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 19-76-30005
НазваниеМодернизация методов мониторинга и контроля болезней полевых культур в России
РуководительГаннибал Филипп Борисович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2023 г. - 2025 г. |
Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (33).
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-104 - Агробиотехнологии
Ключевые словаФитосанитарная диагностика, фитопатогенные грибы, биоразнообразие, защита растений, Fusarium, Septoria, Microdochium, зерновые культуры, подсолнечник, картофель, антимикробные пептиды, ДНК-аптамеры, резистентность к фунгицидам, секвенирование ДНК, биоресурсные коллекции.
Код ГРНТИ68.37.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Мониторинг видового и внутривидового разнообразия опасных фитопатогенных грибов является актуальной и экономически значимой задачей. В связи со значительными изменениями, происходящими в систематике грибов, необходима ревизия и актуализация видового статуса инфекционных агентов и, соответственно, их свойств. Отталкиваясь от предыдущего опыта реализации проекта, планируется получение фундаментальных научных и методических результатов для модернизации основ мониторинга грибных болезней с/х культур, включая биоразнообразие возбудителей, географию, экологию и популяционную биологию патогенов. Новые знания приведут к пониманию реальной фитосанитарной ситуации на территории РФ и согласованности знаний специалистов разных отраслей сельского хозяйства.
Другой важной темой исследований является оценка чувствительности фитопатогенов к действующим веществам современных фунгицидов. Будет выполнено уточнение спектра действия и эффективности фунгицидов, выявление диапазонов чувствительности патогенов и поиск резистентных штаммов. Также перспективным направлением является выявление новых малотоксичных веществ с фунгистатической активностью.
Кроме того, проводимая в рамках проекта РНФ модернизация двух уникальных биоресурсных коллекций обеспечит их доступность для использования специалистами из других организаций.
В случае продолжения проекта планируется выполнение работ по четырём направлениям.
I. Биоразнообразие грибов – возбудителей болезней сельскохозяйственных культур в РФ. Будут осуществлены полевые наблюдения и сбор образцов, уточнён видовой состав фитопатогенов на зерновых, масличных, паслёновых культурах в различных регионах, проведён анализ разнообразия популяций возбудителя желтой ржавчины по микросателлитным локусам. Значительное внимание будет уделено идентификации и уточнению систематики малоизученных видов, в т.ч. с помощью молекулярной филогении. Очевидно, как и на предыдущем этапе, будут описаны новые для науки виды и найдены виды грибов, ранее не зарегистрированные в России.
II. Научное обеспечение мониторинга болезней сельскохозяйственных культур. При реализации проекта предполагается составление аннотированных перечней заболеваний трёх важных культурных растений, включающих актуализированную информацию о распространении, вредоносности и частоте эпифитотий, с учётом современной таксономии и номенклатуры грибов. Использование ДНК-метабаркодинга поможет выявить скрытое разнообразие грибных сообществ, в том числе представителей редких и некультивируемых видов. В виде монографии будет обобщена информации о видовом разнообразии грибов рода Fusarium с учётом происходящих изменений в классификации этой экономически значимой группы грибов.
III. Усовершенствование методов ограничения болезней сельскохозяйственных культур. Будет проведена оценка чувствительности штаммов вредоносных грибов к рекомендованным и находящимся в испытаниях фунгицидам. Также будет проведено более детальное исследование эффективности отобранных в предыдущие годы проекта бактериальных и растительных метаболитов, с перспективой создания прототипов новых малотоксичных препаратов с фунгистатической активностью.
IV. Поддержание и повышение доступности для научных исследований биологических коллекций ВИЗР. Продолжение ранее начатой работы в ближайшие три года будет способствовать завершению создания электронного каталога микологического гербария LEP. Коллекция живых культур грибов, поддерживаемая сотрудниками лаборатории, в ходе выполнения проекта будет пополнена новыми штаммами, представляющими большую ценность для будущих исследований.
Залогом успеха данного проекта является коллектив высококвалифицированных сотрудников, способных решать сложные научные проблемы. В распоряжении исполнителей проекта находится коллекция микроорганизмов, не имеющая в России аналогов по видовому разнообразию и географической представленности штаммов грибов.
Ожидаемые результаты
В рамках проекта будет реконструирована молекулярная филогения, уточнена систематика фитопатогенных грибов родов Alternaria, Colletotrichum, Diaporthe, Epicoccum, Fusarium, Parastagonospora. Опираясь на ранее полученные нами фундаментальные знания, будут описаны новые для науки виды и найдены виды, ранее не зарегистрированные в России. Для ряда видов будут изучены экологические и патогенные свойства. Будет продолжен ежегодный мониторинг российских популяций Puccinia striiformis по микросателлитным локусам, нацеленный на накопление многолетних данных и получение информации, достаточной для выявления закономерностей и трендов распространения. Использование ДНК-метабаркодинга при необходимости поможет проанализировать состав сообществ микроорганизмов в образцах растительного происхождения. Также будут составлены аннотированные перечни грибных болезней ячменя, картофеля и подсолнечника с информацией, детализирующей их распространение, вредоносность и частоту эпифитотий. В перечнях будут приведены названия таксонов с учётом современной номенклатуры грибов. Будет обобщена информация в виде монографии о видовом разнообразии грибов рода Fusarium. Полученные результаты приведут к повышению точности и эффективности фитосанитарной диагностики болезней сельскохозяйственных культур в РФ. Чувствительность к фунгицидам будет определена для экономически значимых грибов Fusarium, Nigrospora и Zimoseptoria. Это позволит рациональнее использовать химические препараты для защиты растений.
Будет проведено более детальное исследование эффективности нескольких перспективных метаболитов бактериального и растительного происхождения (нигеллинов, липопептидов, 2,4-диацетилфлороглюцина, макролактина), отобранных в предыдущие годы. Будет уточнён механизм их фунгистатического эффекта, а также воздействия, оказываемого на растения. Есть основания надеяться, что данные исследования приведут к созданию прототипов новых малотоксичных препаратов на основе изученных веществ или их комбинации.
Пополнение и повышение доступности для исследователей двух биоресурсных коллекций ФГБНУ ВИЗР. Коллекция микроорганизмов будет пополнена новыми, представляющими ценность для изучения, штаммами грибов. Будет оформлен электронный каталог микологического гербария LEP.
Полученные результаты будут опубликованы в виде статей в высокорейтинговых научных изданиях, каталогов и монографий.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Все поставленные на 2023 г. научные задачи полностью достигнуты. Пополнены биологические коллекции, успешно проведён большой объём наблюдений и экспериментальных исследований, касающихся фитопатогенных грибов: их биоразнообразия, географии, экологии и физиологии. Выполнены работы по поиску новых веществ с антимикробной активностью, определению их химической структуры.
Проведён анализ молекулярной филогении 94 штаммов грибов родов Alternaria (секция Porri), Fusarium (комплекс видов F. fujikuroi), Colletotrichum и Parastagonospora. Штаммы Alternaria были идентифицированы как A. cirsinoxia, A. guilinaca, A. cf. subulata, A. cf. petalicolor. Три последних вида обнаружены в России впервые. Штаммы Fusarium формировали общие клады с F. verticillioides, F. subglutinans и F. proliferatum. Восемь штаммов формировали отдельную кладу и, по всей видимости, представляют новый для науки вид Fusarium. Штаммы Colletotrichum идентифицированы как C. incanum и C. lineola. Шесть штаммов сформировали две клады, не содержащие эталонных штаммов и, очевидно, относятся к неописанным видам. Штаммы Parastagonospora были отнесены к видам P. nodorum и P. avenae.
Охарактеризованы 32 штамма Fusarium sporotrichioides различного субстратного и географического происхождения по токсинопродуцирующей способности, патогенности, чувствительности к фунгициду тебуконазолу. Идентификация всех штаммов подтверждена с помощью ПЦР. Определение 32 вторичных метаболитов, продуцируемых грибами, выполнено методом ВЭЖХ-МС/МС. Все штаммы оказались активными продуцентами трихотеценовых микотоксинов группы А (Т-2 и НТ-2 токсинов, Т-2 триола, неосоланиола, диацетоксисцирпенола), а также боверицина. Подтверждена способность F. sporotrichioides продуцировать зеараленон и его производные, но в относительно низких количествах. Все штаммы вызывали снижение длины проростков озимой пшеницы, а также некрозы и хлорозы листьев пшеницы и сои. Установлена относительно высокая чувствительность штаммов к тебуконазолу, но значения EC50 этого д.в. для разных штаммов значительно варьировали.
Коллекция, состоящая из 109 изолятов гриба Puccinia striiformis – возбудителя жёлтой ржавчины пшеницы, была охарактеризована по полиморфизму 20 микросателлитных локусов, оценена дифференциация изолятов по географическому происхождению и определена корреляция с ранее полученными результатами анализа вирулентности. Анализ основных компонент и тест Мантеля показали, что географические коллекции P. striiformis имели относительно сходную дифференциацию по признаку вирулентности и SSR-локусам. Анализ вирулентности и молекулярного полиморфизма имеют почти одинаковую высокую информативность для характеристики генетической изменчивости российских популяций возбудителя желтой ржавчины пшеницы.
Составлен аннотированный перечень грибных болезней ячменя с указанием современного таксономического статуса видов – возбудителей. Болезни разделены на две группы: представляющие несомненное экономическое значение (29 болезней) и являющиеся заболеваниями с низкой или неизученной вредоносностью (20 болезней).
Проведена ревизия коллекции головнёвых грибов в микологическом гербарии LEP. Выявлено 485 образов рода Tilletia, отнесённых к 42 видам. Показано, что морфологические признаки телиоспор позволяют идентифицировать только вид T. leavis. Все другие виды обладают существенным полиморфизмом и диапазоны варьирования всех признаков каждого вида перекрываются с одним или несколькими другими видами. 189 образцов Tilletia spp. проанализировали с помощью ПЦР, разработанной на основе SCAR-маркера, специфичного к T. controversa. Наличие продукта амплификации наблюдали только для образцов T. controversa, собранных с мягкой пшеницы. Для образцов этого же вида, собранных с других растений-хозяев, результат ПЦР был отрицательным, что указывает на генетическую неоднородность вида T. controversa.
Была проведена оценка чувствительности 9 штаммов Fusarium spp. и 10 штаммов Nigrospora gorlenkoana, выделенных из зерна, к фунгицидам с действующими веществами разных классов (карбоксамиды, стробилурины и азолы). Наибольший ингибирующий эффект в отношении грибов рода Fusarium продемонстрировал препарат, содержащий пидифлуметофен и пропиконазол. Максимальное ингибирующее действие на рост штаммов N. gorlenkoana оказывал флудиоксонил, тогда как флуксапироксад оказался малоэффективным. Выявлены существенные различия в чувствительности разных штаммов одного вида гриба к анализированным препаратам, достигающие высоких значений (до 10 раз).
Разработана схема выделения пептидов семян нигеллы (Nigella sativa), включающая в себя псевдоаффинную хроматографию среднего давления и полупрепаративную обращено-фазовую ВЭЖХ. Выделено 5 новых пептидов, установлены их первичные структуры. Для них показана средняя антифунгальная активность и полное отсутствие антибактериального действия.
Было установлено, что внесение липопептидов в почву оказывает стимулирующее действие на функциональное состояние микробного сообщества почв. Внесение препарата сурфактина и фенгицина активировало активность микробных ферментов, участвующих в круговороте углерода, азота и фосфора. Воздействие было выражено в различной степени и длилось различное время в зависимости от конкретного фермента. Максимальный эффект чаще всего был выражен в первые 14 суток от момента внесения препаратов и нивелировался до фоновых значений к 60 суткам.
Проведена школа молодых учёных «Грибные болезни полевых сельскохозяйственных культур. Распространение, значение, диагностика» в формате 12 онлайн лекций. В школе приняли участие 60 слушателей из 22 организаций России и Белоруссии.
В прошедшем году опубликовано 11 статей в журналах. Сделано 15 докладов на 10 конференциях. Для целей проекта организован сбор фитопатологических образов коллегами из разных регионов. Непосредственно исполнителями проекта проведены полевые сборы в Ленинградской и Псковской областях. Полученные результаты и собранный биологический материал позволяют в 2024 г. продолжить запланированные исследования.
Публикации
1. Гаврилова О.П., Орина А.С., Гагкаева Т.Ю. Diversity and pathogenicity of the Fusarium fungi occurred in soybean mycobiota Russian Agricultural Sciences, Vol. 49, No. 4, pp. 368–373. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3103/S1068367423040067
2. Гаврилова О.П., Орина А.С., Гагкаева Т.Ю. Разнообразие и патогенность грибов рода Fusarium, встречающихся в микобиоте сои Российская сельскохозяйственная наука., № 3, с. 31–35 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S2500262723030067
3. Гагкаева Т.Ю., Орина А.С., Гомжина М.М., Гаврилова О.П. Fusarium bilaiae, a new cryptic species in the Fusarium fujikuroi complex associated with sunflower Mycologia, Vol. 115, № 6, pp. 787-801 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1080/00275514.2023.2259277
4. Зеленева Ю.В., Конькова Э.А. Устойчивость сортов мягкой пшеницы, возделываемых на территории Саратовской области, к возбудителям септориозных пятнистостей Вавиловский журнал генетики и селекции, № 6, том 27, с. 582–590 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.18699/VJGB-23-70
5. Казарцев И.А., Гомжина М.М., Гасич Е.Л., Ганнибал Ф.Б. Colletotrichum galinsogae sp. nov. Anthracnose Pathogen of Galinsoga parviflora Diversity, Vol. 15, 866 (11 pp.). (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/d15070866
6. Коваленко Н.М., Зеленева Ю.В., Судникова В.П. Устойчивость к пиренофорозу (Pyrenophora tritici-repentis) у сортов озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), возделываемых на территории Тамбовской области Сельскохозяйственная биология, № 5, том 58, с. 915-926 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.5.915rus
7. Конькова Э.А., Лящева С.В., Зеленева Ю.В., Коваленко Н.М. Характеристика перспективных сортов пшеницы (Triticum aestivum L.), допущенных к возделыванию в Нижневолжском регионе, по устойчивости к возбудителям пиренофорозной и темно-бурой пятнистости Сельскохозяйственная биология, № 5, том 58, с. 852-863 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.5.852rus
8. Орина А.С., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Physiological and biochemical characters of Nigrospora gorlenkoana Novobr. occurring on cereals Biology Bulletin, Vol. 50, № 5, с. 837–849 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S1062359023602550
9. Орина А.С., Гагкаева Т.Ю., Гаврилова О.П. Novel cruciferous plant host of Fusarium temperatum, a species mainly associated with maize Australasian Plant Disease Notes, Vol. 18, article37 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/s13314-023-00523-0
10. Степанов А.А., Васильченко А.В., Васильченко А.С. Subinhibitory effects of 2,4-diacetylphloroglucinol on filamentous fungus Aspergillus fumigatus Journal of Applied Microbiology, Vol. 134, Issue 12, lxad294 (12 pp.) (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1093/jambio/lxad294
11. Шайдаюк Е.Л., Гультяева Е.И. Highly aggressive invasive race group PstS2 in Russian populations of the wheat yellow rust pathogen Doklady Biological Sciences, 511, pp. 235–240. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S0012496623700527