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 22-74-10001-П
НазваниеЭндофиты стильбен-содержащих растений: от биоразнообразия к биотехнологии
Руководитель Алейнова Ольга Артуровна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии» Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край
Конкурс №5071 - Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-206 - Физиология и биохимия растений
Код ГРНТИ62.00.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Эндофиты — это микроорганизмы, чаще бактерии и грибы, которые бессимптомно населяют внутренние ткани растений. Эндофиты способны связывать полезные макроэлементы, такие как фосфор, железо (сидерофоры) и азот из окружающей среды и генерировать фитогормоны. Подобные эндофиты повышают усвоение растениями питательных веществ и повышают устойчивость растений к патогенам и разным формам абиотического стресса. Кроме того, эндофиты могут повысить устойчивость растений к патогенам, воздействуя на вредителей и патогенные микроорганизмы с помощью антибиотиков, гидролитических ферментов, а также занимать схожие экологические ниши с патогенами. Доказано, что растение без сопутствующих эндофитов было бы менее приспособлено к борьбе с фитопатогенами и более восприимчиво к стрессовым условиям.
В последние годы растительные эндофиты привлекают все больше внимания с точки зрения их применения для повышения свойств растений или защиты от болезней. Широкий спектр эндофитов-хозяев делает их мощным инструментом в сельскохозяйственной биотехнологии.
В продолжении данного проекта планируется изучить состав микробиологического сообщества винограда на виноградниках Приморского края, с целью выявления и прогнозирования вспышек развития патогенных микроорганизмов винограда, а также созданию новых подходов, основанных на естественном взаимодействии растений и эндофитов, для защиты сельскохозяйственно-важных культур от неблагоприятных факторов внешней среды (абиотических стрессов и патогенных микроорганизмов).
Виноград является одной из важнейших продовольственных культур, занимающая видное место в сельском хозяйстве благодаря высокому спросу и экономической ценности. В России ведется поиск новых регионов с благоприятным климатом для выращивания винограда. Юг Дальнего Востока обладает потенциалом в качестве перспективного региона для выращивания винограда. Решением Правления Ассоциации виноградарей и виноделов России 27 августа 2024 года в список виноградопригодных земель включены новые виноградо-винодельческие зоны в Приморском крае, Хабаровском крае и Сахалинской области. Однако влажный климат и суровые зимы создают ряд проблем для виноградарства на Дальнем Востоке России, в частности, появление новых патогенных микроорганизмов. Виноградники в Приморском крае России особенно восприимчивы к таким заболеваниям, как мучнистая роса (оидиум) и ложная мучнистая роса, которые значительно снижают урожайность винограда. Эффективная борьба с болезнями зависит, прежде всего, от использования различных защитных и системных фунгицидов в течение всего сезона, что обычно требует 6-8 обработок в те годы, когда условия благоприятствуют эпидемиям. Снижение содержания пестицидов в сельскохозяйственной продукции, растущее внимание к охране окружающей среды и, зачастую, отсутствие коммерчески жизнеспособных устойчивых сортов винограда указывают на необходимость разработки альтернативных стратегий борьбы с болезнями винограда. Идентификация патогенов является важным шагом в определении правильной стратегии борьбы с болезнями винограда.
В продолжении проекта планируется продолжить поиск широко распространённых патогенов на виноградниках Приморского края для дальнейшей разработки систем ранней диагностики этих патогенов и выявлению эндофитных микроорганизмов, способных подавлять эти патогены. Также предполагается продолжить поиск новых штаммов эндофитов из стильбен-содержащих растений (винограда, горца и ели) с благоприятными свойствами для сельскохозяйственно важных культур растений для создания биопрепаратов, повышающих рост и устойчивость к патогенам растений.
Успешная достижимость целей проекта доказывается нашим научным заделом и публикациями в журналах с высокими импакт факторами, данными литературы, подтверждающими адекватность предложенных подходов, наличием в относительной близости выбранных стильбен-содержащих растений для проведения необходимых экспериментов и имеющейся материально-технической базой.
Ожидаемые результаты
В ходе реализации продолжения проекта планируется в первую очередь выполнить широкомасштабный анализ патогенов, встречающихся на виноградниках Приморского края. Планируется сбор образцов винограда на 6 виноградниках Приморского края в летний период, когда визуально видны симптомы заболевания винограда. При помощи метагенномного анализа отобранных образцов винограда планируется выявить основные патогенные микроорганизмы винограда на виноградниках Приморского края. Данное исследование будет проведено впервые на территории Дальнего Востока России. Полученные сведения позволят более направленно и своевременно бороться с возбудителями заболеваний винограда в Приморском крае.
Используя биоинформатический анализ, планируется выявить гипотетические микроорганизмы антагонисты выявленных патогенов винограда. Полученные результаты будут являться основой для разработки средств биоконтроля патогенов винограда.
Основываясь на полученных в ходе реализации продолжения проекта данных, планируется разработать тест-системы для ранней диагностики выявленных патогенов винограда. Разработанные методы могут послужить основой для прогнозирования эпидемий заболеваний винограда и борьбы с ними на виноградниках.
Ранее нами был детально изучен состав эндофитных сообществ стильбен-содержащих растений – винограда амурского, горца остроконечного и ели аянской. Были обнаружены штаммы эндофитных бактерий и грибов винограда, способные ингибировать рост патогенов растений и стимулировать рост растений. Планируется дальнейшее изучение свойств обнаруженных штаммов эндофитных бактерий и грибов винограда, и дополнительно провести поиск интересных с точки зрения биотехнологии эндофитов горца остроконечного и ели аянской. В результате проделанной работы, планируется создать биопрепараты на основе микроорганизмов, способствующие росту или защите от патогенов сельскохозяйственных культур.
Интенсивное изучение данной области имеет первостепенное значение для перехода к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству. Исследования видовой представленности патогенов винограда на территории Приморского края даст возможности для своевременного и направленного предотвращения вспышек заболевания винограда, что безусловно будет способствовать виноградарству на территории региона. Кроме того, наличие доступных тест систем для идентификации патогенов винограда, характерных для региона, может предоставить полезную информацию для руководства по применению фунгицидов и потенциально повысить эффективность борьбы болезнями на виноградниках. Подобные тест системы позволят избежать дополнительной превентивной обработки химическими реагентами, что также благоприятно скажется на качестве урожая и будет экономически оправдано.
Способность отдельных штаммов эндофитов растений, содержащих стильбены, повышать устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды и улучшать качество урожая, без применения генно-модифицированных технологий и опасных для здоровья и экологии химикатов, представляет собой значительный интерес для прогресса сельского хозяйства. Поэтому разработка биопрепаратов на основе эндофитов стильбен-содержащих растений является актуальной задачей для развития продуктивного сельского хозяйства.
Конечным результатом проекта будут являться данные о видоспецифичности патогенов винограда на виноградниках Приморского края, создание тест систем для их идентификации, а также разработка перспективных препаратов на основе естественных микроорганизмов стильбен-содержащих растений для борьбы с неблагоприятными факторами окружающей среды.
У научного коллектива есть опыт проведения подобных работ. В рамках выполнения завершающегося проекта был проведен широкомасштабный анализ распространения возбудителя ложной мучнистой росы винограда Plasmopara viticola Berl. & de Toni на Дальнем востоке России. При помощи биоинформатического анализа были определены о потенциальные микробные антагонисты P. viticola, и разработан метод ранней идентификации P. viticola, основанный на методе количественной ПЦР в реальном времени (ПЦР РВ) с применением флуоресцентного красителя SYBR Green I. Дополнительно, обнаружены интересные штаммы эндофитных бактерий, населяющих дикорастущий виноград Vitis amurensis. С помощью высокопроизводительного секвенирования и ВЭЖХ было установлено, что бактерии Bacillus velezensis AMR25 способны сдерживать рост патогенов растений, наличия генов биосинтеза поликетидов и бактериоцинов, которые обладают антимикробными свойствами. Выявлено, что бактерии Gordonia aichiensis P6PL2 способны увеличивать размер сельскохозяйственно важных культур за счет наличия в геноме генов биосинтеза фитогормонов, повышении биодоступности макроэлементов и колонизации растительных систем. В коллективе успешно применяются различные методы молекулярной биологии, в частности отработаны методы выделения ДНК для дальнейшего метагенномного анализа и полногенномного секвенирования. В коллективе есть опыт биоинформатического анализа данных по выявлению патогенов винограда и гипотетических микробных антагонистов, а также по аннотации геномов эндофитных микроорганизмов.
Ожидаемые результаты обладают существенной оригинальностью и имеют высокий потенциал для использования как в России, так и на международном уровне, способствуя прогрессу аграрного сектора и общей фитосанитарной безопасности.