ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН

Архитектурные сооружения широко распространены на поверхности Земли и представляют собой искусственные субстраты для широкого спектра организмов, значительно отличающиеся по физико-химическому составу от естественных. Фототрофы, поселяющиеся на этих них, часто служат причиной обрастания зданий, в том числе имеющих культурно-историческую ценность, вызывая при этом разрушения строительного материала и снижая срок его службы и надежность. При этом видовой состав обрастателей и закономерности процессов колонизации остаются слабо изученными. Необходимо отметить, что при исследовании сукцессий на зданиях и постройках возможно определить точное время появления этих сообществ в отличие от естественных (кроме вулканических пород). Сообщества фототрофов естественных и искусственных экосистем в условиях различного климата активно исследуются в разных регионах мира. Но состав, структура и динамика сообществ этих организмов на антропогенных субстратах в условиях умеренного муссонного климата на юге российского Дальнего Востока (РДВ) практически не известны при том, что данный тип климата создает благоприятные условия, способствующие развитию фототрофов (высокая влажность, относительно длинный вегетативный период и т.п.). Владивосток – город и порт на юге РДВ, основан как военный пост в 1860 г. Он расположен на полуострове Муравьёва- Амурского и островах в заливе Петра Великого Японского моря, в зоне умеренного муссонного климата. В городе насчитывается около 500 архитектурных памятников и более 100 фортификационных сооружений Владивостокской крепости. Уссурийск (основан в 1866 г.) – второй по величине город Приморского края. Расположен на Приханкайской равнине, в 80 км от Владивостока. Климат города умеренный муссонный, однако, лето продолжительнее, теплее и суше, чем во Владивостоке. Своеобразие климата, разнообразие архитектурных сооружений и воздействующих на них факторов формируют исключительную мозаичность местообитаний во Владивостоке и Уссурийске и создают предпосылки для наличия здесь высокого специфического разнообразия видов и сообществ фототрофов. Проект направлен на решение актуальной научной задачи – сравнительное изучение структуры и динамики сообществ фототрофов на зданиях и сооружениях в условиях умеренного муссонного климата на юге РДВ. Для ее решения будет привлечен комплекс методов фикологии, ботаники (сбор гербария; культивирование штаммов; световая, конфокальная и сканирующая электронная микроскопия) и генетики (секвенирование маркерных участков ДНК для определения или подтверждения видовой принадлежности). Будет проведен анализ распределения видов и сообществ в зависимости от комплекса факторов (тип и возраст архитектурного сооружения, температура, влажность, освещенность, рН, тип субстрата). Полученные новые данные будут важны для мониторинга, прогнозирования развития и управления урбоэкосистемами. Проект будет иметь и прикладную направленность – предложены рекомендации по снижению биодеградации архитектурных сооружений в урбоэкосистемах РДВ для обеспечения благоприятных условий жизнедеятельности человека. Комплексность работы, широта охвата объектов, фундаментальная направленность и практическая значимость проекта соответствуют современному мировому уровню исследований в данной области. Мы ожидаем, что в ходе работы будет обнаружено значительное число новых для науки и региона видов и, вероятно, родов фототрофов. Создание референсной коллекции штаммов (не менее 100 изолятов) и гербария высших растений (не менее 25 листов), а также коллекции их иллюстраций и последовательностей позволит в дальнейшем существенно упростить процесс таксономической идентификации фототрофов. Помимо публикаций в ведущих научных изданиях WoS/Scopus/RSCI (не менее 5) по результатам проекта планируется начать подготовку иллюстрированного атласа фототрофных организмов архитектурных сооружений Владивостока и Уссурийска.

Происходящие в настоящее время глобальные климатические изменения, а также все возрастающий антропогенный пресс приводят к стремительному изменению, а в некоторых случаях и к утрате биоразнообразия. На протяжении нескольких веков специалисты из разных областей биологии интересовал вопрос «Что определяет биоразнообразие?». Настоящий проект направлен на изучение процессов ответственных за формирование и поддержание биологического разнообразия на территории юга Дальнего Востока и понимание роли рефугиумов в становлении генетического разнообразия у лесных видов. В результате проекта планирует изучить особенности внутривидовой структуры трех лесных видов, посмотреть распределение основных филогенетических линий у лесных видов и оценить возможности существования множественных рефугиумов для исследованных видов на территории юга Дальнего Востока России. В качестве объектов исследования были выбраны два фоновых вида грызунов, типичных обитателей лесных экосистем юга Дальнего Востока России: Apodemus peninsulae и Craseomys rufocanus. А так же амурская долгохвостка Takydromus amurensis Peters, 1881 один из видов ящериц эндемичного для востока Азии рода. Для решения поставленной задачи планируется использовать интегративный подход с применением классических морфологических и генетических методов. Для генетического анализа планируется применить принципы и инструменты, используемые для ландшафтной генетики. Научная значимость проекта состоит в том, что полученные результаты позволят проанализировать микроэволюционные процессы, обеспечат представление о взаимосвязи видов и среды, позволят оценить особенности ландшафта препятствующие потоку генов и как влияют антропогенные изменения среды на структуру популяции. Полученные результаты значительно улучшат наше понимание о динамике популяций, что необходимо как для разработки эффективных планов управления и сохранения, так и для эффективной борьбы с видами-вредителями и переносчиками особо опасных болезней.

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.

Сельскохозяйственные растения подвергаются множеству стрессовых факторов, таким как засуха, вредители и болезни, которые могут негативно сказаться на урожае. НАД+-связывающие белки играют важную роль в защите растений от этих факторов. Несмотря на то, что НАД+-связывающие белки известны давно и широко изучены в различных организмах, само их наличие, а также роль и функции в природно-трансгенных растениях до сих пор не известны. Проект направлен на изучение молекулярно-биологических свойств и функционального значения нового НАД+-связывающего белка из природно-трансгенного сельскохозяйственного растения сладкого картофеля. Во-первых, сладкий картофель является важным источником пищевого и технического сырья во многих странах мира. Исследование молекулярных механизмов защиты данного растения от патогенов и неблагоприятных факторов окружающей среды может привести к разработке новых методов борьбы с болезнями и повышению урожайности. Во-вторых, ферменты, содержащие кофакторы нуклеотидной природы, такие как НАД/НАДФ/ФАД-связывающих белки, играют важную роль во многих биологических процессах, включая регуляцию метаболизма, рост и развитие растений, а также ответ на стрессовые условия. Поэтому изучение молекулярных механизмов функционирования этих белков имеет широкие перспективы для применения в биотехнологии и сельском хозяйстве. В-третьих, данный проект вносит вклад в изучение горизонтального переноса генов и будет способствовать пониманию функций и эволюционной роли генов клеточных Т-ДНК у природно-трансгенных растений. Таким образом, проект имеет высокую актуальность и может привести к развитию новых методов повышения адаптационных возможностей растений и созданию новых сортов с улучшенными характеристиками.