ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН

В последние годы активно развивается направление, основанное на изучении влияния эндофитов растений и препаратов на их основе на устойчивость растений к биотическим и абиотическим стрессам, а также на урожайность растений и качество продукции, в том числе на содержание полезных для здоровья человека веществ. К эндофитам растений относят бактерии, археи, грибы и протисты, которые колонизируют внутреннюю часть растения независимо от исхода их ассоциации. Использование этих природных симбионтов дает возможность максимизировать урожайность и устойчивость растений к различному роду стрессов при одновременном снижении воздействия сельского хозяйства на окружающую среду. Эндофиты способствуют росту растений и повышению устойчивости к абиотическим и биотическим стрессам за счет фиксации азота, выработки фитогормонов, увеличивая скорость усвоения питательных веществ. Также некоторые микроорганизмы могут синтезировать биологически-активные вещества (БАВ) благоприятные для здоровья человека, поэтому исследование видового состава эндофитов растений может привести к созданию новых биологических систем по производству важных для фармацевтики БАВ. В данном проекте планируется изучить биоразнообразие эндофитных бактерий и грибов стильбен-содержащих растений, с целью создания биопрепаратов на основе эндофитов, способствующих устойчивости к абиотическим и биотическим стрессам, а также повышению урожайности и качества плодов сельскохозяйственно-важных культур растений. Стильбены – это небольшая группа природных фенольных соединений, основным и наиболее известным стильбеном является транс-резвератрол (3,5,4′-тригидрокси-транс-стильбен). Резвератрол способен предупреждать возникновение и развитие сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, оказывать антиаллергическое действие, замедлять процесс старения. Помимо полезных свойств для здоровья человека, установлено, что стильбены играют важную роль в защите растений от микробных патогенов. Стильбены встречаются в ряде растений неродственных семейств, таких как арахис (Fabaceae), сорго (Poaceae), черника (Ericaceae), горец (Polygonaceae), ель (Pinaceae), виноград (Vitaceae) и другие. Известно, что для промышленного производства резвератрол получают из корней горца остроконечного Polygonum cuspidatum, а ель Picea jezoensis и виноград Vitis amurensis являются лидерами по содержанию резвератрола среди растений. Поэтому для анализа эндофитного сообщества бактерий и грибов стильбен-содержащих растений были выбраны именно эти растения. Данных по биоразнообразию эндофитных бактерий и грибов, населяющих горец остроконечный практически нет. Есть несколько исследований, где было изучен биологический состав грибковых эндофитов горца. Также было показано, что эндофитные грибы (Penicillium sp.) и бактерии (Streptomyces sp.), выделенные из горца P. сuspidatum, способны биотрансформировать резвератрол до птеростильбена (транс-3,5-диметокси-4'-гидроксистильбена и 3,5,4-триметокси-транс-стильбена соответственно. Данная биотрансформация резвератрола изменяет его биологически активные свойства, что, возможно, является защитным механизмом эндофитов в защите от бактерицидных и фунгицидных свойств резвератрола. Ель аянская P. jezoensis является интересным объектом для исследования, так как данное растение содержит в большом количестве дубильные вещества и другие вторичных метаболиты, которые способны подавлять рост микроорганизмов. В настоящее время нет никаких данных по эндофитам, населяющим данное растение. Есть немного исследований посвященных эндофитному составу грибов сизой канадской ели и норвежской черной ели. Показано, что обработка эндофитным грибом ели Phialocephala scopiformis, выделенным из ели Picea glauca в восточной Канаде, продуцирующий ругулозин, подавляет размножение естественного паразита ели – дикого почкового червя Choristoneura fumiferana. Также было показано, что хвоя деревьев белой ели P. glauca и белой сосны Pinus strobus, зараженных токсигенными грибковыми эндофитами, содержит различные концентрации их вторичных метаболитов, которые токсичны либо для насекомых-вредителей, либо для патогенов игл ели. Таким образом изучение биоразнообразия эндофитных бактерий и грибов ели аянской P. jezoensis является новым и перспективным направлением исследований. Виноград является одной из самых востребованных и экономически важных агрокультур в мире. В свою очередь, это растение довольно сильно подвержено воздействию внешней среды и заболеваниям разной этиологии. В последнее время появляется большое количество работ, посвященных изучению биоразнообразия микробиологического сообщества, населяющего виноград. Изучают, какие именно микроорганизмы населяют разные части винограда V. vinifera, при помощи секвенирования метагенома исследуют разницу между составом микроорганизмов здоровых и больных растений, выявляют, какие микроорганизмы способны подавлять рост патогенных микроорганизмов. Кроме того, эндофитные грибы рода Alternaria и Xylaria, выделенные из винограда V. vinifera, содержат резвератрол и его производные. Недавно нашей группой при помощи метагеномного анализа и микробиологических высевов был изучен состав эндофитных бактерий и грибов винограда V. amurensis, растущего в диких условиях в окрестностях г. Владивостока. Виноград V. amurensis более устойчив к холоду и некоторым патогенам винограда, он также является лидером по содержанию стильбенов среди других видов винограда. Всего было высеяно порядка 930 штаммов бактерий и 214 штаммов грибов. Изоляты бактерий являлись представителями 36 родов. Наибольшее количество штаммов были представителями родов Erwinia, Pantoae и Pseudomonas. Эндофитные грибы винограда были представлены 25 родами, наибольшее количество представителей было родов Didymella, Cladosporium и Colletotrichum. Также нашей группой были обнаружены эндофиты Gordonia sp., Pestalotiopsis sp. и Biscogniauxia sp., способные синтезировать стильбены. Далее планируется проанализировать влияние выделенных эндофитов винограда на рост и устойчивость растений к абиотическим стрессам, а также оптимизировать условия по продукции стильбенов в обнаруженных штаммах эндофитов винограда. Поэтому дальнейшее развитие темы по изучению биоразнообразия эндофитных бактерий и грибов винограда амурского является интересным и перспективным направлением. Кроме того, вид винограда Куанье Vitis coignetiae произрастающий на территории о. Сахалин, также является интересным объектом для исследований биоразнообразия эндофитов, поскольку виноград Куанье содержит отличный от V. vinifera и V. amurensis спектр стильбенов, а также географическое расположения данного вида, возможно, будет характеризоваться нетипичным для винограда составом эндофитных бактерий и грибов.