Лаборатория молекулярных основ стрессоустойчивости растений

Отдел молекулярной биологии и биотехнологии растений

Руководитель: Тальянский Михаил Эммануилович, д. б. н., профессор
Michael.Taliansky@mail.ru

Молекулярная и прикладная биология вирусов растений, бактериальные болезни растений, механизмы устойчивости растений к стрессам, функции клеточного ядра и субъядерных структур, геномные технологии картофеля

Лаборатория молекулярных основ стрессоустойчивости растений  создана в составе Филиала ИБХ РАН в городе Пущино в 2017 г. Организация и финансирование Лаборатории осуществляется за счет средств мегагранта правительства РФ № 14.W03.31.0003 по теме «Новые функции клеточного ядра и комплексная устойчивость растений картофеля к болезням и физиологическим стрессам» в рамках программы государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных организациях высшего образования, научных учреждениях, подведомственных Федеральному агентству научных организаций, и государственных научных центрах Российской Федерации.

Деятельность Лаборатории направлена на получение всесторонних знаний о механизмах комплексных стрессов в растениях, развитие новых подходов и идентификацию ключевых целевых генов, необходимых для защиты растений от влияния различных стрессов на рост, развитие и продуктивность растений. Основные научные интересы Лаборатории сосредоточены на изучении новых функций и процессов, обеспечивающих защитные реакции растения и локализованных в ядре растительной клетки, которое предположительно является центральным элементом координации ответов на биотические и абиотические стрессы. В настоящий момент ведется изучение комбинированного эффекта, оказываемого вирусным (Y-вирус картофеля, YBК) и бактериальным (Clavibacter michiganensis subsp., Cmm/Cms) патогенами и тепловым стрессом на растения картофеля, что может способствовать созданию новых сортов картофеля, адаптированных к изменению климата и его последствиям.

Fig.1.jpg

Эксперимент по идентификации сортов картофеля, устойчивых к множественному (биотическому/абиотическому) стрессу. Фитотрон в филиале ИБХ (Пущино).

Работа Лаборатории ведется в тесном сотрудничестве с компаниями-резидентами Индустриального парка Рогачево (ООО «Дока-Генные Технологии» и ООО «ИЦ «ФитоИнженерия») – ведущими российскими компаниями в области селекции и генетики картофеля – с целью разработки и применения новых подходов получения oздоровленного семенного картофеля (в краткосрочной перспективе) и развития программ селекции картофеля (в долгосрочной перспективе). Подобное взаимодействие позволит создать на основе полученных в Лаборатории результатов ряд новых и инновационных подходов и технологий, которые будут внедрены в реальный сектор российского агропромышленного комплекса.

Fig.2.jpg

Симптомы вирусной инфекции на картофеле.

  • Идентификация генотипов картофеля, контрастных по признаку устойчивости/восприимчивости к комбинированным биотическим и абиотическим стрессам, в частности, к совместному заражению вирусами и бактериями в условиях теплового стресса.
  • Характеристика фенотипического, физиологического и молекулярного ответов контрастных генотипов картофеля на индивидуальный и комбинированный стрессы.
  • Идентификация белков ядра, которые определяют устойчивость/толерантность растений картофеля к множественным стрессам.
Fig.3.jpg

Локализация вирусного белка в ядрышке.

  • Доказательство функций ключевых белков ядра, ответственных за устойчивость/толерантность к множественным стрессам с помощью гиперэкспрессии/умолкания генов, кодирующих эти белки в трансгенных растениях, и/или методами редактирования генома.
  • Исследование молекулярных механизмов, обеспечивающих функции ядерных белков в процессе ответа на индивидуальные/множественные стрессы, и их взаимодействие с механизмами регуляции роста и развития растений картофеля.
  • Разработка комплексных стратегий защиты картофеля для выполнения селекционных программ и производства оздоровленного семенного картофеля.
Fig.4.jpg

Состав научно-творческого коллектива.

Научный коллектив, работающий по мегагранту: Берзина Мария Яновна (аспирант), Бородулина Зоя Ивановна (старший лаборант, корпус), Голышев Сергей Александрович (к.б.н.), Долгов Сергей Владимирович (с.н.с., заместитель руководителя, д.б.н.), Дробышева Наталья Мирославовна (ст. лаборант, мат. ответственный), Ерохина Нина Михайловна (лаборант в теплице), Заяра Диана Андреевна (аспирант), Иванова Надежда Викторовна (лаборант, теплица), Игнатов Александр Николаевич (д.б.н ), Кабанова Анастасия Петровна (аспирант), Калинина Наталья Олеговна (д.б.н.), Макаров Валентин Владимирович (к.б.н.), Махотенко Антонида Викторовна (аспирант), Макарова Светлана Сергеевна (к.б.н.), Мельник Ирина Валентиновна (старший лаборант), Мельник Олеся Александровна (старший лаборант в корпусе), Мирошниченко Дмитрий Николаевич (ст.н.с., к.б.н.), Песяк Сергей Владимирович (к.б.н.), Тарасенко Ирина Викторовна (н.с., к.б.н.), Фирсов Алексей Петрович (ст.н.с., к.б.н.), Фрунзе Анна Александровна, Ходыкина Майя Васильевна, Хромов Андрей Владимирович (аспирант), Цветков Владимир Николаевич (лаборант, теплица), Шалойко Любовь Анатольевна (н.с.), Ширшиков Фёдор Владимирович, Шлыков Дмитрий Андреевич (агроном).

 

Новости

 

Руководитель проекта, М. Тальянский, принял участие в работе 17-го Международного Конгресса Союза Mикробиологических Oбществ в Сингапуре (17-21 июля 2017 года). В течение  пяти дней около 3000 учёных, исследователей, аспирантов и студентов со всего мира обсуждали последние достижения в области прикладной микробиологии, микологии и вирусологии, в том числе все аспекты исследований и новых вызовов, представляющих опасность для здоровья человека, животных, растений и окружающей среды. М. Тальянский представил работу, выполненную в рамках мегапроекта, по изучению роли клеточного ядра и суб-клеточных структур, ядрышка и телец Кахаля, в клеточном цикле и системной инфекции вируса У картофеля.
__________

 

В соответствии с планом исследований проведена генетическая трансформация картофеля для получения трангенных линий с гиперэкспрессией ряда генов-кандидатов. Для этого на основе вектора pBI121 сконструированы векторные конструкции, позволяющие экспрессировать гены коилина, PARP и фибрилларинa. В результате исследований получено более 30-ти независимых трансгенных линий картофеля сорта Чикаго, трансформированных каждым геном.

Регенеранты картофеля после агробактериальной трансформации векторами, содержащими последовательности генов коилина, PARP и фибрилларинa

 

С помощью молекулярно-биологического анализа подтверждено наличие в геноме трансгенных линий гетерологичных последовательностей генов PARP и фибрилларинa, а также обнаружена экспрессия данных генов на уровне мРНК. В настоящий момент идет анализ линий полученных после трансформации вектором с геном коилина. Трансгенные линии с подтвержденной гиперэксперсиией гетерологичных генов размножаются in vitro для проведения анализа устойчивости растений к различным стрессам.

Трансгенные растения картофеля in vitro, трансформированные генами фибрилларинa и PARP

___________

 

Продолжается успешная реализации мегапроекта «Новые функции клеточного ядра и комплексная устойчивость растений картофеля к болезням и физиологическим стрессам» Правительства России № 14.W03.31.0003. Полученные в ходе исследований результаты были представлены на российских и международных конференциях. А.Н. Игнатов представил результаты исследований, посвященных различным аспектам генетики и эволюции патогенных бактерий, поражающих широкий круг растений-хозяев, в том числе растения картофеля, а также разнообразию отдельных бактериальных белков и антибактериальной активности наночастиц серебра и наночастиц комплексного состава (серебро/медь) в виде докладов и стендовых сообщений на II-й Всероссийской конференции с международным участием «Высокопроизводительное секвенирование в геномике» г.Новосибирск (2 доклада); на 8-й Московской конференции по вычислительной молекулярной биологии МССМВ'17 г. Москва (1 сообщение); в Международной научной конференции по биоорганической химии «XII ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АКАДЕМИКА ЮРИЯ АНАТОЛЬЕВИЧА ОВЧИННИКОВА» и VIII Российском симпозиуме «БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ» (2 сообщения); в конференции Общества прикладных биологов (Association of Applied Biologists) Advances in IPM 2017: Reinventing agriculture to reduce dependency on pesticides в Harper Adams University, Newport, Shropshire, UK (1 сообщение); в конференции Британского общества фитопатологов BSPP (British Society of Plant Pathologists)/BMS (British Mycological Society) Joint presidential Conference (1 сообщение). На 42-ом конгрессе Федерации европейских биохимических обществ «От молекулы к клетке и обратно» (42nd FEBS Congress «From molecules to cells and back») С.С.Макарова представила результаты, свидетельствующие о возможной роли белков ядра коилина и фибрилларина в устойчивости растений к абиотическим стрессовым факторам (постерное сообщение). Исследование проводилось на листовых дисках растений Nicotiana benthamiana и N.tabacum дикого типа и трансгенных растениях с подавленной экспрессией генов коилина и фибрилларина. Листовые диски помещали в гиперосмотическую среду или среду, содержащую перекись водорода. Трансгенные растения оказались более устойчивы к обоим типам стресса. Исследования по устойчивости целых трансгенных растений к гиперосмотическому стрессу подтвердили результаты, полученные на листовых дисках.

Ф.И.О.ДолжностьКонтакты
Тальянский Михаил Эммануилович, д. б. н., профессоррук. подр.Michael.Taliansky@mail.ru

Тальянский Михаил Эммануилович