Биоразведка цианобактерий - первый шаг на пути к разработке биопрепаратов для нужд растениеводства

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 25-26-00311

НазваниеБиоразведка цианобактерий - первый шаг на пути к разработке биопрепаратов для нужд растениеводства

Руководитель Темралеева Анна Дисенгалиевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук» , Московская обл

Конкурс №102 - Конкурс 2025 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 цианобактерии; геномика; почвы; агроэкосистемы; биоудобрения; растениеводство; биопроспектинг

Код ГРНТИ68.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Ожидаемые результаты
Комплексный характер, новизна и актуальность темы данного проекта предполагают получение результатов, имеющих высокий уровень значимости как в фундаментальном, так и в прикладном аспектах. В числе наиболее важных ожидаемых результатов проекта следующие: 1.Будет проведен первичный скрининг коллекционных штаммов цианобактерий в соответствии с критериями скорости роста, устойчивости к контаминации, функциональной активности, например способности к азотфиксации, продукции экзополисахаридов и пр. 2.Будут секвенированы геномы выбранных штаммов цианобактерий (не менее 10) и выполнена их функциональная аннотация. 3.Будут проведены вегетационные опыты для оценки эффективности стимулирующего воздействия не менее трех штаммов цианобактерий на сельскохозяйственные растения (соя и пшеница). Практическое использование результатов проекта заключается в том, что они могут стать фундаментальной основой для разработки отечественного цианобактериального биопрепарата стимулирующего воздействия на сельскохозяйственные культуры. Изменение климата, исчерпаемость природных ресурсов, рост народонаселения, деградация земель оказывают дополнительное давление на снабжение сельскохозяйственным продовольствием. В настоящее время активно обсуждается взаимосвязь между микробиомами почвы, растений, животных и человека в рамках концепции «единого здоровья» — «healthy roots - healthy plants - healthy people» (Banerjee, van der Heijden, 2023). Почвы являются краеугольным камнем единого здоровья, служат источником и резервуаром и патогенов, и полезных микроорганизмов, и общего микробного разнообразия. По данным ФАО ООН производство 95% продуктов питания напрямую или косвенно связано с почвой, в то время как треть почв во всем мире деградировала из-за эрозии, засоления, подкисления, загрязнения и других негативных процессов. Используя в данном проекте природоподобные технологии для частичного отказа от химических пестицидов и удобрений в пользу биопрепаратов, стимулирующих рост растений, мы внесем вклад в необходимое удовлетворение текущих потребностей человека при сохранении окружающей среды и рациональном использовании ресурсов без ущерба для будущих поколений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году в рамках проекта была проведена комплексная работа, включающая первичный скрининг и углубленный геномный анализ штаммов цианобактерий Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ, Пущино). После культурально-микроскопического анализа более 100 штаммов из ВКМ по ключевым биотехнологическим и агрономическим критериям (скорость роста, устойчивость, способность к азотфиксации) для полногеномного секвенирования было отобрано 10 штаммов (VKM Al-35, 37, 56, 115, 153, 156, 158, 168, 299, 310). После сборки и аннотации метагеномно-ассоциированных геномов (MAG) была установлена таксономическая принадлежность штаммов цианобактерий, а также охарактеризован состав их бактерий-спутников. Анализ функционального потенциала осуществляли с использованием двух независимых подходов: аннотации с помощью Prokka/KofamScan на основе базы данных KEGG и аннотации через сервер RAST с использованием базы данных SEED. Во всех геномах была обнаружена высокая представленность генов, связанных с центральными метаболическими путями: метаболизмом углеводов (от 100 до 150 генов по данным SEED и от 293 до 417 по KEGG), что критически важно для фотоавтотрофов; интенсивным метаболизмом аминокислот (132-160 генов) и кофакторов витаминов (128-156 генов). Особое внимание привлекла выраженная система стресс-ответа и адаптации, отраженная в обогащении категорий «Обработка сигналов из внешней среды» и «Сигнальная трансдукция» (до 375 генов), что объясняет их экологическую пластичность. Важнейшим для целей биостимуляции оказалось выявление генетического потенциала к синтезу широкого спектра биологически активных соединений: во всех геномах присутствовали гены, ассоциированные с биосинтезом вторичных метаболитов, терпеноидов и поликетидов (56-120 генов). На основе интегрального анализа функциональных профилей все штаммы были классифицированы на три группы: высокопотенциальные (VKM Al-115, 168, 35, 37) с максимальными метаболическими возможностями и сложными сигнальными системами; штаммы со сбалансированным профилем (VKM Al-156, 158, 310, 153) и штаммы со специализированной нишей (VKM Al-299, 56). Итогом комплексной оценки, учитывающей таксономическое разнообразие, качество сборки геномов и, в первую очередь, данные функциональной аннотации, стал отбор трех наиболее перспективных штаммов-кандидатов (Nostoc sp. VKM Al-115, Hassallia cf. pseudoramosissima VKM Al-158 и Anabaena cf. pirinica VKM Al-153). Их выбор был обусловлен стремлением максимизировать таксономическое и биогеографическое разнообразие штаммов, а также охватить ключевые агрономически ценные признаки: способность к синтезу фитогормонов, азотфиксации, мобилизации фосфатов, защите от патогенов и устойчивость к абиотическим стрессам. Таким образом, детальный анализ функциональной аннотации геномов не только подтвердил высокий биотехнологический потенциал коллекционных цианобактерий, но и предоставил научное обоснование для выбора конкретных штаммов, которые будут использованы в ходе запланированных на 2026 год лабораторных и вегетационных экспериментов.

Публикации

1. Темралеева А.Д. Метаболиты и геномы в идентификации микроводорослей Сборник материалов VI (XIV) Международной ботанической конференции молодых учёных, Темралеева А.Д. Метаболиты и геномы в идентификации микроводорослей / в Сборнике материалов VI (XIV) Международной ботанической конференции молодых учёных, 21-25 апреля 2025, г. Санкт-Петербург. - 2025. - С. 32-33. (год публикации - 2025)

2. Темралеева А.Д., Синетова М.А., Габриелян Д.А., Дидович С.В., Каменев А.О. Цианобактерии для стимуляции роста растений: от разнообразия таксонов и метаболитов к массовому культивированию и использованию в сельском хозяйстве Biologia et Biotechnologia (год публикации - 2025)