18.05.2010

5709

Зав. лабораторией д.б.н. Макарова Людмила Евгеньевна

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

ФОТО сотрудников лаборатории нынешнего состава
Cлева направо: н.с., к.б.н.О.В. Рыкун; гл.н.с., профессор, д.б.н. А.С. Романенко; гл.н.с., д.б.н. А.К. Глянько; с.н.с., к.б.н. М.Г. Соколова; с.н.с.,к.б.н. Г.П. Акимова; д.б.н. Л.Е. Макарова (зав.лаб.); в.н.с.,д.б.н. Л.А. Ломоватская; вед.инж.,к.б.н. Г.Г. Васильева; н.с.,к.б.н. А.А. Ищенко

Лаборатория была создана в 1962 году и начала работать под руководством доктора биологических наук, профессора Коровина Аркадия Ивановича. В 1962-1970 годах сотрудниками лаборатории ( Н.И. Бакуменко, А.К. Винтер, В.А. Воробьев, А.К. Глянько, Т.С. Гранитова, Д.А. Дульбинская, Л.И. Жучилин, И.Н. Фролов и др.) выполнен большой цикл работ по изучению роли элементов минерального питания в холодо- и заморозкоустойчивости культурных растений. Было изучено действие и последействие этих экстремальных факторов на рост, развитие и продуктивность различных сельскохозяйственных культур и сортов растений. Установлены изменения в поглощении и распределении минеральных элементов, отклонения в азотном, фосфорном обменах и водном балансе растений. Были намечены пути смягчения отрицательного действия низких положительных температур и заморозков путем регулирования условий минерального питания растений. Подобное комплексное изучение физиологических особенностей минерального питания культурных растений при действии экстремальных температур было проведено впервые в нашей стране и за рубежом. Во многом этому способствовало функционирование при Институте станции исскуственного климата (фитотрона).

Лаборатория физиологии устойчивости растений в 1966 г.
На снимке:
Верхний ряд (слева-направо): Л.И. Жучилин, аспирант; И.Н. Фролов, аспирант; А.К. Глянько, аспирант; Э.А. Маричева, ст. лаборант; А.К. Винтер, аспирантка; В.А. Воробьев, мл. научный сотрудник; М.И. Хабардин, ст. лаборант.
Нижний ряд (слева-направо): О.В. Колмакова, ст. лаборант; И.А. Клевцова, рабочая биобазы в Ново-Ленино; А.И. Коровин, зав. лабораторией, д.б.н., проф.; А.Д. Кушманова, ст. лаборант; В.А. Горбунова, аспирантка, преподаватель Иркутского пединститута; А.С. Шилова, рабочая биобазы в Ново-Ленино; Н.И. Бакуменко, аспирантка.

О.П. Родченко. Начало 1970х годов. (Зав. лабораторией в 1970-1988 гг.)

В 70-80-х годах сотрудниками лаборатории (Г.П. Акимова, Е.А. Маричева, Р.Г. Скворцова, Л.Е. Макарова, О.В. Колмакова и др.) под руководством доктора биологических наук, профессора Родченко Октябрины Павловны  изучена роль ростовых процессов клетки в холодоустойчивости культурных растений. Были выяснены сортовые различия процессов роста и обмена веществ в корне при низкой температуре у разных сортов и гибридов кукурузы. На основании этих исследований получен ряд патентов России на методы оценки растений на холодо-, заморозко- и засухоустойчивость растений. Разработана обобщенная схема отбора селекционного материала. В этот же период под руководством кандидата биологических наук Василия Александровича Воробьева активно велись лабораторные и полевые исследования влияния абиотических факторов среды (низкие температуры, условия минерального питания) и различных видов и штаммов ризобий  на нодуляцию бобовых растений. Испытаны штаммы клубеньковых бактерий селекции ВНИИСХМ (г. Санкт-Петербург) на возможность их применения в условиях Восточной Сибири.

С 1988 года и по 2012 г. лаборатория, возглавлявшаяся доктором биологических наук Анатолием Константиновичем Глянько, работала в основном  по проблеме симбиотической азотфиксации. Исследования данного периода времени были направлены на изучение физиологических и биохимических механизмов формирования азотфиксирующего аппарата у бобовых растений при действии экстремальных факторов на начальных этапах бобово-ризобиального взаимодействия. Впервые изучены и определены роль активных форм кислорода (Н₂О₂, О₂)   и азота (NO) в процессах бобово-ризобиального симбиоза на его на его начальных стадиях и обнаружены ароматические соединения (N-фенил-2-нафтиламин и фталаты) в корневых экссудатах бобовых негативного действия.

С 2012 г. руководство лабораторией осуществляется  доктором биологических наук Макаровой Людмилой Евгеньевной. Начиная с  2012 г., научные темы лаборатории  расширились исследованиями растительно-микробных взаимодействий, ведущих к патогенезу, поскольку одной из целей исследований лаборатории является выяснение сходства и различий в стратегиях вирулентности фитопатогенов и микросимбионтов (мутуалистов) в начальные периоды формирования растительно-микробных взаимодействий. В числе объектов исследований сотрудников  лаборатории - сигнальные молекулы и сигнальные системы при участии НАДФН, NO , Ca²⁺, цАМФ, аденилатциклаз, принадлежащие как макро- , так и микропартнерам. Учитывая, что растения в своей ризосфере  через комплекс корневых экссудатов способны регулировать метаболизм окружающей микрофлоры, это определило возникновение еще одного направления - изучения роли физиологически активных компонентов корневых экссудатов – фенольных соединений – в сигналинге и вирулентности бактерий.

Основные направления исследований

- Влияние кислородных (АФК) и азотных (АФА) радикалов и антиоксидантных и прооксидантных систем растения-хозяина на процессы инфицирования бактериями разных типов взаимоотношения с растением (мутуалисты, антагонисты).

- Изучение роли эндогенных и экссудированных в ризосферу фенольных соединений гороха на начальных стадиях бобово-ризобиального симбиоза при стрессовых воздействиях.

- Изучение активности компонентов аденилатциклазных систем  (АСС) макро- и микро-партнеров на начальных этапах формирования их взаимоотношений и регуляторного действия  ароматических компонентов корневых экссудатов гороха на сигналинг и вирулентность бактерий с различной стратегией взаимодействия с растением-хозяином.

 - Изучение взаимодействия пероксидазной системы  с фитогормонами (ИУК, цитокинины) и фенольными соединениями на стадиях узнавания, инфицирования и нодуляции  при развитии симбиотических взаимоотношений гороха с клубеньковыми бактериями и ассоциативными микроорганизмами.
 

Основные результаты

- Низкая положительная температура отрицательно сказывается на темпах развития бобовых растений, увеличивает период появления клубеньков и уменьшает их количество, снижает интенсивность азотфиксации.

- Установлен феномен регулирующего влияния ризобиальной инфекции на содержание АФК и АФА в тканях  корня растения-хозяина, который заключается в антагонистическом или синергическом действии клубеньковых бактерий на АФК (НАДФН-оксидаза) и АФА-генерирующие системы корней растения-хозяина.  Инфицирование проростков гороха клубеньковыми бактериями снижает уровень оксида азота (NO) в корнях, усиленная генерация которого инициируется неблагоприятными экзогенными воздействиями. Синергическое  действие ризобиальной инфекции на генерацию АФК и АФА наблюдается при действии патогенной бактерии, гербицида параквата. Усиление или подавление АФК и АФА-генерирующих систем  под влиянием ризобиальной инфекции свидетельствует, по-видимому, о разных метаболических путях воздействия биотических и абиотических факторов на синтез растением-хозяином активных форм кислорода и азота.

- Начальные этапы инфицирования корней ризобиями находятся под контролем ИУК и цитокининов, содержание которых существенно возрастает при инокуляции; низкая положительная температура снижает содержание фитогормонов, а также митотическую активность клеток корня и замедляет формирование эффективного клубенька.

- Проявление мутации, приводящее к нарушению способности образовывать клубеньки, зависит от гормонального статуса корня, в частности, от концентрации ИУК, обеспечивающей закладку клубеньковой меристемы.

- Температура среды и инокуляция проростков гороха клубеньковыми бактериями влияет на состав и содержание фенольных соединений в корнях и в корневых экссудатах; наиболее липофильная часть "растворимых" эндогенных фенольных соединений корней растения-хозяина действует на размножение проникших в ткани корня бактерий, а также участвует в регуляции уровня перекисного окисления липидов в клетках корня. Показана связь между зависимым от температуры изменением уровня ПОЛ и влиянием на него фенольных соединений, антиоксидантные свойства которых проявляются в липофильных системах окисления в присутствии аскорбата железа. Установлено, что при отсутствии света и пониженной температуре фенольные соединения корневых экссудатов могут лимитировать размножение ризобий в ризосфере.

- Разработан проект “Бактериальные биопрепараты – экологически чистые эффективные биоудобрения”. Проект неоднократно представлялся на областных выставках “Инновации для экономики и социальной сферы” (Иркутск, 2005 – 2009 гг). Показано, что ризобактерии (Azotobacter, Bacillus), входящие в состав бактериальных биопрепаратов (Азотобактерина, Фосфобактерина, Кремнийбактерина), обладают ростстимулирующей активностью, способствуют адаптации растений к гипотермии, восстановлению скорости роста после холодового воздействия и улучшению состава почвенной микрофлоры; повышению урожая и его качества у овощных и зернобобовых культур.

  - Совокупность полученных лабораторией данных свидетельствует об существенных изменениях в метаболизме растения-хозяина в ответ на инокуляцию ризобиями. При этом реакция на действие ризобий  восприимчивых и невосприимчивых к ризобиальной инфекции зон корня бобового растения различна. На начальных этапах симбиотического взаимодействия биологически активные вещества растения – фитогормоны, антиоксидантные ферменты (каталаза, пероксидаза), АФК, АФА и эндогенные фенольные соединения с про- и антиоксидантной активностью, участвуют в механизмах, которые регулируют проникновение ризобий в ткани корня и последующие этапы инфицирования, и обеспечивают необходимую защиту от избытка бактерий.

 - На основании полученных данных выдвинута гипотеза об активном участии растения-хозяина в регуляции инфекционного и нодуляционного процессов с участием фитогормонов, фенольных соединений, кислородных и азотных радикалов и нарушение этой регуляции при действии экстремальных экзогенных и эндогенных факторов.

-  Сотрудниками лаборатории за последние 10 лет защищены 5 кандидатских и 2 докторские диссертации.

Темы для сотрудничества

Изучение физиологической и биохимической роли АФК, АФА, фитогормонов, фенольных соединений и аденилатциклазной сигнальной системы в процессах жизнедеятельности растений и формировании фито-микробных взаимодействий.

18.05.2010

6025

Лаборатория физиолого-биохимической адаптации растений была создана в 2009 году на базе лаборатории технической биохимии и объединила несколько научных групп, усилия которых направлены на изучение биохимических, физиологических, генетических, агрохимических и экологических аспектов адаптации различных культурных растений к неблагоприятным условиям произрастания.

 Одно из важных направлений работы лаборатории – картирование в геноме мягкой пшеницы локусов количественных признаков (ЛКП),  связанных с устойчивостью к засухе. Мы тесно сотрудничаем с учеными из Института цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск) и  Института генетики культурных  растений им. Лейбница (Гатерслебен, Германия), и используем разнообразные генетические коллекции и картирующие популяции мягкой пшеницы.  В результате совместной работы было показано, что, по меньшей мере, в двух регионах генома D пшеницы, на хромосомах 2D и 7D, локализованы ЛКП, предположительно, регулирующие сеть генов, активирующихся при водном стрессе (Рисунок 1). Микросаттелитные маркеры Xgwm539 на хромосоме 2D и Xgwm111 на хромосоме 7D могут быть рекомендованы для использования в маркер-опосредованной селекции для повышения эффективности  селекции на засухоустойчивость (Osipova et al., 2016).

Рисунок 1. Регионы в геноме D мягкой пшеницы, обогащенные локусами количественных признаков (ЛКП), связанными с вариабельностью ключевых признаков фотосинтеза, биомассы побега и активности антиоксидантных ферментов в условиях оптимального полива (голубой цвет) и вододефицита (красный цвет). Стрелки показывают позицию на хромосоме максимального ЛОД-балла.

В область научных интересов лаборатории входит также исследование процессов формирования белкового матрикса клейковины пшеницы, ее технологическое качество (Osipova et al., 2012) и механизмы адаптации растений пшеницы, связанные с липидным метаболизмом (Пермякова и др., 2017). Лаборатория активно участвует в работе Европейского общества по анеуплоидии пшеницы (EWAC) и крупных международных форумах по генетике пшеницы.

Важнейшим селектируемым признаком при создании сортов озимых зерновых культур для условий Восточной Сибири является зимостойкость. Мы установили, что

- погодные условия осеннего периода в условиях лесостепной зоны Иркутской области в большинство исследуемых лет благоприятствовали формированию зимостойкого состояния у озимых культур;

- продолжительность осеннего развития растений и их возраст к уходу в зиму в значительной степени определяют успех перезимовки. Молодые растения, как правило, более морозостойки;

- выявлены видовые различия по содержанию дегидринов в узлах кущения озимых культур (Рисунок 2). Более высокая зимостойкость озимого тритикале и озимой ржи по сравнению с пшеницей, вероятно, определяется содержанием полипептидов с молекулярной массой 29 у тритикале и 55,3 у ржи кДа на протяжении зимнего периода (Pomortsev et al., 2017);

Рисунок 2. Дегидрины, выделенные из термостабильной фракции белков узлов кущения озимых зерновых культур. A, B, C, D – образцы отобраны 25 ноября, 20 февраля, 3 марта и 30 марта, соответственно. Т– озимое тритикале, W – озимая пшеница; R– озимая рожь.

- различия между видами озимых культур в содержании свободного пролина (Катышева и др., 2015), водорастворимых углеводов, оводнённости тканей, интенсивности дыхания наиболее чётко проявляются в конце зимовки, в критический для выживания растений период (Рисунки 3, 4);

Рисунок 3. Жизнеспособность озимых ржи, тритикале и пшеницы в полевых условиях, %	Рисунок 4. Содержание свободного пролина в узлах кущения в конце зимовки, мкМ/г сухой массы

- озимые рожь, пшеница и тритикале реализуют сходный механизм формирования зимостойкости, имеющий небольшие количественные и качественные отличия в зависимости от этапа подготовке к зимовке, зимовке и весеннего выхода из неё.

Большое внимание в лаборатории уделяется изучению зимостойкости яблони в условиях Южного Предбайкалья и выяснению её физиолого-биохимических основ. История промышленного садоводства в Восточной Сибири насчитывает больше 50 лет. Главную роль в расширении территории выращивания яблони сыграло привлечение в селекцию сибирской ягодной яблони Malus baccata (L.) Borkh. За короткий срок усилиями сибирских селекционеров было создано более 200 сортов яблони для разных регионов Сибири. Многолетнее изучение яблони (230 видов, форм и сортов) в условиях Южного Предбайкалья позволило установить, что зимостойкость деревьев тесно сопряжена с хозяйственно-ценными признаками (Рисунок 5). Плоды зимостойких яблонь отличаются присутствием небольшой горечи (терпкости), небольшими размерами, ранними сроками созревания. Деревья имеют ярко выраженную периодичность плодоношения и высокую  способность к регенерации (Раченко и др., 2013; Раченко и др., 2016).

Рисунок 5. Хозяйственно ценные признаки яблони, сопряженные с зимостойкостью.

Подробно изучен полифенольный профиль плодов яблони сибирской и ее полукультурных гибридов F1, F2 и F3. Показано, что химический состав полифенолов плодов яблони сибирской в целом характерен для рода Malus, но при этом имеет четко выявляемые особенности: низкое содержание флаван-3-олов и производных коричной кислоты; высокое содержание процианидина В1, флоридзина, антоцианов, гликозидов кверцетина. Уникальной особенностью яблони сибирской является низкое содержание флавоноида эпикатехина (Рисунок 6). Процианидин В2 не был обнаружен ни в кожуре, ни в пульпе плодов яблони  сибирской. При скрещивании с яблоней домашней в плодах полученных сортов существенно изменяется соотношение содержаний флаван-3-олов за счет появления в тканях процианидина В2 и увеличения содержания (-)-эпикатехина (Rudikovskaya et al., 2015).

В молекулярно-генетических исследованиях яблони сибирской лаборатория сотрудничает с учеными из Swedish University of Agricultural Sciences.

Рисунок 6. Индивидуальный масс-спектр флавоноида эпикатехина

В лаборатории проводится большая селекционная работа по отбору генотипов культурных растений с улучшенными характеристиками продуктивности и устойчивости. В ближайшей перспективе - передача в государственное сортоиспытание ультраскороспелого сорта сои (Рисунок 7А) и озимого тритикале (Рисунок 7В).

Рисунок 7. Посевы сои (А) и тритикале (Б) на опытно-экспериментальном участке СИФИБР, д. Тунгуй, Заларинский район.

Наряду с селекционными работами проводятся исследования по разработке технологий выращивания новых культур и сортов применительно к условиям Предбайкалья (Рисунок 8). Изучаются пути рационального использования почвенного плодородия и управление им посредством средообразующего потенциала полевых культур и соответствующих агротехнологий. На основе полученных знаний разрабатываются практические рекомендации по оптимизации минерального питания и продукционного процесса растений с учетом почвенно-климатических условий (Зорина, Соколова, 2016; Соколова и др., 2017).

Рисунок 8. Делянки сои на опытно-экспериментальном участке СИФИБР, д. Тунгуй, Заларинский район. Изучение сроков посева (А) и влияние обработки гербицидами (Б).

18.05.2010

5596

Заведующая лабораторией - Грабельных Ольга Ивановна, д.б.н., доцент
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., телефон: (3952) 42-46-59.

Лаборатория физиологической генетики организована в 1960 году под названием «лаборатория роста и развития растений». В первые годы существования ее возглавлял чл.-корр. АН СССР Ф.Э. Реймерс, затем с 1975 г. по 1980 г. – д.б.н. Э.Е. Хавкин. С 1981 года она получила нынешнее название и до 2018 года лабораторией заведовал д.б.н., профессор В.К. Войников. С 2018 года руководство лабораторией осуществляет д.б.н. О.И. Грабельных.

В этой лаборатории активно велись и ведутся исследования генетических и биохимических механизмов регуляции энергетического обмена в митохондриях и участия стрессовых белков в метаболизме клетки.

За прошедшие с открытия стрессовых белков растений годы достигнут несомненный прогресс. К настоящему времени точно установлено, что, как ответ растительного организма на низкотемпературный стресс, так и формирование закаленного состояния растения начинаются непосредственно с момента начала охлаждения и протекает при участии определенных белков. Кроме значительного числа вовлеченных в эти процессы ферментов, к настоящему времени выделено несколько семейств белков, специфически связанных с этими процессами. Это шапероны и дегидрины, антифризные белки, многофункциональные белки, регулирующие процессы трансляции и транскрипции и белки, разобщающие во время низкотемпературного стресса окисление и фосфорилирование.

Установлено, что синтез этих белков обеспечивается в большинстве случаев ядерными генами, экспрессия которых индуцируется во время температурного стресса и закаливания и определяется их условиями.

Установлено, что при температурных стрессах в клетках растений функционирует митохондриальный сигналинг, который включает в себя взаимодействие информационной и энергетической систем клетки. Показано, что флуктуации температуры вызывают изменения в энергетической активности митохондрий растений. Эти изменения связаны с перестройкой в составе липидов митохондриальных мембран, что, вероятно, является сигналом о начале действия температурного стресса. Происходит изменение редокс-состояния митохондриальных мембран и формируется сигнал о стрессе. После трансдукции сигнала в ядро изменяется экспрессия генов и происходит синтез стрессовых белков, которые попадают в различные компартменты клетки, изменяя ее метаболизм и устойчивость к стрессу.

Только в самые последние годы становится понятно, что у растений существуют такие биохимические механизмы защиты от низкотемпературного стресса, которые, как считалось раньше, имеются только у животных. В частности, такими механизмами являются синтез в ответ на низкотемпературный стресс у злаков антифризных белков, выполняющих функцию, сходную с той, которую, как было установлено еще в 60-е годы, эти белки выполняют у антарктических рыб. В последние годы установлено также наличие в растениях разобщающих белков, вызывающих термогенез в растительных митохондриях, хотя ранее такой механизм защиты от низкотемпературного стресса считался прерогативой теплокровных животных.

Обнаружение у растений белков, разобщающих окисление и фосфорилирование в митохондриях, объясняет ранее установленный факт термогенеза в холодоустойчивых озимых злаках во время низкотемпературного стресса. Показано наличие у злаков трех термогенных систем, связанных с разобщением окисления и фосфорилирования в митохондриях. Озимые злаки имеют многочисленные защитные системы, которые позволяют им во время холодового шока эффективно выкачивать воду из цитоплазмы в апопласт и, следовательно, избегать образования кристаллов льда внутри их клеток, а также много других защитных систем, связанных с синтезом различных классов стрессовых белков. Тем не менее, для активации всех этих систем во время низкотемпературного стресса необходимо определенное время. В этом случае быстрое разобщение окисления и фосфорилирования в митохондриях и связанный с этим процессом термогенез позволяет растению выиграть время, необходимое для активации этих систем. В связи с этим присутствие трех термогенных систем у озимых злаков является приспособлением к озимому образу жизни и способом защиты от заморозков и переохлаждения.

В целом, имеющиеся к настоящему времени результаты позволяют утверждать, что митохондриальные разобщающие белки принимают участие в защите незакаленных растений от холодового шока – быстрого снижения температуры. При этом происходит в первую очередь активация существующих систем (альтернативной оксидазы, митохондриального разобщающего белка PUMP за счет увеличения количества свободных жирных кислот и стрессового белка БХШ 310 за счет перехода из неактивной в активную форму), вызывающих термогенез и локальное повышение температуры. Это повышение температуры позволяет растениям выиграть время для адаптационной перестройки метаболизма – изменению состава и структуры мембран, транспорту необходимых метаболитов через мембраны, синтезу стрессовых белков (в том числе разобщающих белков), дегидратации клетки и т.д., что позволяет растению адаптироваться к воздействию низкой температуры. В то же время у закаленных к действию низкой температуры растений адаптационная перестройка метаболизма уже проведена, в связи с чем им нет необходимости тратить энергетические ресурсы организма на повышение температуры растения.

Таким образом, к настоящему времени выделены и охарактеризованы новые типы стрессовых белков растений – антифризные белки, предохраняющие клетки растений от повреждения кристаллами льда, молекулярные шапероны и дегидрины, предохраняющие макромолекулы от повреждения во время низкотемпературного стресса, и стрессовые разобщающие белки, позволяющие растениям поддерживать во время низкотемпературного стресса в течение некоторого времени положительную температуру, что позволяет растению подготовиться к последующему действию отрицательной температуры. Изучение разобщающих растительных белков представляет также значительный интерес в связи с теоретической возможностью использования их в качестве медицинских препаратов для регуляции энергетического обмена.

В лаборатории подготовлено и защищено несколько десятков кандидатских и докторских диссертаций.

18.05.2010

5597

18.05.2010

8130

Заведующий лабораторией генетической инженерии растений
Константинов Юрий Михайлович, д.б.н., профессор
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Лаборатория основана в 1989 году (с 1982 года существовала в статусе группы генетической инженерии растений).

В центре основных научных интересов лаборатории генетической инженерии растений Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН находится проблема взаимодействия трех геномов растительной клетки (митохондриального, хлоропластного и ядерного) в ходе жизненного цикла высших растений, а также проблема разработки принципов направленного изменения генома митохондрий. Исследования ведутся по следующим направлениям:

1. Редокс-регуляция экспрессии генов как способ интеграции трех геномов растительной клетки в единую генетическую систему.
2. Исследование молекулярных механизмов импорта ДНК в митохондрии и разработка систем генетической трансформации митохондрий растений in vivo

Коллектив лаборатории обладает необходимыми навыками, опытом и квалификацией для проведения работ с культурами растительных клеток и целыми растениями, изучения экспрессии генов методами количественной ОТ-ПЦР и ДНК-микрочипирования (microarray), выделения митохондрий и хлоропластов из различных источников и работы с интактными органеллами, клонирования ДНК, анализа нуклеиновых кислот и белков методами электрофореза в нативных и денатурирующих условиях, в том числе методом Blue Native PAGE при исследованиях белковых комплексов.

РЕДОКС-РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ КАК СПОСОБ ИНТЕГРАЦИИ ТРЕХ ГЕНОМОВ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ В ЕДИНУЮ ГЕНЕТИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ

Обнаружена зависимость экспрессии ядерного гена gdh2, кодирующего бета-субъединицу митохондриальной глутаматдегидрогеназы, от редокс-состояния электрон-транспортной цепи митохондрий. Обработка суспензионной культуры клеток арабидопсиса ингибиторами митохондриальных дыхательных комплексов III и IV приводит к увеличению содержания транскриптов gdh2, в то время как ингибирование комплекса I не оказывает какого-либо воздействия на экспрессию данного гена. Таким образом, установлено, что экспрессия гена gdh2 реагирует на изменения редокс-состояния дыхательной цепи на участке, локализованном между первым и третьим дыхательным комплексом. При этом фосфорилирование белков, осуществляемое серин-треониновыми протеинкиназами, является необходимым этапом в процессе передачи сигнала об изменении экспрессии gdh2 (Тарасенко и др., 2009).

(A) Влияние ингибиторов трех комплексов дыхательной цепи митохондрий – ротенона (комплекс I), антимицина А (комплекс III) и цианида калия (комплекс IV) – на содержание транскриптов гена gdh2 в суспензии клеток арабидопсиса.
(Б) Влияние ингибиторов протеинкиназ (стауроспорин) и протеинфосфатаз (эндотал) на индукцию гена gdh2, а также гена альтернативной оксидазы aox1a, под воздействием антимицина А. Уровень транскриптов генов сох3 и fro1 приведен в качестве контроля.

Показано, что экспрессия генов gdh1 и gdh2 зависит также и от хлоропластно-ядерных сигналов. При переносе растений арабидопсиса из темноты на свет, экспрессия генов gdh1 и gdh2 многократно снижается. Обработка листьев ингибитором транспорта электронов DCMU, приводящая к окислению пула пластохинона тилакоидных мембран на свету, вызывает повышение экспрессии генов gdh1 и gdh2 подобно тому, как это происходит в темноте. Таким образом, в регуляции экспрессии генов gdh1 и gdh2 принимают участие сигналы, возникающие при изменении редокс-состояния пула хлоропластного пластохинона.

Схема экспериментов по изучению влияния редокс-состояния пула пластохинона на экспрессию генов gdh1 и gdh2. PQ-пул – пул пластохинона. DCMU – 3-(3,4-дихлорофенил)-1,1-диметилмочевина (20 мМ). DBMIB – 2,5-дибромо-3-метил-6-изопропилбензохинон (200 мМ).

Экспрессия генов gdh1 и gdh2 в листьях растений арабидопсиса зависит от изменения редокс-состояния пула пластохинона в хлоропластах. Представлены результаты обратно-транскриптазной ПЦР в реальном времени. Для нормализации использовали уровень транскрипта гена YLS8.

Обнаружено, что редокс-условия оказывают комплексное воздействие на генетические процессы в митохондриях. Показано существование редокс-контроля транскрипции и трансляции в митохондриях высших растений (Konstantinov et al., 1995; Гарник и др., 2006). С помощью метода run-on транскрипции в митохондриях исследовано влияние редокс-состояния основного и альтернативного путей переноса электронов на транскрипцию митохондриальных генов в растениях Arabidopsis thaliana. Обнаружено, что ингибиторы цитохромного пути (антимицин А, KCN) и альтернативной оксидазы (салицилгидроксамовая кислота - СГК) оказывают разнонаправленный эффект на скорость транскрипции митохондриальных генов: если ингибирование основного пути переноса электронов в митохондриях приводит к существенному снижению скорости транскрипции, то при ингибировании альтернативной оксидазы наблюдается увеличение скорости транскрипции генов (Zubo et al., 2014). Таким образом, ингибирование потока электронов по цитохромному пути может служить редокс-сигналом для репрессии транскрипции митохондриальных генов, в то время как усиление потока электронов, происходящее при ингибировании альтернативного пути окисления, вызывает активацию транскрипции.

Разнонаправленный эффект ингибиторов цитохромного пути и альтернативной оксидазы на скорость транскрипции митохондриальных генов Arabidopsis thaliana. Схема иллюстрирует места действия ингибиторов дыхания. СГК – салицилгидроксамовая кислота.

С помощью метода run-on транскрипции в хлоропластах исследовано влияние редокс-состояния основного и альтернативного путей переноса электронов митохондрий на транскрипцию хлоропластных генов в растениях Arabidopsis thaliana. Показано, что изменение состояния основного пути транспорта электронов при обработке растений арабидопсиса ингибитором митохондриального дыхательного комплекса IV цианидом калия приводит к снижению скорости транскрипции хлоропластных генов. Ингибирование альтернативного пути дыхания митохондрий с помощью салицилгидроксамовой кислоты также вызывает некоторое снижение интенсивности транскрипции. Одновременное ингибирование основного и альтернативного путей дыхания митохондрий приводит к существенно более выраженному подавлению транскрипции хлоропластных генов (Зубо и др., 2014).

Изменение интенсивности транскрипции хлоропластных генов в растениях арабидопсиса, обработанных ингибитором альтернативного пути дыхания салицилгидроксамовой кислотой (СГК), ингибитором основного пути цианидом калия (KCN), либо их смесью. Римскими цифрами обозначены комплексы дыхательной цепи. АО – альтернативная оксидаза..

Важно отметить, что снижение транскрипции наблюдается только в условиях освещения и полностью отсутствует в темноте. Данный факт указывает на вероятную роль подобной регуляции транскрипции в предотвращении сверхвосстановленного состояния хлоропластов на свету. Полученные результаты свидетельствуют в пользу существования механизма регуляции транскрипции хлоропластных генов, воспринимающего редокс-сигналы от основного и альтернативного путей переноса электронов митохондрий. Такой механизм может иметь важное физиологическое значение в оптимизации фотосинтеза высших растений.

ИССЛЕДОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ИМПОРТА ДНК В МИТОХОНДРИИ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ МИТОХОНДРИЙ РАСТЕНИЙ IN VIVO

Сотрудниками лаборатории впервые установлено, что изолированные митохондрии способны импортировать двухцепочную линейную ДНК путем активного, не зависящего от последовательности ДНК транспорта. Способностью к импорту ДНК обладают митохондрии, изолированные не только из разных растительных объектов (картофель, кукуруза, арабидопсис, цветная капуста, суспензионная культура клеток табака), но и млекопитающих (печень крысы, культура клеток человека) (Koulintchenko et al., 2003, Koulintchenko et al., 2006, Константинов и др., 2016). Эффективность импорта ДНК в митохондрии зависит как от физической формы молекулы (линейные молекулы транспортируются намного эффективнее, чем кольцевые), так и от ее размера (с увеличением длины импортируемого субстрата импорт эффективность импорта снижается). Показано, что чужеродный генетический материал (а именно ген GFP), импортируемый в органеллы в составе вектора, созданного на основе кукурузного плазмидного репликона, контролируемый митохондриальными регуляторными последовательностями, может экспрессироваться, а также служить матрицей для синтеза ДНК. Наличие регуляторных митохондриальных последовательностей для синтеза как РНК, так и ДНК, при этом является критическим.

Схематическая организация генетической конструкции на основе митохондриальной плазмиды 2,3 т.п.н. кукурузы, использованной в качестве субстрата для импорта в митохондрии.

Транскрипция импортируемой ДНК в растительных митохондриях. Экспрессия генов orf1 и gfp в растительных митохондриях показана методом транскрипции in organello с последующей Southern-блот гибридизацией (A) и обратно-транскриптазной ПЦР (Б).

При исследовании механизма транспорта ДНК в растительные митохондрии установлено, что в этом процессе участвуют белки наружной и внутренней мембран органелл. С использованием антител, специфичных к белку наружной митохондриальной мембраны порину, показана необходимость этого белка для осуществления транспорта ДНК в митохондрии. Ингибиторный анализ с применением таких специфичных к белку-переносчику АДФ и АТФ в митохондриях лигандов, как атрактилозид и бонгкрековая кислота, продемонстрировал, что основным белком внутренней митохондриальной мембраны, участвующим в транспорте ДНК, является адениннуклеотидтранслоказа. Сделано заключение о том, транспорт ДНК через митохондриальную мембрану является энергозависимым процессом и происходит с участием порина в наружной митохондриальной мембране и адениннуклеотидтранслоказы во внутренней митохондриальной мембране (Koulintchenko et al., 2003). В более поздних исследованиях было показано, что этими белками механизм импорта ДНК не исчерпывается, и в транслокации ДНК участвует ряд других белковых кофакторов, в частности Cu-связывающий белок (CuBP) в составе дыхательного комплекса I растительных митохондрий (Weber-Lotfi et al., 2015).

Компоненты предполагаемого механизма транслокации ДНК в растительные митохондрии. ANT – адениннуклеотидтранслоказа. VDAC – митохондриальный порин.

С участием сотрудников лаборатории впервые получены доказательства интеграции чужеродной ДНК в митохондриальный геном картофеля, осуществляемой по механизму гомологичной рекомбинации (Mileshina et al., 2011). Установлено, что (1) ген-репортер может быть интегрирован в мтДНК без дупликаций и делеций; (2) рекомбинация происходит по фланкирующим ген-репортер последовательностям; (3) для обмена гомологичными последовательностями необходимо наличие фланкирующих ген-репортер последовательностей длиной 0,5-0,6 т.п.н., гомологичных резидентной мтДНК; (4) рекомбинационный процесс не требует жесткой гомологии между встраиваемой последовательностью и мтДНК. В последующем обнаружено, что импорт ДНК-субстратов больших размеров зависит от наличия в их последовательности определенных элементов, а именно, инвертированных повторов на 5’- и 3’-концах молекулы: известно, что внутри органелл инвертированные повторы вовлечены в связывание с белками, участвующими в репликации и стабилизации плазмиды (Ibrahim et al., 2011). При этом эффективность импорта ДНК в митохондрии млекопитающих не зависит от последовательности молекулы.

ДНК-субстрат большой длины (9 т.п.н.), содержащий на концах инвертированные повторы (ИП), импортируется в митохондрии картофеля со значительно более высокой эффективностью.

Наличие природного механизма переноса ДНК в митохондрии открывает принципиально новые возможности как для фундаментальных исследований в области молекулярной биологии митохондриальных генов, так и для научно-прикладных исследований по разработке подходов и методов митохондриальной трансформации для решения задач в биомедицине, биотехнологии и сельском хозяйстве.

Генетическая трансформация митохондрий растений является важной и до настоящего времени нерешенной задачей. Один из возможных подходов к ее решению - использование растений с инактивированной РНК-полимеразой RPOTmp. Данный белок участвует в контроле экспрессии как митохондриальных, так и хлоропластных генов, а мутантные по нему растения характеризуются рядом фенотипических и молекулярно-биологических отличий, таких как замедленный рост, изменения в морфологии листьев, экспрессии митохондриальных и, возможно, хлоропластных генов, пониженная активность митохондриальных дыхательных комплексов. Целью исследований лаборатории является выяснение специфической роли, которую RPOTmp играет в митохондриях и хлоропластах. С помощью агробактериальной трансформации мутантной линии арабидопсиса rpotmp получены трансгенные растения, в которых белок RPOTmp направляется либо только в митохондрии, либо только в хлоропласты.

Семена линий Tmp-M (митохондриальная локализация RPOTmp) прорастают раньше, чем семена мутантной линии rpotmp, при этом время прорастания семян линий Tmp-P (хлоропластная локализация RPOTmp) не отличается от характерного для мутантных растений.

Фенотипический облик трансгенных растений Tmp-М в сравнении с исходными мутантами rpotmp и растениями дикого типа (Col-0).

Количество копий митохондриальных генов, увеличенное в мутанте rpotmp, восстанавливается почти до уровня дикого типа в линиях Tmp-M, но не Tmp-P.

Изучение мутантных растений, экспрессирующих RPOTmp хлоропластной локализации, не выявило различий между ними и исходными мутантами. Мутанты rpotmp, экспрессирующие RPOTmp митохондриальной локализации, напротив, проявляли фенотип, практически не отличимый от нормального, а уровень экспрессии и копийность митохондриальных генов были близки к уровням, наблюдаемым в растениях дикого типа (Tarasenko et al., 2016).

Предполагаемая схема трансформации митохондриального генома мутантной линии арабидопсиса rpotmp.

Полученные данные свидетельствуют в пользу представлений о том, что белок RPOTmp играет важную роль в митохондриях, но не в хлоропластах, а также служат указанием на возможность использования растений rpotmp и генетической конструкции, несущей ген rpotmp, в качестве системы для трансформации митохондриального генома.

18.05.2010

6522

Лаборатория является одной из старейших в Институте. Она существует со дня его основания. Первым ее заведующим был Анатолий Сергеевич Рожков – выдающийся сибирский ученый, заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор. С 1985 г. лабораторией руководил доктор биологических наук, профессор Андрей Сергеевич Плешанов, с 2009 г. – доктор биологических наук Татьяна Алексеевна Михайлова. С 2025 г. возглавляет лабораторию кандидат биологических наук Ольга Владимировна Калугина.

ОСНОВНАЯ ЦЕЛЬ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛАБОРАТОРИИ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ

– изучение состава, структуры, динамики биоразнообразия Байкальской Сибири на уровне видов, биоценозов, экосистем, выявление ответных реакций организмов на изменение условий среды при воздействии антропогенных факторов.

Основные направления работы лаборатории

• Изучение видового, структурного, функционального разнообразия редких и реликтовых сосудистых растений, растительных сообществ, альгофлоры, энтомофауны на территории Байкальской Сибири в естественных условиях и при воздействии негативных факторов. Разработка ГИС-технологий для анализа, обобщения и хранения данных по биоразнообразию.
• Исследование лесных экосистем Байкальского региона, подвергающихся воздействию антропогенных факторов (техногенного загрязнения, урбанизации, высокой техногенной нагрузки и др.). оценка уровня загрязнения лесов, их жизненного состояния, степени нарушенности и подавления защитных свойств по комплексу токсикологических, физиолого-биохимических, морфоструктурных, биогеохимических индикаторов.

БАЗОВЫЕ ПРОЕКТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛАБОРАТОРИИ

2017–2020 гг. – Проект «Выявление физиолого-биохимических и экологических индикаторов изменения состава и экосистемныхфункций биоразнообразия на фоновых и антропогенно нарушенных территориях Байкальской Сибири» (Руководитель: д.б.н. Т.А. Михайлова). Рег. № НИОКТР – АААА-А17-117011810101-8.

2021–2024 гг. – Проект «Исследование биологического разнообразия Байкальской Сибири на территориях разной степени нарушенности природными и антропогенными факторами» (Руководитель: д.б.н. Т.А. Михайлова). Рег. № НИОКТР – 122041100045-2.

С 2025 г. – Проект «Выявление изменений биологического разнообразия Байкальской Сибири на территориях воздействия антропогенных, техногенных, природныхнегативных факторов разной интенсивности» (Руководитель: к.б.н. О.В. Калугина). Рег. № НИОКТР – 125021702332-4.

ОСНОВНЫЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ НАУЧНЫЕ РАЗРАБОТКИ ЛАБОРАТОРИИ (2019-2023 ГГ.)

Проанализирована динамика фиторазнообразия (сосудистых растений) в степных экосистемах Приангарья, попавших в зону влияния Братского водохранилища

Проведены исследования фиторазнообразия, включающие ретроспективный анализ, на территориях, прилегающих к Братскому водохранилищу и характеризующихся измененными гидрологическими условиями в сочетании с интенсивной хозяйственной деятельностью. Показано, что в пределах обследованной территории произрастает 23 вида редких растений, к возможно исчезнувшим относится 7 видов. Составлена карта местонахождений редких и реликтовых видов на степных территориях, прилегающих к водохранилищу. Природоохранным органам даны рекомендации о безотлагательном учреждении новых заповедных территорий в этой части региона. Работы в этом плане в 2021 г. уже начались - проведены экспертные ботанические обследования предлагаемых для создания ООПТ территорий: «Верховья реки Тарей» в Братском районе и «Заросли яблони реки Куй» в Балаганском районе. (Автор: к.б.н. Чернышева Ольга Александровна)

Публикации:
Verkhozina A.V., Belous V.N., Chernysheva O.A. et al., Findings to the flora of Russia and adjacent countries: New national and regional vascular plant records, 1 // Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation. – 2019. – 8(1). – P. 143–154. DOI: 10.17581/bp.2019.08114 .
Verkhozina A.V., Chernysheva O.A. et al., Findings to the flora of Russia and adjacent countries: New national and regional vascular plant records, 2 // Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation. – 2020. – 9(1): 139–154. DOI: 10.17581/bp.2020.09115
Кривенко Д. А., Чернышева О. А. Новые местонахождения охраняемых видов сосудистых растений в Южной Сибири // Ботанический журнал. – 2019. – Том 104. – № 7. – С. 143–160. DOI: 10.1134/S0006813619070068

Молекулярно-генетические исследования редких (исчезающих) видов сосудистых растений Южной Сибири

Проведены молекулярно-генетические исследования редких видов рода Tulipa (тюльпан) из Южной Сибири с целью уточнения их видовой принадлежности. Ранее считалось, что на этой территории произрастает три вида тюльпанов. Однако генетический анализ образцов, собранных при обширных полевых обследованиях юга Сибири в 2023 г., однозначно показал наличие двух видов тюльпанов подрода Orithyia: Tulipa uniflora и T. mongolica, оба относятся к редким (исчезающим), требующим охраны. При изучении видовой приуроченности тюльпанов к эдафическим условиям обитания установлено, что T. uniflora произрастает в основном на дерново-карбонатных почвах, T. mongolica – на некарбонатных каштановых почвах. Специфику морфологических параметров этих растений определяют физико-химические свойства почв, а от антропогенного воздействия зависят плотность и размеры популяции. (Автор: к.б.н. Чернышева Ольга Александровна)

Публикации:
Chernysheva O.A., Bukin Y.S., Kulakova N.V., Mitrenina E.Yu., Murashko V.V., Khadeeva E.R., Erst A.S., Krivenko D.A. How many species of tulips of the subgenus Orithyia (Tulipa, Liliaceae) are in Southern Siberia? // Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation. – 2023. 12 (1). – С. 1–9. DOI: 10.17581/bp.2023.12104.
Хадеева Е.Р., Чернышева О.А. Разнообразие почв Республики Тыва в местообитаниях Tulipa uniflora (l.) Besser ex Вaker // Науч.-практ. конф. с междунар. участием «Российско-монгольско-китайское приграничье: природно-ресурсная и этнокультурная основа устойчивого развития», посвящ. 95-летию со дня рожд. В.В. Бугровского, Новосибирск, 20 октября 2023 г. [ТЕКСТОВОЕ ЭЛЕКТРОННОЕ ИЗДАНИЕ] / под ред. Ч.Н. Самбыла. Кызыл: Центр биосферных исследований, 2023. С. 144–149.

Разнообразие наземной альгофлоры в биогеоценозах Предбайкалья с учетом вертикально-ярусного градиента

Получены новые знания об альгофлоре континентальных территорий Азиатской России, к которым принадлежит Предбайкалье. Выявлено высокое разнообразие водорослей, функционирующих в наземных экосистемах - 579 видовых и внутривидовых таксонов. Зарегистрированы представители шести отделов (рисунок). Обнаружены редкие виды: Ammatoidea simplex, Cyanostylon microcystoides, Chloranomala sp. Выявлены особенности состава и структуры альгокомплексов подземного и надземного ярусов биогеоценозов. Показано обеднение альгокомплекса надземного яруса за счет влаголюбивых видов. Проведен сравнительный анализ видового разнообразия водорослей Предбайкалья и других регионов Евразии. Обнаружены виды, перспективные для целей биоремедиации и биотехнологии как потенциальные источники природных биоактивных соединений. (Авторы: к.б.н. Егорова Ирина Николаевна, вед. техн. Тупикова Галина Сергеевна)

Публикации:
Егорова И. Н., Судакова Е. А., Максимова Е. Н., Тупикова Г. С. Наземные водоросли гор Южной Сибири и Северной Монголии // Ботанический журнал. – 2020. – Т. 105, № 2. – С. 107–132. DOI: 10.31857/S0006813620020027;
Егорова И. Н., Коновалов М. С., Шергина О. В., Дударева Н. В., Тупикова Г. С. Ассоциации водорослей и мохообразных рода Hedwigia P.Beauv. в горной тайге Хэнтэя (Забайкальский край, Россия) // Сибирский лесной журнал. – 2020. – №6. – С. 44-57; DOI: 10.15372/SJFS20200606;
Maksimova E. N., Denisova T. P., Simonova E. V., Safronov А. P., Pedranova V. I., Egorova I. N., Samatov О. M., Kurlyandskaya G. V. Effect of Magnetic Ferric Oxide (γ-Fe2O3) Nanoparticles on the Growth of Algal and Yeast Cultures // Inorganic Materials: Applied Research. – 2020. – V. 11. – P. 772–776. Doi.org/10.1134/S2075113320040255;
Nobis M., Marciniuk J., Marciniuk P., Wolanin M., Király G., Nowak A., Paszko B., Klichowska E., Moreno-Moral G., Piwowarczyk R., Sánchez-Pedraja Ó., Wróbel A., Egorova I. N., Eliaš P. jun., Krivenko D. A., Kuzmin I. V., Lazkov G. A., Mei G., Nobis A., Olonova M. V., Soreng R. J., Stinca A., Vasjukov V. M., Vershinin N. A. Contribution to the flora of Asian and European countries: new national and regional 2 vascular plant records, 9 // Doga, Turkish Journal of Botany. – 2020. – V. 44, №4. – P. 455–480. DOI: 10.3906/bot-1908-41.

Разнообразие наземных водорослей в природных и антропогенно нарушенных биогеоценозах Предбайкальского прогиба

Получены новые данные о разнообразии альгофлоры Байкальского региона. В естественных и антропогенно-нарушенных экосистемах Предбайкальского прогиба выявлено 315 видов и разновидностей из шести отделов: Cyanoprokaryota/Cyanobacteria, Bacillariophyta, Ochrophyta, Euglenozoa, Chlorophyta, Streptophyta. Найдены редкие для региона виды. Показано, что в степных фитоценозах с сильной антропогенной нарушенностью почвы резко усиливается прирост биомассы нитчатой колониальной цианопрокариоты Nostoc commune – фотосинтезирующего организма, способного к фиксации атмосферного азота. Это дает основание рекомендовать N. commune в целях биоремедиации для восстановления деградирующих почв. Обнаружен представитель рода Chloroidium, перспективный для биотехнологических исследований как источник получения жирных кислот. (Авторы: к.б.н. Егорова Ирина Николаевна, вед. техн. Тупикова Галина Сергеевна)

Публикации:
Egorova I.N., Kulakova N.V., Bedoshvili Ye.D. Chloroidium saccharophilum (Chlorophyta) from the Lake Baikal shore // Новости систематики низших растений, 2022. – Т. 56, №2. С. 255–272.
Тупикова Г.С., Егорова И.Н. Биологические почвенные корочки в сухостепных экосистемах Байкальской котловины // Микроорганизмы и плодородие почвы: мат-лы I Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, посвящ. 90-летию со дня рожд. проф. Е.М. Панкратовой. – Киров: Вятский ГАТУ, 2022. C. 143–146.

База данных: Короеды Байкальской Сибири и Северного Приамурья

База данных (БД) «Короеды Байкальской Сибири и Северного Приамурья» дает системную информацию об одной из основных групп вредителей леса. Многие виды короедов способны давать вспышки массового размножения и вызывать опустошения. При этом борьба с ними затруднена неэффективностью применения химических методов борьбы в связи со скрытностволовым образом жизни этих жуков. БД включает сведения о 49 видах, относящихся к 18 родам, 12 трибам и 2-м надтрибам. Для каждого вида указаны географическое распространение, места находок (описание местоположения и географические координаты), таксономическое описание, включая фотографии, и кормовые породы. БД создана для автоматизации сбора и структурирования сведений о насекомых, а также для быстрого поиска и анализа запрашиваемых данных и формирования информационной основы для геоинформационных систем. (Авторы: к.б.н. Антонов Игорь Алексеевич, вед. техн. Агафонова Тамара Андреевна, вед. инж. Силаев Алексей Сергеевич)

Публикации:
Bystrov S. O., Antonov I. A. First Record of the Four-Eyed Fir Bark Beetle Polygraphus proximus Blandford, 1894 (Coleoptera, Curculionidae: Scolytinae) from Irkutsk Province, Russia // Entomological Review. – 2019. – Vol. 99, No. 1. – P. 54–55. DOI: 10.1134/S001387381901007X.
Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2019621911. «Короеды Байкальской Сибири и Северного Приамурья» [Текст] / Антонов И. А., Агафонова Т. А., Силаев А. С. ; заявитель и патентообладатель Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук (RU). – Заявка № 2019621798 ; заявл. 16.10.2019 ; опубл. 25.10.2019.

Исследование биохимической адаптации хвойных деревьев при воздействии хронического техногенного загрязнения

Выявлен высокий адаптивный потенциал хвойных деревьев бореальной зоны в условиях воздействия техногенного загрязнения. На примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), вида-индикатора, показана большая значимость неферментативных антиоксидантов в предотвращении окислительного повреждения ассимиляционных органов, вызываемого техногенными поллютантами. Результаты исследования динамики содержания фенольных соединений (флавоноидов, катехинов, проантоцианидинов) и разных форм аскорбиновой кислоты (восстановленной АКвосст, окисленной ДАК, неактивной ДКГК), а также изменений их соотношений в хвое, свидетельствуют, что при воздействии техногенных эмиссий активные адаптационные процессы имеют место даже в условиях сильного хронического загрязнения деревьев, подавление их обнаруживается только при критическом уровне загрязнения. (Авторы: к.б.н. Калугина Ольга Владимировна, д.б.н. Михайлова Татьяна Алексеевна)

Публикации:
Afanasyeva L.V., Kalugina O.V., Mikhailova T.A. The effect of aluminum smelter emissions on nutritional status of coniferous trees (Irkutsk Region, Russia) // Environmental Science and Pollution Research. – 2021. – Vol. 28, No. 44. – P. 62605–62615. – http://doi.org/10.1007/s11356-021-15118-4
Kalugina O.V., Mikhailova T.A., Afanasyeva L.V., Gurina V.V., Ivanova M.V. Changes in the fatty acid composition of pine needle lipids under the aluminum smelter emissions // Ecotoxicology. – 2021. – Vol. 29, No 4. – P. 1287-1297. DOI: 10.1007/s10646-021-02479-2
Kalugina O.V., Afanasyeva L.V., Mikhailova T.A., Filinova N.V. Activity of low-molecular weight components of Larix sibirica antioxidant system under exposure to technogenic pollution // Ecotoxicology. - 2022. -V. 31, Issue 10. - P. 1492-1505. DOI : 10.1007/s10646-022-02607-6

Исследование динамики восстановительных сукцессий на территориях техногенных отвалов промышленных агломераций Сибири

Впервые для региона исследована динамика восстановления растительности и почвенного покрова в пределах крупных техногенных отвалов, занимающих большие площади вблизи промышленных городов Сибири и вызывающих резкие нарушения естественных экосистем. Показано, что трансформация почвенно-растительного покрова отвалов сопровождается выраженными биогеохимическими изменениями, обусловленными высоким уровнем привнесенных техногенных поллютантов. В пределах отвалов выделено несколько типов эмбриоземов, по существу являющихся последовательными стадиями техногенного почвообразования. Каждой из стадий эмбриоземов соответствует определенная восстановительная сукцессия фитоценозов. Определены основные индикаторы состояния почвы, которые подлежат контролю при проведении рекультивации. Выявлены растения-концентраторы для использования их в фиторемедиации для обезвреживания эмбриоземов от токсикантов. (Авторы: к.б.н. Шергина Ольга Владимировна, д.б.н. Михайлова Татьяна Алексеевна)

Публикации:
Михайлова Т. А., Калугина О. В., Шергина О. В. Мониторинг техногенного загрязнения и состояния сосновых лесов на примере Иркутской области // Лесоведение. – 2020. – № 3. – с. 265-273. DOI: 10.31857/S0024114820020072;
Takahashi M., Feng Z., Mikhailova T.A., Kalugina O.V., Shergina O.V., Afanasieva L.V., Heng R.K.J., Majid N.M.A., Sase H. Air pollution monitoring and tree and forest decline in East Asia: A review // Science of The Total Environment. – 2020. – Vol. 742. – 140288. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140288;
Михайлова Т.А., Шергина О.В., Калугина О.В., Тараненко Е.Н. Хвойные деревья как биоиндикаторы загрязнения городской среды полициклическими ароматическими углеводородами // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 7. – С. 13–18. DOI: 10.17513/use.37425;
Mikhailova T. A., Kalugina O. V., Shergina O. V. Identification the areas of concern for pine forest and soil cover conditions in the Predbaikalie region // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2020. – 408. – 012082. DOI: 10.1088/1755-1315/408/1/012082.

Карты-схемы поддерживающих и регулирующих экосистемных функций/услуг древесных растений на урбанизированных территориях.

Разработан метод создания карт-схем, отображающих уровни поддерживающих и регулирующих экосистемных функций/услуг городских лесов – важнейшего компонента для создания комфортной городской среды. Оценка экосистемных функций/услуг проведена по комплексу морфоструктурных, физиолого-биохимических, токсикологических индикационных показателей древесных растений. Полученный массив данных обработан методами математической статистики с целью построения шкал балльных значений, соответствующих низкому, достаточному, оптимальному уровням проявления экосистемных функций/услуг древесных растений. При экологическом зонировании территорий городов (на примере Ангарска и Усолья-Сибирского Иркутской области) согласно балльным шкалам созданы карты-схемы, показывающие масштабы нарушенности экосистемных функций/услуг городских лесов. Рекомендованы мероприятия для оптимизации состояния городских зеленых насаждений. (Авторы: к.б.н. Шергина Ольга Владимировна, д.б.н. Михайлова Татьяна Алексеевна)

Публикации:
Mikhailova T.A., Shergina O.V., Kalugina O.V., Dmitrieva A.A. Pine needles and soil as bioindicators of forest ecosystems in the anthropogenically disturbed areas of the Baikal region // BIO Web of Conferences. – 2024. – V. 93, № 01003. DOI: 10.1051/bioconf/20249301003;
Воронин В.И., Верхозина А.В., Михайлова и др. Исследования Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН в области биоразнообразия и лесной экологии // География и природные ресурсы. – 2024. – № 3. – С. 47–61. DOI: 10.15372/GIPR20240305;
Михайлова Т.А., Шергина О.В. Индикация состояния городских лесных биогеоценозов // Лесные экосистемы бореальной зоны: биосферная роль, биоразнообразие, экологические риски: Материалы Международной конференции. – Красноярск: ИЛ СО РАН, 2024. – С. 246–247.

Практическое применение результатов:

Результаты исследований ежегодно представляются в Минприроды и экологии Иркутской области и публикуются в Государственных докладах о состоянии окружающей среды области и РФ. Полученные данные представляют интерес для разработки систем мониторинга состояния наземных биогеоценозов Байкальской Сибири, для выявления территорий, проблемных в плане сохранения биоразнообразия и рационального использования природных ресурсов.

На основании результатов инвентаризации редких и реликтовых сосудистых растений, а также изучения ландшафтных особенностей их территориального размещения, выделено несколько территорий, рекомендованных для создания новых ООПТ.

Результаты изучения наземных водорослей вошли в Летопись Сохондинского государственного биосферного заповедника, включены в Труды Олекминского заповедника, Труды Прибайкальского национального парка.

Коллекционные культуры водорослей используются в биотехнологических целях как источники физиологически ценных веществ.

Данные о состоянии хвойных древостоев, подвергающихся влиянию техногенных эмиссий, могут использоваться при проведении экологических экспертиз загрязнения лесов региона и для обоснования допустимого уровня техногенных выбросов, не приводящего к развитию патологических процессов в экосистемах. Созданные базы данных о состоянии лесов могут использоваться для построения тематических карт, отражающих уровень загрязнения и жизненное состояние древостоев на территории Иркутской области.

Данные о состоянии урбоэкосистем востребованы при оценке состояния городских лесов как важнейшего фактора улучшения экологической среды промышленных городов. Они учитываются при разработке программы озеленения промышленных городов Байкальского региона.

Разработанные базы данных о распространении насекомых-вредителей леса могут рассматриваться как информационно-справочный материал для регионального Центра защиты леса.

РАБОЧИЕ БУДНИ (ФОТО)

Закладка учетной площади на о. Ольхон

Проведение полевых исследований в городских лесах

Изучение эмиссии углекислого газа с поверхности почв

Описание пробной площади

Сотрудники лаборатории в лаборатории
(О.В. Калугина и О.В. Шергина)

Полевые работы в лесах Тайшетского района (2022 г.)

Экспедиция в Таджикистан (2024 г.)

17.05.2010

5525

Заведующая лабораторией физиологии растительной клетки
Озолина Наталья Владимировна, д.б.н.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Лаборатория физиологии растительной клетки основана в 1963 г. Рюриком Константиновичем Саляевым. Многие годы он был бессменным руководителем и сформировал основные направления, по которым лаборатория работает и сегодня. Рюрик Константинович Саляев является Cоветником РАН.

Кадровый состав

Доктора – 2
Кандидаты – 6

Основные научные направления

Научные исследования в лаборатории ведутся по двум приоритетным направлениям:

I. Клеточная биология. Физиолого-генетический контроль функций клеточных органелл и разработка принципов их направленной модификации.
Изучение изменений в составе липидов межмембранных контактных сайтов, присутствующих в пограничных мембранах.

II. Биотехнология. Разработка инновационных терапевтических вакцин, создаваемых на базе трансгенных растительных экспрессионных систем, против рака и других опасных папилломатозов.

Основные научные результаты

I направление.
В лаборатории физиологии растительной клетки проводятся эксперименты по изучению регуляции механизмов мембранного транспорта, исследование генных сетей контроля функций органелл растительной клетки с целью разработки принципов их направленного изменения. Разработанный в лаборатории метод позволяет в достаточном количестве получать изолированные вакуоли высокой степени чистоты, стабильные в течение длительного времени. Центральная вакуоль – органелла, которая характерна только для растительной клетки. Ранее, в результате проведения работ в области изучения функционирования вакуолей, на вакуолярной мембране (тонопласте) были обнаружены липид-белковые микродомены – рафты, которые могут принимать участие в процессах, связанных с регуляцией метаболизма растительной клетки. Проведенные эксперименты показали, что рафтовые микродомены плазмалеммы и тонопласта столовой свеклы Beta vulgaris принимают активное участие в защите растительной клетки от осмотического и окислительного стресса. Сравнение изменений в составе липидов, которые могут принимать участие в защитных механизмах растительной клетки, в плазмалемме и тонопласте показывает существенную роль вакуолярной мембраны, что может быть связано с усилением при стрессе такого защитного механизма, как аутофагия. Полученные результаты говорят о возможности направленной регуляции адаптационных механизмов растительной клетки для защиты от абиотического стресса. Новое направление работ в лаборатории – исследование рафтовых структур мембран хлоропластов пшеницы.

Ранее в лаборатории проводилось изучение регуляции активности протонных помп тонопласта в зависимости от изменения редокс-условий и от ряда сигнальных молекул, играющих важную роль в метаболических процессах клетки, были проведены эксперименты по изучению активности протонных помп тонопласта и их регуляции при гипо- и гиперосмотическом стрессах. В результате были выявлены существенные отличия в активности изучаемых ферментов, что позволило сделать вывод о более важной роли Н⁺-пирофосфатазы в стрессовых условиях. В настоящее время проводятся исследования по влиянию тяжелых металлов на активность протонных помп тонопласта.

Вакуоль клеток растений активно вовлекается в репаративные процессы, а также в процессы детоксикации и утилизации эндогенных и экзогенных метаболитов. В рамках этого направления установлено, что в вакуолях клеток корнеплодов столовой свеклы сосредоточены такие редокс-ферменты, как фенол-зависимая пероксидаза, Cu,Zn-супероксиддисмутаза (Cu,Zn-СОД), глутатион-S-трансфераза и глутатионредуктаза.

Одно из исследований лаборатории связано с подробным изучением фитостеринов в свободной и конъюгированных формах, которые не только участвуют в стабилизации мембран, упорядочивая ряд жирных кислот и увеличивая толщину мембраны, но могут выполнять и сигнальные функции. Проект направлен на решение фундаментальной проблемы изучения механизмов засухоустойчивости растений и сфокусирован на выяснении роли фитостеринов в адаптации мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) к дефициту воды.

II направление. Разработка инновационных терапевтических вакцин, создаваемых на базе трансгенных растительных экспрессионных систем, против рака и других опасных папилломатозов. Руководитель темы: д.б.н. Н.И. Рекославская.

Главный научный сотрудник
Рекославская Наталья Игоревна, доктор биологических наук
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Кандидатная профилактическая пероральная вакцина на основе трансгенных плодов томата с генами "поздних" белков L1 оболочки высокоонкогенных вирусов папилломы человека (16, 18, 31 и 45 типы) была разработана при использовании авторской вирусной растительной экспрессионной системы против цервикального рака (работа выполнена по контракту с фирмой «Фармасинтез»). В процессе разработаны методы получения антигенных белков ВПЧ16 L1, ВПЧ18 L1, ВПЧ31 L1 и ВПЧ45 L1, а также неродственного аногенитального типа ВПЧ6 L1. Освоены способы наработки нейтрализующих антител в сыворотке крови опытных мышей, что и является предметом создаваемой профилактической вакцины против цервикального рака и других опасных папилломатозов. Данные профилактические вакцины создают почти на 100% защиты от цервикального рака: IgG анти ВПЧ16 L1 – на 70%, IgG анти ВПЧ18 L1 – на 7%, IgG анти ВПЧ31 и 45 L1 – на оставшиеся 13%. По окончанию работы по договору с "Фармасинтез" фирме передан заключительный отчёт за 5 лет работы и 2 кг образцов лиофилизированной вакцины против 4 типов ВПЧ (по 500 г каждого типа) для дальнейших доклинических и клинических испытаний на добровольцах. Также был передан проект заявки на патент.

В настоящий период группа работает над пероральной терапевтической вакциной против цервикального рака и аногенитальных кондиломатозов. Выявлено, что «ранний» белок ВПЧ16 E2 вызывает 100% регрессию опухолей семенников и легких у мышей, предварительно инфицированных человеческими раковыми клетками HeLa. После терапевтического вакцинирования с ВПЧ16 Е2 весьма активно синтезируется γ-интерферон (в 1000 и 10000 раз) в периферических мононуклеарных клетках крови и в спленоцитах, эффективно генерируются CD4 (хелперы) и CD5 (киллеры) Т-лимфоциты (в 1000 раз), Т-клеточный рецептор (TCR), а также усиливается синтез (в 1000 и более раз) противораковых ферментов апоптоза: гранзима В, перфорина и гранулизина. На модели ex vivo легких из мышей разработано быстрое опухолеобразование при инокуляции с раковыми клетками HeLa, при этом резко подавляется синтез γ-интерферона, СD4/CD8 Т-лимфоцитов, TCR и ферментов апоптоза. Вакцинирование или инокуляция раковых опухолей легких с ВПЧ16 Е2 вызывает регрессию опухолей и восстанавливается эффективный синтез онколитических клеточных факторов иммуногенеза. Установлено, что аналогичное действие оказывают известные терапевтические онколитики – оксидазы L- и D-аминокислот. Инокуляция нативных легких ex vivo из мышей с клетками HeLa вызывает интенсивное образование в Т-лимфоцитах, выделенных из этих легких, рецепторов чек-пойнтов (check-points) контрольных точек опухолеобразования PD-1 и его лиганда PD-L1. ВПЧ16 Е2 практически полностью подавляет образование рецепторов – чек-пойнтов PD-1/PD-L1 в клетках крови и в Т-лимфоцитах из опухолеродных легких мышей.

Исследования открывают перспективу создания терапевтической вакцины против рака, вызываемого клетками HeLa, на основе растительных экспрессионных систем c ВПЧ16 Е2.

Проводится большая работа по организации заинтересованности школьников в научно-исследовательской работе.

ФОТОГРАФИИ в рабочем процессе

17.05.2010

5325

Уважаемые коллеги!

Приглашаем Вас принять участие в V научно-практической Конференции Малой Школьной Академии при СИФИБР СО РАН
"Изучая мир растений".

Конференция состоится 7 апреля 2010 г по адресу Иркутск, Лермонтова, 132, Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН, конференц-зал. Начало в 11 ч.
К участию приглашаются учащиеся средних и старших классов школ и учреждений внешкольного образования, объектом исследований которых являются растения, при этом тематика работ может быть самой разнообразной: от моделирования ландшафтов, до биохимических исследований.

Подробнее...

17.05.2010

961144

Институт является одним из ведущих научных учреждений, разрабатывающим приоритетные вопросы современной физиологии растений, молекулярной биологии и экологии растительных организмов.

Основной целью научных исследований СИФИБР СО РАН является получение новых фундаментальных знаний об основах жизнедеятельности клеток, организмов и их сообществ и создание на основе этих знаний безопасных генмодифицированных растений, имеющих ценные признаки; получение новых устойчивых, высокопродуктивных и быстрорастущих сортов сельскохозяйственных, плодовых, лекарственных и древесных растений, а также технологий их выращивания; разработка высокоэффективных продуцентов лекарственных и других целевых веществ, исследования видового и экосистемного биоразнообразия Восточной Сибири; разработка методов мониторинга наземных экосистем, включая агроэкосистемы, определение основных показателей их ресурсного потенциала и биосферных функций, в том числе в балансе углерода в зависимости от широтно-зональных градиентов среды, антропогенного воздействия и глобальных климатических изменений.

Институт ведет активную образовательную деятельность и готовит кадры высшей профессиональной квалификации через базовые кафедры, систему аспирантуры и соискательство. Кроме того в Институте функционирует Малая школьная академия, которая ведет образовательную и научно-просветительскую работу со школьниками.

17.05.2010

26020

Забанова Наталья Сергеевна, к.б.н., доцент, ст. научный сотрудник лаборатории физиологической генетики
Зав.отделом аспирантуры
тел.: + 7 (3952) 42-46-58
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Образовательная деятельность по образовательным программам высшего образования – программам подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре осуществляется на государственном языке Российской Федерации (русском языке).

• Информация для поступающих

• Нормативно-правовая база

• Учебный процесс

• Сведения об образовательной организации

• Стипендии

17.05.2010

8381

Состав Ученого совета Института

05.05.2010

2203

Защита диссертации Оскорбиной М.В. на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Защита диссертации состоится "27" декабря 2010 г в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 003.047.01 при Учреждении Российской академии наук Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Автореферат

Защита диссертации Шигаровой А.М. на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Защита диссертации состоится "2" декабря 2010 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.047.01 при Учреждении Российской академии наук Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Автореферат

Защита диссертации Чепалова В.А. на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Защита диссертации состоится "10" июня 2010 г в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 003.047.01 при Учреждении Российской академии наук Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Автореферат

Защита диссертации Кузнецовой Е.В. на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Защита диссертации состоится "10" июня 2010 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.047.01 при Учреждении Российской академии наук Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Автореферат

Защита диссертации Алексеенко А.Л. на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Защита диссертации состоится "13" мая 2010 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.047.01 при Учреждении Российской академии наук Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Автореферат

12.10.2007

1878

Защита диссертации Коротаевой Н.Е. на соискание ученой степени кандидата биологических наук состоится 12 ноября 2007 года в 10 часов в конференц зале СИФИБРа
Автореферат