гетеротипических синонима. Приведена их номенклатурная история. На основе типичных образцов и иллюстраций SEM были проведены типификации двух видов.
Новый род диатомовых, Cymbosellaphora gen. nov., описан на основе вида из Вьетнама и характеризовался наличием морфологических особенностей, таких как створки с навикулоидной симметрией, небольшой дорсивентральностью, однорядных штрихов и очень широкого загиба створки. Тектулум (в широком смысле) известен только для цимбеллоидных диатомей, а наш новый род отнесен к Cymbellaceae. Наличие тектулума свидетельствует о том, что эти виды не могут быть отнесены к Sellaphora, как указано в литературе. Обсуждается также недавнее предложение о переводе большого числа видов с различной морфологией в род Sellaphora. Отдельное изучение морфологии и систематики рода Sellaphora было произведено нами на основе материалов из Монголии. В ходе наших исследований в различных типах водоемов и водотоков Монголии было обнаружено 28 видов. Из них 14 видов уже описаны и/или показаны ранее во флоре Монголии, а 14 видов обнаружены нами впервые. Обсуждено распространение выявленных видов на территории Монголии и мира. Описание Cymbella alexandrovichii sp. nov. интересно в сравнительном плане с родом Cymbosellaphora gen. nov., а также показывает, что двурядность штрихов встречается часто среди Cymbella и не является родовым признаком.
Новый род навикулоидных диатомовых, Gandhia gen. nov., был описан на основе детального морфологического исследования с использованием световой и сканирующей электронной микроскопии. Виды рода отличаются от других видов рода Navicula s.l. наличием внутренней кремниевой пластинки, покрывающей альвеолы и образующей изображение продольных линий по обе стороны от аксиальной области, видимых в СМ. Наличие этой кремниевой пластинки сходно с пластинками таких родов, как Pinnularia и Gomphoneis. Эта необычная морфология не типична для Navicula sensu stricto, как ранее отмечали другие ученые. Представители этого рода характерны для тропиков, Индии и, что самое интересное, для Европы в ископаемом состоянии. Очевидно, что эта группа является древней и скорее всего тупиковой в эволюционном плане. В тоже время, описание этого рода показывает, что такой признак, как кремниевая пластинка, которая покрывает альвеолы изнутри возникала неоднократно в процессе эволюции в разных группах диатомовых водорослей.
Совместно с иранскими коллегами нами начаты исследования и практические биомониторинговые изыскания в Иране. Была проведена комплексная оценка экологического состояния реки Аракс с использованием биологических показателей качества воды, на основе экологических предпочтений видов диатомовых водорослей, показателей загрязнения, статистики и экологического картирования. Отдельно нами рассматривались также вопросы использования диатомовых водорослей и их роли в биогеохимических циклах на планете и в водных экосистемах, а также проблемы утилизации углекислого газа, декарбонизации и роли водорослей и отдельно диатомовых в этом. Обсуждение данных вопросов в виде крупных обзоров приведены нами в опубликованных статьях.
Публикации
1. Глущенко А., Генкал С., Кузнецова И., Куликовский М. Taxonomy and Distribution of the Genus Sellaphora Mereschowsky (Bacillariophyceae: Sellaphoraceae) in Aquatic Ecosystems of Mongolia Plants, V. 12. P. 3611. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/plants12203611
2. Глущенко А., Миронов А., Кузнецова И., Куликовский М. Cymbella alexandrovichii sp. nov. (Cymbellaceae, Bacillariophyceae), a new cymbelloid diatom species with predominantly biseriate striae from South-East Asia Phytotaxa, - (год публикации - 2023)
3. Куликовский М., Глущенко А., Кезля Е., Кузнецова И., Коциолек Дж.П., Мальцев Е.И. The Genus Pinnularia Ehrenberg (Bacillariophyta) from the Transbaikal Area (Russia, Siberia): Description of Seven New Species on the Basis of Morphology and Molecular Data with Discussion of the Phylogenetic Position of Caloneis Plants, V.12. P. 3552 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/plants12203552
4. Куликовский М.С., Глущенко А.М., Генкал С.И., Кузнецова И.В., Мальцев Е.И., Коциолек Дж.П. Is Sellaphora the New Navicula? Cymbosellaphora (Cymbellales), a New Genus Based on Taxa Previously Assigned to Sellaphora Plants, V. 12. P. 3890 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/plants12223890
5. Куликовский М.С., Текер М., Глущенко А.М., Кузнецова И.В., Юрманов А.А., Картик Б., Коциолек Дж.П. Gandhia gen. nov.—A New Diatom Genus with Unusual Morphology Split Off from the Genus Navicula Bory Plants, V. 12. P. 3941 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/plants12233941
6. Лобус Н.В., Князева М.А., Попова А.Ф., Куликовский М.С. Carbon Footprint Reduction and Climate Change Mitigation: A Review of Approaches, Technologies, and Implementation Challenges Journal of Carbon Research, - (год публикации - 2023)
7. Парикхани Ф., Атазаде Е., Разеги Я., Мозафери М., Куликовский М. Using Algal Indices to Assess the Ecological Condition of the Aras River, Northwestern Iran Journal of Marine Science and Engineering, V. 11. P. 1867 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/jmse11101867
8. Цеплик Н., Генкал С.,Мальцев Е., Кузнецова И., Куликовкий М. Molecular Investigation of the Achnanthidium minutissimum Complex (Bacillariophyceae) from the Transbaikal Region with the Description of Three New Species Water, V. 15. P. 3379 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/w15193379
9. Лобус Н.В., Куликовский М.С. The Co-Evolution Aspects of the Biogeochemical Role of Phytoplankton in Aquatic Ecosystems: A Review Biology, V. 12. P. 92 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/biology12010092
Возможность практического использования результатов
Все проводимые нашей научной группой работы имеют возможность практического использования. Выявление новых таксонов связано с изучением биологического разнообразия диатомовых водорослей, поиском перспективных продуцентов различных веществ, созданием молекулярных и морфологических баз данных для целей современного экологического мониторинга, поиском водорослей, которые могут использоваться в биоремедиации поверхностных вод (новое направление, которое мы разрабатываем в нашей научной группе), познании морфологии организмов, что является основой для использования в биомиметике, нанотехнологиях, медицине и т.д. Созданная коллекция штаммов, выделенных из географически удаленных и разнотипных экосистем, стала и будет являться основой для поиска новых, коммерчески перспективных продуцентов липидов и других ценных биопродуктов, которые могут быть использованы в качестве сырья при производстве кормов и подкормок для агро- и аквахозяйств. Диатомовые водоросли могут служить промышленным источником липидов в связи с их хорошим ростом в условиях культуры, а также высокопродуктивному накоплению хризоламинарина и липидов при дефиците питательных элементов. Большое значение, с точки зрения биотехнологического применения микроводорослей, имеет их способность накапливать липиды в значительных количествах. Широкий ассортимент липидов микроводорослей позволяет исследовать большой спектр их применения: получение биодизеля, косметических и фармакологических продуктов, подкормок для сельскохозяйственных животных и аквакультуры, пищевых добавок и др. В механизме накопления, синтеза и преобразования большинства классов липидов особую роль играют жирные кислоты, а их состав во многом определяет свойства и практическое использование биомассы микроводорослей. В связи с этим изучению состава жирных кислот уделяется большое внимание. Усовершенствование новых технологий будет связано с получением современных данных и созданием баз данных для экологического мониторинга, новыми знаниями и подходами в культивировании отдельных штаммов микроводорослей, выделении новых уникальных штаммов (что само по себе уже является готовым продуктом в биотехнологическом использовании) для прикладного использования, поиске видов, которые будут востребованы для биоремедиации водоемов. Работы по проекту полностью предполагают таким образом возможность практического использования ожидаемых результатов и возможность создания новой и усовершенствованной производимой продукции (товаров, работ и услуг), создание новых или усовершенствованных применяемых технологий.