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 проекта 23-26-00204
НазваниеМетагеномное исследование таксономической структуры эндо- и ризосферы эндемичных растений семейства Fabáceae Прибайкалья с целью создания микробиологических препаратов для сельского хозяйства
Руководитель Маркова 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
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 слова эндемики, 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.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
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)
10.3390/cimb45080398
2.
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)
978-5-9624-2170-4.2023.1-228
3.
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)
10.21285/2227-2925-2023-13-4-?-?
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)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 г. были продолжены работы по изоляции и характеристике эндофитных и ризосферных бактерий, ассоциированных с растениями Vicia olchonensis, Hedysarum zundukii, Astragalus olchonensis. Создана коллекция ризосферных и эндофитных штаммов бактерий, ассоциированных с редкими и эндемичными растениями семейства Fabaceae. Эта коллекция послужит основой для дальнейшей работы лаборатории растительно-микробных взаимодействий СИФИБР СО РАН в области поиска ценных для биотехнологии штаммов. На сегодняшний день в коллекции содержится более 200 штаммов бактерий. Для выявления способности взаимодействовать с растениями, провели характеристику выделенных штаммов по их способности продуцировать ауксины и сидерофоры, солюбилизировать фосфаты, наличие амилазной активности, подвижность. Установлено, что способностью синтезировать ИУК обладает примерно 11 % штаммов. Наибольшая продукция ИУК отмечена для штаммов Pseudomonas sp. Hz19 (0.138 мг/мл), Hz11 (0.089 мг/мл ) Pantoea sp. Hz68.2 (0.071 мг/мл). Способность к растворению фосфатов обнаружена у 8 % штаммов. Амилазная активность отмечалась для 15 % штаммов. 23 % исследуемых штаммов были подвижными. Примерно 40 % штаммов были способны синтезировать сидерофоры.
Было выбрано семь штаммов для оценки их действия на рост и развитие растений. Эти штаммы были идентифицированы по 16S рРНК. Это Mycolicibacterium sp., Pantoea sp., Phyllobacterium sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp., Streptomyces sр., Pseudomonas sp. Индексы в GenBank – OR699073, OR699080, OR699076, OR699067, OR699061, OR699068, PQ578214, соответственно. Для оценки воздействия на растения были выбраны семь штаммов, обладающих способностью к солюбилизации фосфатов и синтезу ИУК. Исследования проводили на растениях пшеницы сорта «Ирень» и сое сорта «Саяна». Установлено, что исследуемые штаммы не оказывают негативного воздействия на растения. Исследованные микроорганизмы продемонстрировали различную способность к стимуляции роста растений в зависимости от условий и концентрации, что указывает как на различные механизмы действия, позволяющие им адаптироваться к специфическим условиям окружающей среды, так и на зависимость от физиологических и биохимических характеристик самих бактерий. Особое внимание следует обратить на тот факт, что в условиях дефицита воды положительное воздействие на растения не только не снижалось, но в ряде случаев (например, для штаммов Hz-7, Hz-19 и Hz-21) даже усиливалось. По всей видимости, этот эффект обусловлен спецификой условий произрастания первоначального растения-хозяина.
В процессе выполнения вышеуказанной работы было выбрано десять наиболее перспективных штаммов. Они были отправлены на полногеномное секвенирование в Ярославский государственный университет. Секвенирование проводили по технологии по технологии Oxford Nanopore. Аннотированы геномы штаммов Rhodococcus sp. Hz 102, Streptomyces sp. Hz 21, Variovorax sp. Hz 5. Получены данные по ризосферному метагеному Hedysarum zundukii. Опыт сборки частичных геномов из полученных нами данных shotgun-секвенирования показал, что так как почвенный микробиом обладает весьма высоким разнообразием, имеющегося покрытия оказалось недостаточно для получения протяжённых участков (контигов) и группировки их в частичные геномы. Анализ отдельных генов с помощью программ AntiSMASH и BiGSCAPE указывает на большое разнообразие генных кластеров синтеза нерибосомальных пептидов (более 160 семейств), терпенов (246 семейств), пептидов с пост-трансляционной модификацией (более 200 семейств).
Публикации
1. Маркова Ю. А., Васильев И. А., Кривенко Д. А., Харин Е. С., Петрушин И. С., Чернышова О. А., Хадеева Е. Р., Рыбьяков Р. Ю., Галивонджян А. Х., Демкина А. О., Гилеп К. А., Сутормин Д. А. Таксономическая структура ризосферного микробиома эндемичных видов бобовых (Fabaceae) Прибайкалья Минск, ИнМи, Материалы I международной научно-практической конференции, Минск, 23–25 апреля 2024 года. – Минск: Государственное научное учреждение "Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси", 2024. – С. 146-147. (год публикации - 2024)
2. Маркова Ю. А., Васильев И. А., Кривенко Д. А., Петрушин И. С., Перерва П. А., Чернышова О. А., Хадеева Е. Р., Рыбьяков Р. Ю., Галивонджян А. Х., Демкина А. О., Гилеп К. А., Сутормин Д. А. Взаимосвязь между физико-химическим составом и микробиом образцов почв, отобранных на западном побережье оз. Байкал и острове Ольхон Издательство ИГУ, Иркутск, Plamic2024 : Материалы IV Международной научной конференции «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего» и III Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы адаптации микроорганизмов к различным условиям среды обитания», Байкальск, 15–22 сентября 2024 года. – Иркутск: Издательство ИГУ, 2024. – С. 365-366. – EDN DKGWVT. (год публикации - 2024)
3. И.А. Васильев, М. С. Карепова, А.С.Казазаева, Д. А. Кривенко, Ю.А. Маркова Перспективы использования ризосферных микроорганизмов Приольхонских степей как стимуляторов роста сельскохозяйственных растений. Издательство ИГУ, Иркутск , Plamic2024 : Материалы IV Международной научной конференции «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего» и III Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы адаптации микроорганизмов к различным условиям среды обитания», Байкальск, 15–22 сентября 2024 года. – Иркутск: Издательство ИГУ, 2024. – С. 217-219. – EDN ZGTZCV. (год публикации - 2024)
4. Карепова М.С., Нурминская Ю.В. , Аюшеева Н.Б. , Васильев И.А., Маркова Ю.А. ХАРАКТЕРИСТИКА ШТАММА LYSOBACTER SP., ВЫДЕЛЕННОГО ИЗ РИЗОСФЕРЫ ЭНДЕМИЧНОГО РАСТЕНИЯ ПРИБАЙКАЛЬЯ HEDYSARUM ZUNDUKII (FABASEAE) Издательство ИГУ, Иркутск, Материалы IV Международной научной конференции «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего» PLAMIC2024 и III Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы адаптации микроорганизмов к различным условиям среды обитания». Байкальск,15–22 сентября 2024 г /отв.ред. И.А. Тихонович. –Иркутск: Издательство ИГУ, 2024.–С.272-274. (год публикации - 2024)
5. Васильев И.А. , Карепова М.С., Маркова Ю.А., Петрушин И.С. СПОСОБНОСТЬ РИЗОСФЕРНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ВЛИЯТЬ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология (год публикации - 2024)
6. Нурминская Ю. В. , Васильев И. А., Карепова М. С. , Аюшеева Н. Б., Маркова Ю. А. Морфологическая характеристика штамма Lysobacter sp. Hz25, потенциального источника антимикробных соединений Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, № 1, 2025 (год публикации - 2025)
Возможность практического использования результатов
Биопрепараты для сельскохозяйственных и редких дикорастущих растений послужат укреплению продовольственной безопасности и сохранении биоразнообразия растительных ресурсов Российской Федерации.