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 23-26-00204
НазваниеМетагеномное исследование таксономической структуры эндо- и ризосферы эндемичных растений семейства Fabáceae Прибайкалья с целью создания микробиологических препаратов для сельского хозяйства
РуководительМаркова Юлия Александровна, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2023 г. - 2024 г. |
Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-106 - Растениеводство
Ключевые словаэндемики, эндосфера, ризосфера, эндофиты, метагеном, адаптация, копеечник зундукский (Hedysarum zundukii Peschkova), астрагал ольхонский (Astragalus olchonensis Gontsch.), вика ольхонская (Vicia olchonensis (Peschkova) O.D.Nikif.)
Код ГРНТИ34.27.23
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Основной целью проекта является изучение таксономического состава эндо- и ризосферного микробиома эндемичных растений семейства Fabáceae (копеечника зундукского (Hedysarum zundukii Peschkova), астрагала ольхонского (Astragalus olchonensis) и вики ольхонской (Vicia olchonensis (Peschkova)), произрастающих в условиях высокой солнечной активности и низкой влажности на малоплодородных каменистых и песчаных, в том числе засолённых, почвах Ольхонского района Прибайкалья.
Cтабильный эукариотный геном растения не способен в течение жизненного цикла своевременно адаптироваться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды. Устойчивость к недостатку влаги и засолению почвы, обеспечение недостающими питательными веществами, стимулирующая рост активность и ингибирование роста фитопатогенных грибов и бактерий - являются результатом сложного процесса растительно-микробного симбиоза. Микробиом растений, произрастающих в таких условиях, может содержать виды, перспективные для дальнейшего изучения в качестве адаптогенов сельскохозяйственных культур. Знание состава генов, предоставляемых растению микроорганизмами, может дать представление об адаптивных возможностях, располагаемых растением и выявить конкретные микроорганизмы и механизмы адаптации, обладающие потенциалом для использования в сельском хозяйстве.
В ходе выполнения проекта будут получены приоритетные материалы по структуре микробиомов байкальских эндемиков семейства Fabáceae, создана коллекция штаммов, перспективных с точки зрения использования их в составе биопрепаратов для растениеводства.
Ожидаемые результаты
1. В результате выполнения проекта будут получены сведения по составу и структуре эндо- и ризосферного микробиома эндемичных видов растений сем. Бобовые (копеечника зундукского (Hedysarum zundukii Peschkova), астрагала ольхонского (Astragalus olchonensis Gontsch.) и вики ольхонской (Vicia olchonensis (Peschkova) O.D.Nikif.), произрастающих на территории Прибайкалья. Получены метагеномные сборки микроорганизмов из исследуемых образцов.
2. На основе данных метагеномного секвенирования будут выявлены гены прокариот, ответственные за адаптацию к засушливым условиям обитания, биосинтез фитогормонов, осмолитов, витаминов и т.д., это позволит высказать предположение о роли микробиома в адаптации исследуемых растений к условиям произрастания.
3. Будет собрана коллекция эндофитных и ризосферных микроорганизмов, ассоциированных с байкальскими эндемиками. Получены данные по характеристике выделенных штаммов (стимулирование роста растений, азотфиксация, мобилизация фосфатов, продукции фитогормонов, сидерофоров и др.) и их способности колонизировать корни и внутренние ткани сельскохозяйственных культур. Наиболее перспективные виды будут идентифицированы на основании анализа фрагментов гена 16S рРНК и биохимических свойств.
4. Будут созданы экспериментальные образцы микробных препаратов, обладающих функционально ценными свойствами для сельскохозяйственных культур.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Флора западного побережья оз. Байкал содержит большое число редких, исчезающих видов растений семейства Fabaceae Lindl. [Пешкова, 1979; Малышев, Пешкова, 1984]. Они включены в Красную книгу Иркутской области (2020), а три из них – астрагал ольхонский, копеечник зундукский и остролодочник трехлисточковый – в Красную книгу Российской Федерации (2008). Существование их популяций находится под угрозой в связи с возрастающим притоком туристов и увеличением антропогенной нагрузки [Гайдарь и др., 2015]. Большинство популяций бобовых обитает на острове Ольхон и на побережье Малого моря. Данная территория характеризуется резко континентальным, сухим и жарким климатом, который формирует опустыненно-степные экосистемы, не характерные для Прибайкалья [Касьянова, Азовский, 2011]. Известно, что бобовые растения, обладая высоким морфофизиологическим и экологическим разнообразием, вносят решающий вклад в азотный баланс многих наземных экосистем и агроценозов [Карлов и др., 2019]. В процессе работы над проектом было изучено три вида растений: Vicia olchonensis (субэндемик, встречается в Прибайкалье и прилегающих районах Монголии, занесен в Красную книгу Иркутской области, остров Ольхон), Hedysarum zundukii (узколокальный эндемик, третичный реликт, занесен в Красную книгу РФ, Иркутской области, побережье Малого Моря), Astragalus olchonensis (единственный эндемичный вид о. Ольхон, занесен в Красную книгу РФ, Иркутской области).
Отбор проб Astragalus olchonensis проводился в бухте Песчаная острова Ольхон; Vicia olchonensis – на южной оконечности острова Ольхон; Hedysarum zundukii – на мысе Зундук, западного побережья озера Байкал.. Первичный анализ микробиома показал, что как в почве, так и в ризосфере растений доминируют представители филумов Acidobacteriota, Actinobacteriota и Proteobacterium. Микробиом листьев относительно бедный и представлен преимущественно протеобактериями.
За первый год работы над проектом выделено 88 штаммов микроорганизмов: 31 – из эндосферы и 57 – из ризосферы. Как в ризо-, так и в эндосфере преобладали грамположительные микроорганизмы, которые в ризосфере были представлены преимущественно актиномицетами (47%), а в эндосфере – бациллами (37%). С помощью молекулярно-генетических методов было идентифицировано 28 штаммов бактерий. Три идентифицированных из ризосферы изолята относятся к семейству Rhizobiaceae: это Phyllobacterium zundukense и два штамма Sinorhizobium sp. Особого внимания заслуживает Phyllobacterium zundukense. Ранее этот вид ризобий был выявлен в корневых клубеньках бобового растения Oxytropis triphylla (Pall.) DC., также произрастающего на западном побережье оз. Байкал. Его обнаружение в ризосфере H. zundukii позволяет предположить, что данный микроорганизм является обычным обитателем почв исследуемого региона. Интерес представляют Lysobacter sp. и Variovorax paradoxus. Представители рода Lysobacter характеризуются способностью синтезировать антибиотики и белки с антимикробным действием. Variovorax paradoxus используют для повышения урожайности и защиты растений, а также в качестве деструктора различных поллютантов. Проведено изучение следующих свойств выделенных микроорганизмов: способность к мобилизации фосфатов, синтез ИУК, подвижность и амилазная активность. Установлено, что только 11 штаммов были способны растворять фосфаты. У 19 штаммов обнаружен биосинтез ИУК. 24 штамма обладали амилазной активностью. Таким образом, среди выделенных штаммов есть бактерии, обладающие признаками, перспективными для их использования в составе биопрепаратов для сельского хозяйства.
Публикации
1. Васильев И. А., Кривенко Д. А., Петрушин И. С., Кондратов И. Г., Огарков О. Б., Маркова Ю. А. Микроорганизмы, населяющие эндо- и ризосферу эндемичного растения Прибайкалья Hedysarum zundukii (Fabaceae) Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2023. – Т. 13, № 4. – С. 409–415. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-4-?-?
2. Петрушин И. С., Васильев И. А., Маркова Ю. А. Drought tolerance of legumes: Physiology and the role of the microbiome Current Issues in Molecular Biology, Current Issues in Molecular Biology. – 2023. – Vol. 45, No. 8. – P. 6311–6324. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/cimb45080398
3. Васильев И. А., Кривенко Д. А., Петрушин И. С., Маркова Ю. А. Микробиом эндемичных растений Приольхонья Hedysarum zundukii и Oxytropis triphylla (Fabaceae) как источник микроорганизмов перспективных для сельского хозяйства Тезисы докладов VI Всероссийской научной конференции с международным участием (Иркутск-Б. Голоустное, 3–7 июля 2023 г.), Тезисы докладов VI Всероссийской научной конференции с международным участием . – Иркутск : Издательство ИГУ, 2023. – С. 121. (год публикации - 2023) https://doi.org/978-5-9624-2170-4.2023.1-228
4. Маркова Ю. А., Беловежец Л. А., Васильев И. А., Кривенко Д. А., Петрушин И. С. Биотехнологический потенциал бактерий, ассоциированных с растениями Материалы III Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 80-летию д.б.н., проф. Б.Б. Намсараева, 100-летию Республики Бурятия, 300-летию Российской академии наук (Улан-Удэ-Байкальск, 3–7 июля 2023.), Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов экстремальных местообитаний : Материалы III Всероссийской конференции с международным участием (Улан-Удэ-Байкальск, 3–7 июля 2023.). – Новосибирск : СО РАН, 2023. – С. 71. (год публикации - 2023)