Пресс-центр / новости / Наука /

Информация о ходе выполнения проекта Минобрнауки по Соглашению о предоставлении субсидии № 14.616.21.0013 от "17" сентября 2014 г.

За отчетный период 4-го этапа c 1 января по 30 июня 2016 г. в рамках выполнения соглашения были проведены следующие работы:

1. Выполнен анализ результатов долгосрочного (6 месяцев) эксперимента по разложению растительных тканей (листьев, стеблей и корней) биотехнологических форм осины и березы GS, Xeg и инвертированными повторами гена 4 CL, а также рассчитаны скорости разложения по эмиссии углекислого газа и потере массы. Показано, что скорость разрожения растительных остаков, как контрольных, так и трансгенных растений уменьшалась с понижением температуры. Уровень влажности не оказал существенного влияния на скорость разложения. Максимальной скоростью разложения характеризовалась листовая ткань растений осины и березы. Встраивание гена GS привело к ускорению скоростей разложения стеблей и корней трансгенных растений.
2. Проведен анализ изменения активностей почвенных ферментов в прикорневой зоне в экспериментах с контейнеризованными растениями и в полевом эксперименте. Всего была проведена оценка активности 11 ферментов: β-глюкозидазы, инвертазы, полифенолоксидазы, целлюлазы, нитратредуктазы, протеазы, уреазы, фосфатазы кислой, фосфатазы щелочной, арилсульфатазы, дегидрогеназы. Существенных различий в актиности ферментов при выращивании трансгенных растений по сравнению с контролем не выявлено.
3. Разработана Программа и методики исследовательских испытаний системы моделей оценки и прогнозирования экологических эффектов лесных плантаций. Программа исследовательских испытаний включает 9 пунктов, соответствующих различным исследовательским задачам, направленным на прогноз экологических эффектов создания лесных плантаций на основе деревьев с заданными характеристиками. Также в Программе частично отражены вопросы анализа эффективности лесохозяйственных мероприятий при создании лесных плантаций, способствующие принятию решений в области лесопользования и охраны окружающей среды.
4. Проведены калибровка и верификация математических моделей оценки и прогнозирования экологических эффектов лесных плантаций, созданных на основе деревьев с заданными характеристиками. Для верификации разработанной ранее системы моделей EFIMOD-fbp-REG использованы данные региональных Таблиц хода роста и Таблиц биологической продуктивности древостоев. Уточнение параметров моделей выполнено по экспериментальным данным о росте биотехнологических форм осины и березы, созданных в группе лесной биотехнологии ФИБХ РАН. В соответствии с разработанными Программой и методиками выполнена серия исследовательских испытаний с использованием системы моделей EFIMOD-fbp-REG. Общее число проведенных компьютерных экспериментов (независимых прогонов моделей) составило 214. Рассмотрены 5 вариантов модельных сценариев для 3 региональных почвенно-климатических условий, благоприятных для произрастания березы и осины, включая сценарии для территорий стран ЕС (на примере Южной Финляндии).
5. Выполнены дополнительные патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96 по теме «Система моделей оценки и прогнозирования экологических эффектов лесных плантаций, созданных на основе деревьев с заданными характеристиками». Показано отсутствие непосредственно направленных исследований на создание математических моделей, основанных на использовании деревьев с заданными характеристиками. Проведён анализ деятельности предполагаемых конкурентов, а также приблизительный объем рынка услуг по проведению экологических экспертиз.
6. Осуществлено материально-техническое обеспечение работ по анализу изменений активности почвенных ферментов в прикорневой зоне в экспериментах с контейнеризированными растениями и в полевом эксперименте. Из собственных средств ИБХ РАН закуплены необходимые реактивы и расходные материалы, а также произведена единовременная выплата заработной платы сотрудникам за выполнение вспомогательных работ по анализу активности ферментов, ремонту и наладке необходимого оборудования и т.д.
7. Проведено мероприятие, направленное на освещение и популяризацию промежуточных результатов ПНИ. Результаты, полученные за отчётный период, были представлены Шестибратовым К.А. в устном докладе на международном семинаре "The Future of Agriculture: Grand Challenges and Technological Change" (3 марта 2016 года, Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Москва).
8. Выполнена работа по подготовке к патентованию результатов исследований и разработок, а именно, подготовлено описание объекта патентования - "системы математических моделей оценки и прогнозирования экологических эффектов лесных плантаций, созданных на основе деревьев с заданными характеристиками", созданной на основе базовой модели EFIMOD-fbp с тремя вариантами региональных моделей EFIMOD-fbp-REG.
9. Иностранным партнёром (Университетом Гёттингена, Германия) проведён транскриптомный анализ образцов с полевых растений биотехнологических форм осины (2 линии) и берёзы (6 линий). Наряду с экспрессией целевых рекомбинантных генов, обнаружен ряд нецелевых изменений экспрессии нативных генов. Обнаружены ранее не выявленные изменения среди генов транскрипционных факторов.

За отчетный период заключительного 5-го этапа c 1 июля по 31 декабря 2016 г. в рамках выполнения соглашения были проведены следующие работы:

1. Выполнен анализ результатов долгосрочного ростового эксперимента в условиях открытого полигона с использованием контейнеризированных растений осины и березы. Измерены такие параметры, как высота, диаметр ствола и биомасса трансгенных линий березы и осины с геном GS, а также растений осины с геном Xeg и с инвертированными повторами гена 4CL по сравнению с нетрансформированными растениями.
2. Проведены биометрические исследования в условиях полевого эксперимента, а также анализ результатов полевого эксперимента. Показано, что линия берёзы, трансформированная геном GS, F14 GS 8b превосходила контроль по высоте и диаметру основания на 33 и 29%, соответственно, во 2-й год, а также почти в два раза превышала контроль по массе надземной части и на 25% - по содержанию азота. Среди растений осины с геном GS выделялась линия PtV22 IX GS (6)8a, продемонстрировавшая бóльшую высоту (на 41%), диаметр ствола (на 32%), прирост ветвей, биомассу (более, чем в 2 раза) и содержание азота (на 27%), по сравнению с контролем. Среди трансгенных линий осины с геном ксилоглюканазы только у растений Pt XIV Xeg 1b наблюдалась заметно более высокая скорость роста (на 26%), прирост ветвей и биомасса (на 36%). Растения трансгенной линии Pt XIII 4CL 4a заметно превосходили по высоте нетрансгенные растения осины, однако у всех трансгенных линий стволы обладали меньшей толщиной по сравнению с растениями исходного генотипа. Встраивание в растения осины инвертированных повторов гена 4CL для модификации состава лигнина не оказало существенного влияния на содержание различных элементов в образцах древесины.
3. Разработана технология оценки и прогнозирования экологических эффектов лесных плантаций, созданных на основе деревьев с заданными характеристиками. Разработанная технология соответствует требованиям п.4.1.25 Технического задания, так как способна обеспечить выполнение следующих заданных условий: оценка и прогнозирование изменений круговоротов азота и углерода рассчитывается с помощью модели динамики органического вещества ROMUL, учитывающей климатические условия, продуктивность растений, распределение фитомассы по органам растений и содержание в них азота и углерода; динамика роста рассчитывается с помощью имеющихся в системе моделей EFIMOD подмоделей роста отдельного дерева и подмоделей древостоя, учитывающих систему удобрений и схемы посадки; эффекты на плодородие почвы рассчитываются с помощью моделей EFIMOD и ROMUL с привлечением имитатора почвенного климата SCLISS, учитывающих длительность культивирования деревьев, проводимые лесохозяйственные мероприятия и скорость разложения растительных остатков в конкретных почвенно-климатических условиях.
4. Проведена разработка Программного продукта EFIMOD-fb pдля оценки и прогнозирования экологических эффектов лесных плантаций, созданных на основе деревьев с заданными характеристиками (передается на цифровом носителе). Программный продукт позволяет выполнять моделирование роста лесных плантаций и анализ экологических эффектов их создания на основе двух прогнозных моделей: (I) модель плантаций монокультур быстрорастущих форм деревьев (осины или березы) и (II) модель плантаций смешанных (хвойно-мелколиственных) культур с участием быстрорастущих форм деревьев (осины или березы). Разработанные модели лесных плантаций базируются на модели динамики лесных экосистем EFIMOD (созданной российскими учеными и использующейся для решения задач экологического моделирования в нашей стране и за рубежом) и ее региональнойверсии EFIMOD-fbp-REG, в котрой имитируется рост лесных плантаций. Тестовые оценки работы входящих в Программный продукт моделей лесных плантаций монокультур и смешанных культур проведены с использованием почвенно-климатических данных для экосистем лесной зоны европейской России и Финляндии. Разработанный Пограммный продукт может быть использован широким кругом специалистов лесного сектора, экологами, а также в учебных целях студентами ВУЗов лесного направления.
5. Для открытого доступа к разработанному Программному продукту создан Интернет-портал (далее Портал) в виде русскоязычной версии, доступной в сети Интернет по адресу http://www.forestbiotech.ru/. На Портале размещены: электронная версия Программного продукта; Учебное пособие по пользованию разработанными математическими моделями лесных плантаций на основе биотехнологических форм деревьев с заданными характеристиками; Руководство пользователя, подготовленное на одном из предыдущих этапов НИР и дополненное с учетом сделанных модификаций прогнозных моделей. Подготовлено Учебное пособие по пользованию разработанными математическими моделями лесных плантаций, в котором отражены основные принципы работы с моделями и анализа результатов оценки экологических эффектов создания плантаций на основе биотехнологических форм деревьев с заданными характеристиками.
6. Осуществлены работы по материально-техническому обеспечению работ по анализу результатов долгосрочных экспериментов в условиях открытого полигона и сертифицированного полигона. Из собственных средств ИБХ РАН произведена единовременная выплата заработной платы сотрудникам за выполнение вспомогательных работ по анализу результатов долгосрочных экспериментов в условиях открытого полигона и сертифицированного полигона.
7. Выполнены работы по патентованию результатов исследований и разработок, а именно, составлен проект заявки на программный продукт – модель роста леса EFIMOD-fbp, включающий в себя реферат и листинг программного кода. По итогу завершения работ по патентованию результатов исследований 14.11.2016г подано заявление в ФИПС о государственной регистрации программы для ЭВМ.
8. Проведены мероприятия, направленные на освещение и популяризацию промежуточных и окончательных результатов ПНИ. Результаты, полученные за отчётный период, были представлены в устных докладах на на II Международной научной конференции «Наука будущего» и VI Всероссийском симпозиуме «ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ: технология создания, биологические свойства, применение, биобезопасность».
9. Выполнены работы по технико-экономической оценке результатов ПНИ, с целью их вовлечения в хозяйственный оборот. Проведена оценка рыночного потенциала полученных в результате выполнения ПНИ разработок с расчётом предполагаемой прибыли.
10. Иностранным партнёром (Университетом Гёттингена, Германия) проведён анализ результатов секвенирования транскриптомов биотехнологических форм осины и березы. В ходе работы был проведен анализ экспрессии генов методом ПЦР с обратной транскрипцией в режиме реального времени, а также полнотранскриптомный анализ методом RNAseq. Были выявлены целевые модификации транскриптома трансгенных растений осины, затрагивающие ферменты, связанные с фенилпропаноидным путем биосинтеза монолигнолов, а также нецелевые модификации транскриптома трансгенных растений осины, связанные с другими клеточными процессами. Для трансгенных растений березы с геном глутаминсинтетазы сосны показано повышение экспрессии L-фенилаланин-аммоний-лиазы.

9 января 2017 года

Прикрепленные файлы:

<form action="" method="post" class="commentForm" id="commentForm-{0}"> <input type="hidden" name="pressId" value="1896" /> <input type="hidden" name="parentId" value="{1}" /> <input type="hidden" name="id" value="{2}" /> <txt name="comment_text" id="comment_text">{3}</txt> <input type="button" class="button" value="Комментировать" /> <a class="button" href="javascript:void(null)">Отмена</a> <span class="wait">Подождите немного...</span> <div class="clear"></div> </form>