Здесь - All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology

Тезисы международной конференции
“ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНТЕГРАЦИЯ ПРОКАРИОТ И
ЭУКАРИОТ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
И СОВРЕМЕННЫЕ АГРОТЕХНОЛОГИИ”
ПОСВЯЩЕННОЙ 85-ЛЕТИЮ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
БЮДЖЕТНОГО НАУЧНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ»
(ФГБНУ ВНИИСХМ)
Abstracts of the international conference
«GENETIC INTEGRATION OF PROKARYOTES AND
EUKARYOTES: BASIC RESEARCH AND MODERN
AGRICULTURAL TECHNOLOGIES»
DEVOTED TO THE 85TH ANNIVERSARY OF ALL-RUSSIAN RESEARCH
INSTITUTE FOR AGRICULTURAL MICROBIOLOGY (ARRIAM)
Санкт-Петербургский научный центр РАН
24-27 июня 2015 года
St. Petersburg Scientific Centre оf Russian Academy оf Sciences
June 24-27, 2015
СОДЕРЖАНИЕ
УСТНЫЕ ДОКЛАДЫ (ORAL PRESENTATIONS)……………………………………………………..3
СТЕНДОВЫЕ ДОКЛАДЫ / ЗАОЧНОЕ УЧАСТИЕ (POSTER PRESENTATIONS)………………56
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ИМЕН (INDEX OF NAMES)……………………………………….137
2
УСТНЫЕ ДОКЛАДЫ
ORAL PRESENTATIONS
3
МЕХАНИЗМЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ БОЛЕЗНЕЙ ОЗИМОЙ
ПШЕНИЦЫ БАКТЕРИЕЙ BACILLUS SUBTILIS
Асатурова А.М., Павлова М.Д., Сидорова Т.М., Дубяга В.М.
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений,
Краснодар, Россия, 350039, Краснодар, п/о 39
E-mail: biocontrol-vniibzr@yandex.ru
MECHANISMS OF BIOLOGICAL CONTROL OF WINTER WHEAT PATHOGENS BY THE BACTERIUM
BACILLUS SUBTILIS
Angela Asaturova, Marina Pavlova, Tatiana Sidorova, Valentina Dubyaga
All-Russian Research Institute of Biological Plant Protection, Krasnodar, Russia
Изучены механизмы взаимодействия штаммов-продуцентов новых биопрепаратов рода Bacillus с
фитопатогенными грибами родов Fusarium и Pyrenophora, которые включают: продукцию
антибиотических веществ и миколитических ферментов, а также исчерпание экзогенных источников
питания при конкуренции за питательные вещества вследствие быстрой динамики роста.
В результате проведенных исследований установлено наличие активных метаболитов в
культуральной жидкости штаммов бактерий-антагонистов. Вещества с фунгистатическими
свойствами выделены в виде отдельных смесей с определенным поведением в УФ-свете,
подвижностью в трех системах растворителей и на разных носителях.
Сделаны предварительные выводы о структуре обнаруженных веществ и их возможной роли
в механизме защиты растений от возбудителей грибных болезней.
4
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ И ПРОДУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ НОВЫХ
СЕЛЕКЦИОННЫХ ФОРМ ОВЕЦ, ПОЛУЧЕННЫХ ПОСРЕДСТВОМ ОТДАЛЕННОЙ
ГИБРИДИЗАЦИИ
Багиров В.А., Гусев И.В., Артемьева О.А., Денискова Т.Е., Кленовицкий П.М.,
Двалишвили В.Г., Рыков Р.А., Гладырь Е.А., Зиновьева Н.А.
ВИЖ им. Л.К. Эрнста, Московская обл. Подольский р-н, п. Дубровицы, Россия
E-mail: vugarbagirov@mail.ru
GENETIC, BIOLOGICAL AND PRODUCTIVE FEATURES OF NEW BREEDING VARIATIONS OF
SHEEPS OBTAINED BY DISTANT HYBRIDIZATION
Vugar Bagirov, Igor Gusev, Olga Artem’eva, Tatiana Deniskova, Pavel Klenovitsky, Vladimir Dvalishvili,
Roman Rykov, Elena Gladyr’, Natalya Zinovieva
L.K. Ernst Research Institute for Animal Husbandry, Moscow Region, Russia
Дикие виды животных рассматриваются сегодня в качестве источника повышения биоразнообразия
генетических ресурсов домашних животных, используемых в сельскохозяйственном производстве.
Целью настоящей работы явилось изучение генетических, биологических и продуктивных
особенностей овец, полученных методом отдаленной гибридизации домашних овец (Ovis aries) и
архара (Ovis ammon). Исследования проводили на чистопородных овцах романовской породы и их
гибридах F3 с 12,5% крови архара. Динамику аллелофонда животных исследовали посредством
анализа 11 микросателлитов и 54241 полиморфизмов единичных нуклеотидов (SNP) с
использованием Illumina Ovine 50KSNP BeadChip. Метаболический статус овец оценивали на
основании исследования биохимических показателей сыворотки крови. Для контроля общего
физиологического состояния проводили клинический анализ крови животных. Исследование
микрофлоры рубца выполняли на фистульных животных. Для оценки интенсивности роста
проводили контрольный откорм романовских и гибридных овец F3 в период с 4-х до 8-и месяцев.
В результате проведенных исследований показано повышение уровня генетического
разнообразия, оцененного по микросателлитам и SNP-маркерам, у гибридных овец в сравнении с
чистопородными романовскими овцами. Биохимические исследования выявили ряд достоверных
различий в концентрации метаболитов в крови, характеризующих белковый, углеводный, жировой и
минеральный обмен. Клинический анализ крови показал повышение содержания лейкоцитов и
эритроцитов, уровня гемоглобина и значений гематокрита, обусловленное интродукцией дикого вида.
Исследование микрофлоры рубца выявило значительное увеличение водородного показателя и
целлюлозолитической активности рубцовой микробиоты у гибридных овец по сравнению с
романовскими овцами. Установлено существенное увеличение в содержимом рубца количества
простейших, обладающих ферментативной активностью и способствующих стабилизации рубцовой
среды. Показано достоверное повышение интенсивности роста гибридных овец по сравнению с
романовскими овцами: среднесуточный прирост в период с 4-х до 6-и и с 6-и до 8-и месяцев был
достоверно выше в группе гибридных овец, соответственно, на 56,7 г (p<0.01) и 75,2 г (p<0.01). Таким
образом, проведенные нами исследования показали, что прилитие крови дикого вида (в частности,
архара) приводит к ряду существенных изменений генотипических и фенотипических характеристик
гибридных овец, что позволяет их рассматривать в качестве резерва для повышения генетической
изменчивости домашних овец и как потенциальных родоначальников новых селекционных форм
животных.
Исследования выполнены при поддержке Федерального агентства научных организаций и
Российского научного фонда, проект № 14-36-00039.
5
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ ДИКОРАСТУЩИХ
БОБОВЫХ ЮЖНОГО УРАЛА
Баймиев Ан.Х., Иванова Е.С., Гуменко Р.С., Баймиев Ал.Х.
ФГБНУ Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН
E-mail: baymiev@anrb.ru
GENETIC CHARASTERISTICS OF NODULE BACTERIA FROM WILD-GROWING LEGUMES OF
SOUTHERN URALS
Andrey Baymiev, Ekaterina Ivanova, Roman Gumenko, Aleksey Baymiev
Institute of Biochemistry and Genetics, Ufa, Russia
Клубеньковые бактерии (ризобии) - обширная, генетически разнородная группа почвенных
грамотрицательных микроорганизмов, способных вступать во внутриклеточный симбиоз с бобовыми
растениями и обеспечивать фиксацию атмосферного азота. Одной из актуальных задач современной
биотехнологии является исследование генетических ресурсов ризобий, особенно естественных
природных популяций, где наиболее эффективным подходом для этих исследований является анализ
их генетического разнообразия, результатом которого может быть понимание процессов
возникновения новых генотипов за счет мутаций, рекомбинаций, горизонтального переноса генов.
С этой целью нами было изолировано более 1200 изолятов ризобий из клубеньков 36-ти видов
дикорастущих бобовых растений Южного Урала, относящихся к 12-ти родам. Исследовано их
генетическое разнообразие и на основе сравнительного анализа последовательностей генов 16S рРНК
определено их филогенетическое положение.
Выявлено, что для штаммов ризобий, выделенных из клубеньков дикорастущих видов растений
трибы Vicieae, которые по последовательности генов 16S рРНК за небольшим исключением
относятся к виду Rhizobium leguminosarum, характерна высокая степень генетической гетерогенности,
обусловленная различиями в их плазмидном составе, вызванная, предположительно, высокой
трансмиссивностью мобильной части их генома. С помощью кластерного анализа RAPDфингерпринтов данных штаммов обнаружено, что внутри популяции клубеньковых бактерий
существует разделение на субпопуляции, рекомбинационные процессы между которыми имеют
определенные ограничения.
Несмотря на то, что почти все исследованные штаммы, вступающие в симбиоз с растениями
трибы Vicieae, относились к Rhizobium leguminosarum, у некоторых видов растений рода Lathyrus в
клубеньках были обнаружены бактерии, не являющиеся типичными симбионтами для этих растений.
Так, в клубеньках у L. vernus и L. sylvestris идентифицированы ризобии, близкие к R. tropici, у
L. palustris - бактерии, близкие к Agrobacterium sp., а у L. gmelinii – к Phyllobacterium sp. Выявлено,
что симбиотические гены данных артефактных бактерий имеют филогенетическое родство с
аналогичными генами, ранее описанными у бактерий Rhizobium leguminosarum bv. viciae, что, скорее
всего, и является причиной изменения их специфичности.
Показано, что основными симбионтами дикорастущих видов бобовых растений подтрибы
Astragalinae трибы Galegeae в условиях Южного Урала являются бактерии рода Mesorhizobium, хотя
некоторые виды растений данной подтрибы в зависимости от почвенно-климатических условий
способны вступать в симбиоз и с представителями других родов ризобий, таких как Rhizobium,
Bradyrhizobium, Ensifer. Для растений трибы Genisteae характерно преобладание в клубеньках
бактерий рода Bradyrhizobium, для растений трибы Hedysareae – Mesorhizobium.
У штамма ризобии, изолированного из клубенька H. razoumowianum, близкого по
последовательности гена 16S рРНК к Bradyrhizobium, обнаружен ген nifH, имеющий заметно
большую гомологию с аналогичными генами, описанными у Mesorhizobium, что может служить
аргументом в пользу горизонтального переноса симбиотических генов.
6
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИНЕРГИЗМА ТРОЙНОГО СИМБИОЗА: ГОРОХА
И КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ С ЭНДОМИКОРИЗНЫМИ ГРИБАМИ
ИЛИ ЦИАНОБАКТЕРИЯМИ
Брусенцев А.Е.
ВНИИ овощеводства РАН, Москва
E-mail: brussia@mail.ru
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE SYNERGISM OF TRIPARTITE SYMBIOSIS OF PEA AND NODULE
BACTERIA WITH MYCORRHIZAL FUNGI AND CYANOBACTERIA
Alexey Brusencev
All Russian Research Institute of Vegetable Crops, Moscow Region, Russia
Отмечено положительное действие эндомикоризных грибов на рост и развитие бобовых культур и на
более полное усвоение ими фосфора почвы. Инфицированные эндофитом растения содержат больше
гормонов, ускоряющих наступление фаз развития. Получены данные по синергизму тройного
симбиоза (высшее растение, Rhizobium и микоризные грибы) в процессе фиксации азота атмосферы.
Микоризация стерильной почвы способствовала значительному улучшению условий для
симбиотической азотфиксации, при этом в урожае гороха в три раза увеличилось накопление
симбиотически усвоенного азота и отмечено большее накопление фосфора.
Изучены уникальные способности цианобактерий к симбиотрофным взаимоотношениям.
Чистые культуры цианобактерий существуют только в лабораторных условиях. В почве они никогда
не представлены популяцией одного вида, а характеризуются очень лабильным, зависящим от
внешних факторов составом спутников (Rhizobium, Agrobacterium, Pseudomonas) в своей слизи. Это
дает возможность конструирования искусственных, агрономически полезных микросообществ на
основе цианобактерий. Изучены возможности практического использования цианобактерий как
эдификаторов сложных микробных сообществ, азотфиксаторов, накопителей органического
вещества, биоремедиаторов почв. Стартовый азот при прорастании семян могут создать
цианобактерии. Когда клубеньковые бактерии из-за засухи не способны обеспечить растения азотом,
его дефицит также могут восполнить цианобактерии.
7
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ДИНАМИКИ МИКРОБНОРАСТИТЕЛЬНЫХ СИМБИОСИСТЕМ
Воробьев Н.И., Проворов Н.А.
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
E-mail: vorobyov@arriam.spb.ru
MATHEMATICAL MODELING OF EVOLUTIONARY DYNAMICS OF MICROBIAL-PLANT SYMBIOTIC
SYSTEMS
Nikolai Vorobyov, Nikolai Provorov
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
Изучение симбиоза вносит существенный вклад в развитие эволюционной биологической теории
(достаточно вспомнить о симбиотической концепции возникновения клеток эукариот). Однако
изучение эволюционных процессов в симбиотических системах затруднено из-за отсутствия
крупномасштабных исследовательских эволюционных экспериментов, в которых симбиосистемы
самостоятельно развиваются в течение тысячи лет (с обеспечением необходимого набора
повторностей, вариантов, факторов, групп микроорганизмов и растений в заданных условиях
окружающей среды).
В связи с этим авторами для этих целей был предложен (Проворов, Воробьев, 2000)
виртуальный компьютерный эксперимент с математическими моделями симбиосистем (ММС),
реализованными на компьютерах. Для «оживления» ММС на компьютерах доступен мощный
арсенал вычислительных процедур: решение систем интегро-дифференциальных уравнений,
матричная алгебра, поиск экстремумов функции многих переменных и многомерная статистика. В
виртуальных эволюционных экспериментах имеется уникальная возможность имитации с помощью
генератора случайных чисел стохастических процессов в симбиосистемах, что позволяет методом
Монте-Карло исследовать тонкую структуру вероятностных распределений характеристик биосистем
и изучать на этой основе закономерности реакций симбиосистемы на стохастические внешние
воздействия. Для программирования на компьютерах ММС любой сложности вполне подходит
объектно-ориентированный язык Visual Basic for Applications в Excel-среде.
Для проведения полных виртуальных эволюционных экспериментов с ММС необходимо
решить следующие задачи: (i) разработать блок-схему ММС, открытую для модернизации; (ii)
сформулировать биологически обоснованные математические функции для каждого блока ММС; (iii)
ввести необходимые интрациклические (в пределах одного микроэволюционного цикла) и
трансциклические (из предыдущего в последующий микроэволюционный цикл) связи между
блоками ММС. В ММС должны быть введены симбиотические субниши двух генотипов растений и
четыре генотипа бактерий с разной азотфиксирующей способностью. Ожидается, что функции ММС
будут насчитывать более 40 фиксированных числовых коэффициентов, значения которых
устанавливаются зависимыми от компьютерного генератора случайных чисел (имитация
чувствительности симбиосистемы к внешним воздействиям), а базовые значения этих
коэффициентов будут определены в сравнение ММС с экспериментальными данными,
опубликованными в литературе или полученными во ВНИИСХМ.
На начальном этапе, при создании первых упрощенных вариантов ММС было проведено
математическое моделирование инокуляции и колонизации симбиотических ниш и прорастания
семян (основываясь на явлении Quorum Sensing), что позволило объяснить явление частотнозависимого отбора бактерий в симбиосистемах. При разработке новой модификации виртуальной
ММС предполагается дополнительно смоделировать эффект повышения продукционной
стабильности растений при расширении генотипического разнообразия растений, и ввести в ММС
трансциклические связи для демонстрации влияния процессов псевдо вертикального наследования на
возрастание специфичности взаимодействия бактерий и растений в симбиосистемах.
Работа поддержана Российским научным фондом, грант 14-26-00094.
8
ИНТЕГРАЦИЯ ПАРАЗИТА И ХОЗЯИНА НА ПРИМЕРЕ ЭРВИНИОЗА ПАСЛЕНОВЫХ
Гоголев Ю.В., Даминова А.Г., Петрова О.Е., Губаев Р.Р., Агеева М.В., Горшков В.Ю.
ФГБНУ Казанский институт биохимии и биофизики Казанского научного центра Российской
академии наук, 420111, г. Казань, ул. Лобачевского 2/31,
E-mail: gogolev.yuri@gmail.com
HOST-PARASITE INTEGRATION ON THE EXAMPLE OF BLACKLEG DISEASE
OF SOLANACEAE PLANTS
Yuri Gogolev, Amina Daminova, Olga Petrova, Rim Gubaev, Marina Ageeva, Vladimir Gorshkov
Kazan institute of Biochemistry and Biophysics, Russian Academy of Sciences, P.O. Box 30, Kazan 420111,
Russia
Проведено изучение ультраструктурных характеристик клеток Pectobacterium atrosepticum (Erwinia
carotovora) при колонизации растения-хозяина табака (Nicotiana Tabacum) и картофеля (Solаnum
tuberоsum). Выявлены субпопуляции клеток, специфичные для стадии колонизации ксилемных
сосудов, клеток, участвующих в мацерации паренхимы, персистирующих форм и клеток,
обладающих коллективной подвижностью. Установлено, что ключевой стадией развития эрвиниоза
растений является формирование бактериальных эмбол ксилемных сосудов, вызывающих симптомы
вилта и способствующих заселению бактериями подземных органов растения. Показано, что
образование некультивируемых покоящихся клеток является закономерным этапом развития
популяции фитопатогенной бактерии Pectobacterium atrosepticum при завершении вегетационного
цикла растения либо его гибели в результате инфекции.
Методами иммуноцитохимии, электронной микроскопии и биохимического анализа выявлен
механизм образования трехмерного молекулярного каркаса межклеточного матрикса бактериальных
эмболов P. atrosepticum в сосудах табака. Согласно полученным данным, выявленные нами
бактериальные эмболы представляют собой новый тип структкрированных микробных сообществ.
Их принципиальное отличие от биопленок заключается в особой морфологии, своеобразном генезисе
и комбинированном составе межклеточного матрикса. Показано, что в состав матрикса включаются
модифицированные полисахариды, извлеченные бактериями из клеточных стенок растений в
результате контролируемого частичного гидролиза полисахаридов клеточной стенки. Для этого
пектобактерии располагают богатым арсеналом пектиназ и других гидролитических ферментов.
Образование трехмерного каркаса матрикса происходит в результате сшивки высокомолекулярных
фрагментов (около 400 кДа) рамногалактуронана I через окисленные ароматические соединения. Для
реакции используются фенолы и перекисные соединения растительного происхождения. Продукция
этих соединений в качестве защитных веществ индуцируется в растениях в процессе развития
бактериальной инфекции. Включение рамногалактуронана I в межклеточный матрикс бактериальных
эмболов а также локализация усиленной выработки перекисных веществ в местах скопления
бактерий были показаны нами экспериментально. По всей вероятности, окисление фенолов
катализируется фенолоксидазами (лакказами) бактерий. Ранее нами было показано наличие
фенолоксидазной активности в лизатах P. atrosepticum.
Таким образом, создана модель развития патосистемы табак – Erwinia carotovora ssp.
atroseptica (Pectobacterium atrosepticum), описывающая соответствие патологических изменений
тканей растений стадиям жизненного цикла бактерии, сопряженным с дифференцировкой микробных
клеток. Разработана гипотеза, объясняющая развитие симптомов «черной ножки» картофеля.
Впервые экспериментально показано, что патогенез при развитии мягких гнилей развивается в
результате провокации бактериями восприимчивого ответа растений.
Работа поддержана грантами РФФИ №№ 14-04-01828, 14-04-01750.
9
МОДЕЛЬ СОРТОВ ПШЕНИЦ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ: СКОРОСПЕЛОСТЬ
И НЕСИМБИОТИЧЕСКАЯ АЗОТФИКСАЦИЯ
Гончаров Н.П., Степаненко И.Л., Ефимов В.М.
Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск
E-mail: gonch@bionet.nsc.ru
MODEL OF A NEW GENERATION CULTIVARS IN WHEAT: PRECOCITY AND NON-SYMBIOTIC
NITROGEN FIXATION
Nikolay Goncharov, Irina Stepanenko, Vadim Efimov
Institute of Cytology and Genetics, Novosibirsk, Russia
Оптимизацию селекционного процесса необходимо начать с формулирования модели сорта по
заданным параметрам. Один из основных параметров - длина вегетационного периода. В жестких
условиях сорт должен быть скороспелым. При хроническом недостатке азотных удобрений в
большинстве районов РФ сорт должен обладать средообразующей функцией.
В контроле различий пшениц по скороспелости основное участие принимают гены системы Vrn. Их
влияние на скороспелость изучалось нами на изогенных линиях сорта мягкой пшеницы Triple Dirk и
созданных в СГИ (г. Одесса) сериях яровых аналогов озимых сортов.
Одним из таковых и является активность ассоциативной азотфиксации (NIS), определяемая по
нитрогеназной активности азотфиксирующих бактерий, населяющих узкую зону около корней. Ее
уровень зависит от способности растений привлекать азотфиксирующие бактерий и энергетически
обеспечивать процесс азотфиксации. Повышение продуктивности азотфиксации не может быть
только микробиологической задачей: как это было неоднократно показано, селекция при таком
подходе ведется на более высокоактивные, но менее жизнеспособные в естественных условиях
формы бактерий. Проведен скрининг растений разных видов пшениц по способности поддерживать
NIS, с тем, чтобы определить пределы изменчивости по NIS и создать по данному признаку
коллекцию контрастных форм, а затем на ее базе развернуть исследования по изучению его
физиологии и генетики. Результаты изучения изменчивости признака NIS у яровых пшениц будут
представлены в докладе.
10
МОРФОЛОГИЯ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ ПШЕНИЦЫ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ КЛЕТКАМИ
AZOSPIRILLUM BRASILENSE SP7 И БАКТЕРИОФАГОМ ФAb-Sp7
Гулий О.И.1,2, Соколова М.К.1, Соколов О.И.1, Игнатов О.В.1
1
2
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов 410049
Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», Саратов 410012
E-mail: guliy_olga@mail.ru
THE MORPHOLOGY OF THE WHEAT ROOT SYSTEM INOCULATED BY AZOSPIRILLUM BRASILENSE
SP7 AND BACTERIOPHAGE FAb-Sp7
Olga Guliy
Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms, Saratov, Russia
Изучали изменения морфологии корневой системы яровой пшеницы (сорта Саратовская 29) при
инокуляции клетками бактерий Azospirillum brasilense Sp7 и бактериофагом ФAb-Sp7, выделенным из
этих клеток. Инокуляция 3-х дневных проростков пшеницы клетками A. brasilense Sp7 в количестве
108, 106, 104 клеток/мл приводила к уменьшению длины корня, при этом количество боковых корней
существенно увеличивалось при концентрации 102 клеток/мл. При обработке проростков пшеницы
препаратом бактериофага ФAb-Sp7 среднее количество корней практически не изменялось.
Показано, что при инокуляции проростков пшеницы только суспензией азоспирилл происходило
уменьшение зоны растяжения корня в 3 раза, уменьшение зоны всасывания в 1,5 раза. Обработка
проростков пшеницы суспензией, содержащей как клетки азоспирилл, так и бактериофаги, приводила
к уменьшению зоны растяжения в 3,25 раза, но не к уменьшению зоны корневых волосков. С
помощью конфокальной микроскопии показано, что при инкубации проростков пшеницы с клетками
азоспирилл в концентрации 102 клеток/мл значительно увеличивались длина и число корневых
волосков (в среднем на 40%) по сравнению с контролем. Установлено также увеличение длины и
числа корневых волосков в среднем на 60% по сравнению с контролем при одновременной
инокуляции клетками азоспирилл штамма Sp7 совместно с бактериофагом ФAb-Sp7.
11
ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО
ПИТАНИЯ И ПРОДУКТИВНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Завалин А.А.
Всероссийский НИИ агрохимии им. Д.Н.Прянишникова
E-mail: otdzem@mail.ru
APPLICATION OF MICROBIAL PREPARATIONS FOR THE REGULATION OF MINERAL NUTRITION
AND PRODUCTIVITY OF AGRICULTURAL CROPS
Aleksey Zavalin
D.N. Pryanishnikov All-Russia Research Institute of Agrochemistry, Moscow, Russia
В полевых опытах с озимой пшеницей, озимой рожью, озимой тритикале, яровой пшеницей,
ячменем, овсом, кукурузой на зерно и на силос, картофелем на различных типах почв во многих
регионах России установлено, что в результате инокуляции семенного материала биопрепаратами
ризосферных диазотрофов в начальные фазы вегетации не происходило изменения концентрации
азота, фосфора и калия в растениях, то есть они в этот период не влияли на условия минерального
питания растений. В результате положительного действия микроорганизмов, растения потребляют
большее количество элементов питания, что создает предпосылки для формирования, по сравнению с
неинокулированными, более высокого урожая основной и побочной продукции. Инокуляция семян
кукурузы, озимой пшеницы флавобактерином или препаратами на основе псевдомонад повышают
концентрацию в растениях фосфора и калия, что отражается на энергетическом обмене растений,
повышении устойчивости их к болезням и неблагоприятным факторам среды; например, в условиях
пониженных температур воздуха возрастала всхожесть семян ячменя. Ассоциативные биопрепараты
эквивалентны внесению азотного удобрения под озимые пшеницу, рожь и тритикале, ячмень и овес в
дозе 30 кг/га, яровую пшеницу 30-45 кг/га и под кукурузу 45-60 кг/га и 40-45 кг/га под картофель.
С использованием стабильного изотопа 15N выявлены источники азота в формировании
урожая при использовании биопрепаратов ассоциативных диазотрофов. От использования не
увеличивается минерализации азота свежевнесенного органического вещества при инокуляции семян
яровой пшеницы ризоагрином.
12
ГЕНОМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОЦЕНКЕ БИОРАЗНООБРАЗИЯ И ПЛЕМЕННОЙ
ЦЕННОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ
Зиновьева Н.А.1, Гладырь Е.А.1, Сермягин А.А.1, Харзинова В.Р.1,
Костюнина О.В.1, Брем Г.1,2
1
2
ВИЖ им. Л.К. Эрнста, Московская обл. Подольский р-н, п. Дубровицы, Россия
Институт животноводства и генетики, ветеринарно-медицинский университет, г. Вена,
Австрия
E-mail: n_zinovieva@mail.ru
GENOMIC TECHNOLOGIES IN ASSESSING OF BIODIVERSITY AND BREEDING VALUE OF
AGRICULTURAL ANIMALS
Natalya Zinovieva, Elena Gladyr’, Aleksander Sermyagin, Veronika Kharzinova, Olga Kostyunina,
Gotfrid Brem
L.K. Ernst Research Institute for Animal Husbandry, Moscow Region, Russia)
Разработка биотехнологий, направленных на повышение эффективности использования биоресурсов
для производства продукции животноводства, является одной из приоритетных задач научнотехнологического развития в мире. Особую актуальность это приобретает вследствие наметившейся в
последние годы мировой тенденции сокращения биоразнообразия сельскохозяйственных животных, в
основном из-за меняющихся требований рынка и интенсификации сельского хозяйства, а так же
снижение темпов роста продуктивности животных. Развитие методов полногеномного анализа
открывает новые возможности в контроле и сохранении биоразнообразия пород и популяций
животных, в создании новых более совершенных подходов к оценке племенной ценности животных.
С использованием чипа Illumina Bovine SNP50K BeadChip, позволяющего анализировать 54609
полиморфизмов единичных нуклеотидов (SNP), выполнено исследование биоразнообразия
отечественных пород крупного рогатого скота, проведены полногеномные ассоциативные
исследования (GWAS) с признаками молочной продуктивности и фертильности коров. Показано, что
прилитие крови голштинского скота приводит к "вымыванию" уникальных аллелей, свойственных
отечественным породам скота, сближению их аллелофонда с голштинской породой, снижению уровня
генетического разнообразия. По результатам GWAS-исследований выявлены полиморфизмы,
достоверно ассоциированные с признаками молочной продуктивности (уровнем удоя, содержанием
жира и белка в молоке) и фертильности (продолжительностью сервис-периода, результативностью
осеменения). Разработаны тест-системы для скрининга селекционно-значимых полиморфизмов в
популяциях крупного рогатого скота.
Исследования выполнены при поддержке государства в лице Российского научного фонда,
проект № 14-36-00039 и Минобрнауки России, уникальный идентификатор проекта
RFMEFI60414X0062.
13
РОЛЬ МИКРОБИОЛОГИИ В ОЦЕНКЕ ПОЧВЕННЫХ РЕСУРСОВ
Иванов А.Л.
ФГБНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева
E-mail: ivanov_al@esoil.ru
THE ROLE OF MICROBIOLOGY IN THE EVALUATION OF SOIL RESOURCES
Andrey Ivanov
V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, Moscow
В основе доклада лежит идея о тесной взаимосвязи и взаимном развитии двух наук – почвоведения и
микробиологии. Обобщены результаты исследований в области
почвенной микробиологии,
сделанные в далекие годы становления почвоведения как науки и не утратившие актуальности до
сегодняшнего дня. Показана большая роль и заслуги отечественных естествоиспытателей в развитии
методологии изучения микробима почв, проведен анализ исследований, посвященных изучению роли
микроорганизмов в различных биохимических процессах, протекающих в почве, отмечена
разнохарактерная роль отдельных микроорганизмов в зависимости от факторов, влияющих на их
функции.
С появлением современных молекулярно-биологических методов, а вместе с ними новейших
знаний, открываются масштабные перспективы развития почвенной микробиологии. В докладе
звучит необходимость создания принципиально новых подходов к управлению звеньями трофической
цепи в системе «микроорганизмы-растения» для оптимизации питания, что невозможно без
координированных совместных усилий специалистов в области почвоведения и микробиологии. В
данном аспекте необходимой задачей является также создание систем для оптимальной мобилизации
генетических резервов микробно-растительных систем, лежащих в основе биосферноориентированного природопользования в АПК России.
С учетом большого разнообразия почв России, связанного с разнообразием сочетаний
естественных факторов почвообразования и многообразием видов хозяйственной деятельности
человека, сформулированы основные направления исследования биогенома почв. Применение к
анализу почвенного микробоценоза качественно новых минералогических и
оригинальных
микроморфологических методов исследования позволит более полно оценить экологические условия
обитания прокариотного сообщества и выявить значимость микроорганизмов в конкретных
проявлениях почвообразовательного процесса.
Серьезных теоретических результатов позволит достичь реализация программы
фундаментальных исследований, разработанная Почвенным институтом им. В.В. Докучаева
совместно с Всероссийским НИИ сельскохозяйственной микробиологии, утвержденной в перечне
программ Президиума Российской академии наук по отраслям и направлениям науки по
приоритетным направлениям. Отличительной особенностью предлагаемого подхода является
изучение функций почв с позиций статической оценки и описания динамики их на микропроцессном
и биосферном уровнях. Отечественная научная школа в почвоведении и теоретический задел в
научном земледелии позволят решить проблему адаптированно к современному социальноэкономическому пространству, а также более ориентировано на прикладное использование.
Методология исследований представлена в виде концептуальной блок-схемы, объединяющей
функции почв (педосферы) в 3 большие группы: депозитарные, биогеоценотические, экологические и
сервисные. Методы изучения и контроля ранжируются определенным образом в соответствии с
выделенными группами функций. Результатом работ будет создание интеллектуальной экспертной
системы, пространственной базы данных депозитарных функций почв, агроландшафтов и почвенного
микробиома.
Автор выражает большие надежды на дальнейшие перспективны сотрудничества почвоведов и
микробиологов в решении огромного количества прикладных задач, обусловленных разнообразием
состава и свойств почв и их функций. Это поможет в решении современных проблем, вызванных
изменениями климата - регуляции углеродного баланса, утилизации загрязнений химическими
веществами, создании технологий по применению бактериальных препаратов, позволяющих снижать
дефицит закрепленных питательных веществ для растений и перевод их в доступное состояние и т. д.
Исследования имеют большое значение для решения обширного круга вопросов, связанных с
повышением агроэкологического уровня земледелия и биосферного природопользования.
14
АГРЕССИВНОСТЬ ВОЗБУДИТЕЛЯ СОСУДИСТОГО БАКТЕРИОЗА КАПУСТНЫХ
КУЛЬТУР XANTHOMONAS CAMPESTRIS ЗАВИСИТ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ СРЕДЫ И
ГЕНОТИПА ПАТОГЕНА
Игнатов А.Н.
Федеральный исследовательский центр фундаментальных основ биотехнологии, Москва
E-mail: an.ignatov@gmail.com
AGGRESSIVENESS OF VASCULAR BACTERIOSIS PATHOGEN OF BRASSICA CROPS XANTHOMONAS
CAMPESTRIS DEPENDS ON THE AMBIENT TEMPERATURE AND ON THE GENOTYPE OF
PATHOGEN
Aleksander Ignatov
Federal Research Centre for Fundamentals of Biotechnology, Moscow, Russia
15
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТАГЕНОМА ПОЧВЕННОГО МИКРОБНОГО
СООБЩЕСТВА
Иванова Е.А.1, Першина Е.В.1, Чернов Т.И.2, Кутовая О.В.2, Андронов Е.Е.1
1
2
ФГБНУ ВНИИСХМ, СПб-Пушкин, 196608, ш. Подбельского, 3
ФГБНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 109017, Москва, Пыжевский пер., 7
E-mail: ektrnivanova@gmail.com
SPARTIAL ORGANIZATION OF METAGENOME OF SOIL MICROBIAL COMMUNITY
Ekaterina Ivanova1, Elizaveta Pershina1, Eugeny Andronov1, Timofey Chernov2, Olga Kutovaya2
1
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St.Petersburg
2
V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, Moscow
Наиболее впечатляющим открытием последнего десятилетия стало понимание высокой плотности и
беспрецедентного генетического разнообразия почвенного микробиома, делающего почву не просто
геологическим объектом, но реальным живым веществом. Россия представляет собой одну из
наиболее перспективных мировых исследовательских площадок для изучения почвенного метагенома
ввиду колоссального почвенного разнообразия, помещенного практически во все известные
агроклиматические зоны. Появление технологии секвенирования позволило получить огромный
массив метагеномной информации, в том числе о разнообразии некультивируемой части почвенного
микробиома (которая может составлять до 99% сообщества). Более того, открылась возможность
изучать не только разнообразие микроорганизмов в сообществе, но и генетический состав
внеклеточной ДНК, которая составляет значительную часть тотальной ДНК (до 60%) и, судя по всему,
имеет важное экологическое значение. Полидисперсность и различный минералогический состав
гранулометрических фракций, а также наличие гумусовых веществ создают условия для закрепления
и длительного хранения в почве экстрацеллюлярной микробной ДНК. В результате, аналогично, пулу
ферментов, создается своеобразный пул ДНК, способной к трансформации бактериальных клеток.
Данное обстоятельство допускает применение свойства своего рода «памяти» к понятию почвенного
метагеома, по аналогии с «почвой-памятью». Данный термин обозначает совокупность устойчивых и
консервативных свойств почвенного метагенома, являющихся результатом его эволюции как реакции
на специфические элементарные почвообразовательные процессы, происходящие в течение всего
периода формирования почвы. В данном аспекте почвенный транскриптом – совокупность тотальной
почвенной РНК, является своего рода аналогом «почвы-момента» – сочетания динамических свойств,
являющихся результатом совокупного действия факторов и процессов в данный конкретный момент.
В отличие от других сред, почва является сложно структурированным объектом. В ней
одновременно существует множество экологических ниш, сильно различающихся друг от друга по
условиям (доступность питательных элементов, влажность, доступ кислорода, структура порового
пространства и т.д.). Метагеномные инструменты за счет производительности позволяют учитывать
эти микроструктурные различия в сообществе и существенно дополнить представления, развиваемые
классической микробиологией и связанные с активным участием микробиоты в
почвообразовательном процессе. В частности, рядом зарубежных авторов получены данные по связи
специфических особенностей почвенного микробиома с агрегатной структурой и «вертикальной
стратификацией» почвенного профиля. Важнейшей предпосылкой для проведения такого рода
исследований в России является наличие мощных классических школ генетического почвоведения и
широкий выбор экспериментальных площадок. В нашей лаборатории уже ведутся исследования,
связанные с оценкой микробиомов различных агрегатных фракций, как в условиях различных типов
землепользования, так и в процессе почвообразования на отвалах вскрышных пород.
В эпоху своего зарождения метагеномные исследования, генерирующие
данные о
таксономической структуре почвенного микробиома, зачастую противопоставлялись методам
классической микробиологии, которые позволяли получить информацию о функциональной
активности микробного сообщества почв. В рамках современных метагеномных проектов последнее
может быть достигнуто двумя путями – анализом РНК и культивированием некультивируемых
микроорганизмов. Актуальный портрет активной на данный момент части почвенного микробоценоза
возможен благодаря анализу экспрессионных профилей – экстракции тотальной РНК. В нашей
лаборатории заложен фундамент этих исследований – изучение наиболее актуальной темы – сезонной
динамики в почве, затрагивающей практически любое почвовено-микробиологическое исследование.
16
Весомый вклад в изучение физиологии некультивируемых микроорганизмов вносит развитие
технологий single-cell, позволяющее изучать их геномы, прогнозируя свойства и экологические
потребности.
Таким образом, в арсенале почвенных микробиологов появился новый инструмент, который
позволяет не только учитывать все разнообразие структурных компонентов почвенного биома, но и
дает предпосылки к пониманию функционирования этой системы. Применение метагеномного
подхода к исследованию почвенного микробиома позволит обогатить науку как качественно новыми
фундаметнальными знаниями, так и, благодаря универсальности, новейшими практическими
решениями – от формирования баз данных микробиологических индикаторов агроэкологического
статуса почв до создания научно-методологических основ принципиально новых схем
агротехнологий и адаптивного землепользования.
17
СОВРЕМЕННЫЕ АГРОТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ КОМПЛЕКСНЫХ
СОЛОНЦОВЫХ ПОЧВ ЮГА РОССИИ
Ильина Л.П., Матишов Д.Г.
Институт аридных зон ЮНЦ РАН, г. Ростов-на-Дону, Россия
E-mail: iljina@ssc-ras.ru
MODERN AGRICULTURAL TECHNOLOGIES IMPROVING THE FERTILITY OF COMPLEX ALKALINE
SOILS OF SOUTHERN RUSSIA
Liudmila Il’ina, Dmitry Matishov
Institute of Arid Zones, Rostov-on-Don, Russia
В настоящее время на территории ЮФО в структуре почвенного покрова засоленные почвы (включая
солонцы и солонцеватые почвы) занимают 32,2 %, что составляет 18,32 млн. га. Засоленные
почвенные комплексы формируются в орошаемых агроландшафтах
(в орошаемых южных
черноземах солонцы лугово-черноземные занимают 40 % площади комплекса), в сухостепных
ландшафтах доля солонцов и солонцеватых почв в составе каштановых почвенных комплексов
составляет 70%. Учитывая, что комплексные солонцовые почвы широко используются в сельском
хозяйстве, необходимо разрабатывать эффективные агротехнологии повышения их плодородия.
Многолетние исследования проводились в творческом содружестве с Донским аграрным
университетом (кафедра земледелия и мелиорации, кафедра почвоведения и агрохимии).
Агротехнология прошла успешную апробацию на одном из почвенно-мелиоративных стационаров в
колхозе «Ленинский путь» (ныне СПК «Веселовский») Дубовского района Ростовской. По
результатам работ получено 2 патента: «Способ долговременного управления продуктивностью
степных биогеосистем юга России» (№2438293 от 10 января 2012 г) и «Устройство для создания
глубокого рыхлого слоя почвы» (№2471323 от 10 января 2013 г). В 2010 г. в конкурсе «Инновации для
инвестиций в будущее» (РАСДС) инновационной разработке « Технология долговременного
управления продуктивностью степных биогеосистем юга России» была присуждена золотая медаль.
В настоящее время применение стандартной зональной агротехники на солонцовых почвах не
позволяет существенно улучшить их агрономическое состояние, солевой режим и мелиоративный
эффект прослеживается в течение не более чем 7–12 лет. Разработанная агротехнология повышения
плодородия комплексных солонцовых почв основана на создании глубокого рыхлого слоя почвы в 2
этапа. Первый включает проведение глубокого рыхления почвы почвообрабатывающими орудиями с
пассивными рабочими органами. Второй – проведение через 3-5 лет специальной роторно-фрезерной
обработки, которая сочетает безотвальную обработку верхнего гумусового слоя почвы с ротационной
фрезерной обработкой солонцового и подсолонцового горизонтов на глубине 20-50 см. При такой
мелиоративной обработке солонцовых почв происходит формирование гомогенного почвенного
профиля, состоящего из мелких однородных по размеру почвенных агрегатов с отсутствием
признаков солонцового педогенеза, при этом содержание легкорастворимых солей уменьшается в 3
раза и степень засоления изменяется от средне- и сильнозасоленной до слабозасоленной,
мелиоративный эффект прослеживается в течение 20–30 лет. Сочетание агротехнических приемов с
внесением органических и минеральных удобрений, а также промышленных (спиртовой раствор
барды, липрин и др.) и химических отходов (фосфогипс и др.) позволяет создать наиболее
благоприятные условия для выращивания сельскохозяйственных культур.
Таким образом, в результате многолетних исследований разработана перспективная
агротехнология повышения плодородия комплексных солонцовых почв на основе использования
новых агротехнических приемов и методов мелиорации, которая
позволяет улучшить их
агрофизические, химические свойства, а также повысить урожайность возделываемых зерновых
культур на 20%, что сделает возможным решение проблемы устойчивого развития зернового
хозяйства в сухостепных агроландшафтах России.
18
АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ФОРМ МИКРОБНЫХ
БИОПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
КожемяковА.П.1, Лактионов Ю.В.1, Попова Т.А.1, Орлова А.Г.1, Кокорина А.Л.2,
Вайшля О.Б.3, Агафонов Е.В.4, Гужвин С.А.4, Чураков А.А.5, Яковлева М.Т.6
1
2
ФГБНУ ВНИИСХМ, СПб-Пушкин, 196608, ш. Подбельского, 3
ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный аграрный университет
3
Томский государственный университет
4
ФГБОУ ВПО Донской государственный аграрный университет
6
ФГБНУ Якутский НИИ сельского хозяйства
E-mail: kojemyakov@rambler.ru
ADVANCED TECHNOLOGIES OF MICROBIAL INOCULANTS PRODUCTION AND USE FOR
CROPPING UNDER THE DIFFERENT AGRO-ECOLOGICAL CONDITIONS OF RUSSIAN FEDERATION
Andrey Kojemyakov, Yuri Laktionov
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
Выполнены комплексные исследования по созданию жидкой формы биопрепаратов для
симбиотических и ассоциативных ризобактерий. Подобраны оптимальные сочетания
стабилизирующих, питательных и защитных субстратов, обеспечивающих длительное хранение и
высокую эффективность биопрепаратов. Новая форма способна хранится при комнатной температуре
(стерильно расфасованная в пластиковые бутыли) не менее 6 месяцев. Разработанная технология
более эффективна, экономична, а созданные на её основе биопрепараты высокоэффективны.
Разработанная жидкая форма удобна для механизированного применения, а также для
обработки посевов в период вегетации растений.
Установлено, что усовершенствованная жидкая форма имеет высокую эффективность. Так на
зернобобовых культурах её применение повышало урожай зерна сои на 20-40%, гороха- 15-25%.
Продуктивность зерновых культур (озимая и яровая пшеница, ячмень) повышалась на 15-25%, а
продуктивность люцерны на 20-45%. При этом установлено существенное повышение качество
продукции за счёт увеличения содержания белка. Эффективность биопрепаратов существенно
корректировалась
агроэкологическими
условиями
и
биологическими
особенностями
сельскохозяйственных культур.
19
ВКЛАД МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ НАУКИ В РАЗВИТИЕ АГРОБИОТЕХНОЛОГИИ
В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ
Коломиец Э.И.
Институт микробиологии НАН Беларуси
E-mail: kolomiets@mbio.bas-net.by
CONTRIBUTION OF MICROBIOLOGICAL SCIENCE IN THE DEVELOPMENT OF AGRICULTURAL
TECHNOLOGY IN REPUBLIC OF BELARUS
Emilia Kolomiets
Institute of Microbiology, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus
Продукция, получаемая на основе микробного синтеза, имеет выход практически во все отрасли
народного хозяйства. В сельском хозяйстве – это биологические средства защиты растений,
микробные удобрения, пробиотики, биодезинфектанты, биоконсерванты растительного сырья,
кормовой белок, ферменты, аминокислоты, витамины.
Ключевым моментом научного обеспечения агробиотехнологий является получение штаммов
микроорганизмов – суперпродуцентов биологически активных соединений. С этой целью
используются как традиционные методы селекции, так и методы генно-инженерного
конструирования, повышающие эффективность селекционных работ в десятки и сотни раз.
Созданный в Институте Центр аналитических и генно-инженерных исследований, оснащенный
современным оборудованием, обеспечивает выполнение генно-инженерных работ на высоком
научном уровне и позволяет получать штаммы с заданными свойствами для разработки
биотехнологий и биопрепаратов, относящихся к Y-YI технологическим укладам, что находится в
русле мировых тенденций научно-технического прогресса. Работы по молекулярно-генетической
идентификации штаммов микроорганизмов осуществляются в функционируемой при Институте
Белорусской коллекции микроорганизмов, включенной в Государственный реестр научных объектов,
составляющих национальное достояние и зарегистрированной во Всемирной Федерации коллекций
культур. Наряду с развитием коллекции микроорганизмов созданы ДНК-банки промышленно-ценных
микроорганизмов, фитопатогенных культур, обеспечивающие возможность сохранности генофонда
перспективных объектов биотехнологии; раннего диагностирования болезней лесных и
сельскохозяйственных культур с целью предотвращения эпифитотий.
Выделены, селектированы и изучены микроорганизмы – потенциальные интродуценты,
установлены механизмы их ростстимулирующего, антагонистического и энтомоцидного действия,
оптимизированы технологические процессы, разработаны высокотехнологичные препаративные
формы микробных удобрений и биопестицидов, необходимых для оздоровления и стабилизации
растениеводства республики.
Отечественные биопестициды Фрутин (для контроля возбудителей болезней ягодных и
плодовых культур), Бетапротектин (для борьбы с кагатной гнилью сахарной свеклы), Экогрин (для
защиты овощных и зеленных культур от болезней в условиях малообъемной гидропоники),
Бацитурин, Бактосол и Ксантрел (для защиты картофеля и овощных культур от вредителей и
болезней), Мультифаг (эффективное средство для борьбы с бактериозами овощных культур) нашли
свою нишу на внутреннем рынке биотехнологической продукции и имеют экспортный потенциал,
благодаря высокой антимикробной или энтомоцидной активностям и более низкой себестоимости по
сравнению с зарубежными аналогами. Несмотря на то, что проводимые в республике фитозащитные
мероприятия ориентированы на преимущественное использование химических препаратов, объем
применения биопестицидов имеет выраженную тенденцию к росту (с 3 т в 2011 г. до 11 т в 2013 г.).
Новые перспективы в получении высокоэффективных средств защиты растений открывает
генная инженерия. Так, исследования по клонированию генов с инсектицидной активностью в
хромосому B. subtilis позволили получить рекомбинантный штамм, совмещающий два типа
биологической активности - инсектицидную и антимикробную. На основе полученного штамма
ведутся работы по созданию биопрепарата нового поколения, не имеющего аналогов.
20
ГОРМОНЫ, РЕГУЛЯЦИЯ РОСТА РАСТЕНИЙ И ПОВЫШЕНИЕ УРОЖАЙНОСТИ
С ПОМОЩЬЮ РОСТ СТИМУЛИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ
Кудоярова Г.Р., Архипова Т.Н., Высоцкая Л.Б., Мелентьев А.И.
Уфимский институт биологии РАН, Уфа, 450054, пр.Октября, 69
E-mail: guzel@anrb.ru
HORMONES, PLANT GROWTH REGULATION AND INCREASING OF PRODUCTIVITY BY GROWTHSTIMULATING BACTERIA
Guzel Kudoyarova
Ufa Institute of Biology of Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia
Стимуляция роста растений под влиянием ряда микроорганизмов привлекает к себе внимание как
способ повышения их урожайности. Предполагается, что механизм действия этих микроорганизмов
основан на продукции ими фитогормонов. Между тем, стимуляция роста листьев может снизить
засухоустойчивость растений, увеличивая площадь испарения воды. Альтернативный взгляд на эту
проблему заключается в том, что уменьшение скорости формирования листового покрытия
увеличивает испарение воды с поверхности почвы. Аргументом в этом споре могут быть наши
результаты изучения бактерий, продуцирующих гормоны цитокинины, стимулирующие рост листьев.
Многолетняя оценка влияния обработки семян пшеницы препаратом этих бактерий показала
наибольшее повышение урожайности в засушливые годы. Стимуляция роста корней увеличивает их
поглотительную способность, что важно в условиях дефицита воды и элементов минерального
питания. Сведения о влиянии гормонов на рост корней неоднозначны. Считается, что гормоны
цитокинины подавляют рост корней. Нами показано увеличение массы корней под влиянием
обработки растений продуцирующими цитокинины бактериями. Однако стимуляция роста побега в
этом случае была выражена сильнее. Это относительное (по сравнению с побегом) подавление роста
корней может быть следствием активации под влиянием цитокининов продукции этилена.
Обсуждается перспективность одновременной обработки семян цитокинин продуцирующими
бактериями и бактериями, разрушающими предшественник этилена.
21
ВЛИЯНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ НА РОСТ, РАЗВИТИЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РИСА
Ладатко В.А.
ВНИИ риса, Краснодар
E-mail: valery.ladatko@mail.ru
EFFECT OF BIOPREPARATIONS ON THE GROWTH, DEVELOPMENT AND PRODUCTIVITY OF RICE
Valery Ladatko
All-Russia Rice Research Institute, Krasnodar, Russia
Показано варьирование морфо-физиологических признаков растений риса под влиянием
бипрепаратов на основе азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий и эндомикоризных
грибов. Проанализированы особенности роста растений, накопления биомассы, формирования
фотосинтетического аппарата и корневой системы риса. Выявлена эффективность биопрепаратов в
зависимости от уровня минерального питания и применяемых гербицидов, а также сортовая реакция
на применение бактериальных удобрений. Обоснована необходимость инокуляции рисовой соломы
препаратами на основе целлюлозолитических и лигнолитических микроорганизмов способствующих
ускорению гумификации и минерализации незерновой части урожая риса. На основе проведенных
исследований показана высокая эффективность применения биопрепаратов на посевах риса.
22
ЭПИФИТНАЯ МИКРОФЛОРА КАК ИСТОЧНИК ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОБИОЦЕНОЗА
СИЛОСА: МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова В.А., Солдатова В.В.,
Бражник Е.А., Соколова О.Н.
ООО "БИОТРОФ",
E-mail: biotroph@rambler.ru
EPIPHYTIC MICROFLORA AS A SOURCE FOR SILAGE MICROBIOCENOSIS FORMATION:
MOLECULAR AND GENETIC ANALYSIS
Georgy Laptev et al.
Biotrof Company, St. Petersburg, Russia
Силосование – это микробиологический процесс, течение которого в значительной степени зависит
от состава и структуры эпифитных микробных сообществ, присутствующих на надземных органах
кормовых культур. Поэтому знания о микробиологическом составе эпифитов филлосферы кормовых
культур являются основополагающими для правильного управления процессами силосования. В
связи с этим целью работы явилось выявление закономерностей организации и функционирования
комплексов эпифитной микрофлоры, ассоциированной с хозяйственно значимыми кормовыми
растениями, для разработки научно обоснованных практических рекомендаций по созданию
качественных и биологически безопасных кормов. В наших исследованиях впервые был применен
комплексный подход для изучения состава микроорганизмов филлосферы вегетирующих кормовых
культур на различных этапах возделывания и готового силоса на разных этапах его созревания с
использованием современных молекулярно-генетических методов. Было показано, что состав
микроорганизмов скошенной растительной массы резко отличался от состава микробиоты
растительного травостоя и значительно менялся в процессе силосования под влиянием различных
факторов (вид силосуемого растения, срок созревания силоса, применение и тип консервирующих
препаратов). В результате исследований нами было установлено, что эпифитная микрофлора
растений не является случайным скоплением микроорганизмов, а образует комплекс микробнорастительных ассоциаций, внутри которых существует строгая специфичность микроорганизмов для
отдельных видов растений, ее динамичность в течение вегетации, зависимость от ряда абиотических
и биотических факторов, состав и структура которого предопределяет ход процесса силосования
кормовых культур.
23
ПОВЫШЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА КАПУСТНЫХ
ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ СЕМЯН БАКТЕРИАЛЬНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ НА ОСНОВЕ
АССОЦИАТИВНЫХ ШТАММОВ
Лебедев В.Н., Воробейков Г.А.
Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена, Санкт-Петербург,
Россия
E-mail: antares-80@yandex.ru
INCREASING THE PRODUCTIVITY OF BRASSICACEAE FAMILY PLANTS BY SEED INOCULATION
WITH BACTERIAL PREPARATIONS BASED ON ASSOCIATIVE STRAINS
Vitaly Lebedev, Gennady Vorobeykov
A.I. Herzen State Pedagogical University, St.Petersburg, Russia
Проведен анализ данных многолетних исследований, выполненных на Биостанции им. А.И. Герцена
(пос. Вырица Гатчинского района Ленинградской области) по выявлению эффективных штаммов
ассоциативных ризобактерий для хозяйственно ценных растений, относящихся к различным
растениям семейства Brassicaceae. Показано, что применение наиболее эффективных для каждой
выращиваемой культуры ассоциативных штаммов ризобактерий в наибольшей степени стимулирует
физиологические процессы, увеличивает биомассу как надземных, так и подземных органов, а также
урожай семян, улучшает качество растительной продукции и снижает содержание нитратов в зеленой
массе. Наилучшие результаты получены при использовании бактериальных препаратов: мизорина
(Arthrobacter mysorens, штамм 7) и флавобактерина (Flavobacterium sp., штамм Л 30).
Ключевые слова: фиксация молекулярного азота, инокуляция, продуктивность, минеральное
питание, стимуляция роста, интродукция, PGPR, дерново-слабоподзолистая супесчаная почва
критический период, засуха, переувлажнение почвы, фиторегуляторы, ассоциативные ризобактерии,
устойчивость.
24
МИКРООРГАНИЗМЫ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОГО ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
Левитин М.М.
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений, Санкт-Петербург
E-mail: mark_levitin@rambler.ru
MICROORGANISMS UNDER THE CONDITIONS OF GLOBAL CLIMATE CHANGE
Mark Levitin
All-Russian Research Institute of Plant Protection, St. Petersburg, Russia
Факт глобального изменения климата не вызывает сомнений. По прогнозам, температура воздуха в
России повысится к середине нынешнего века на 2°С. Начиная с 2000 года, темпы роста
концентрации CO2 увеличились более чем в предыдущие десятилетия. Глобальное изменение
климата приведет к перестройке всех геосистем и, в частности, скажется на биоразнообразии,
распространении и жизнедеятельности микроорганизмов. Уже сейчас мы наблюдаем расширение
ареала теплолюбивых видов фитопатогенных грибов. Примерами могут служить виды Fusarium,
Septoria и др. Увеличение концентрации CO2 в атмосфере будет приводить к увеличению биомассы
грибов, т.е. к увеличению инфекционного потенциала. Не останутся в стороне от изменения климата
и почвенные микроорганизмы. Известно, что азотфиксирующие микроорганизмы более активны в
почвах с высокой температурой. Глобальное потепление приведет к изменениям жизненных циклов
возбудителей болезней. В частности, повышение температуры воздуха приводит к уменьшению
латентного периода у возбудителя септориоза пшеницы Septoria tritici и к усилению агрессивности
патогена. Температура может оказать серьезное влияние на эффективность генов устойчивости.
Например, температура выше 20°С может вызывать инактивацию устойчивости к стеблевой
ржавчине сортов овса с генами Pg3 и Pg4. Сорта, обладающие длительной устойчивостью к
патогенам (durable resistance), менее зависимы от внешних факторов среды. Температура может
оказывать влияние и на функционирование генов вирулентности паразита. Изменения климата,
несомненно, должны учитываться при разработке стратегии защиты растений от болезней.
25
РОЛЬ ТРАНСКРИПЦИОННЫХ ФАКТОРОВ РАСТЕНИЙ В ФОРМИРОВАНИИ
КЛУБЕНЬКОВ
Лутова Л.А.
ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный университет
E-mail: la_lutova@mail.ru
ROLE OF THE PLANT TRANSCRIPTIONAL FACTORS IN DEVELOPMENT OF SYMBIOTIC NODULES
Liudmila Lutova
St. Petersburg State University, Russia
В силу наличия клеточной стенки и прикрепленного образа жизни, развитие растений в большей
степени, чем у других организмов, согласовано с действием факторов внешней среды и
характеризуется выраженным регуляторным типом развития, высоким адаптационным потенциалом,
что способствует доминированию и разнообразию растений на земле. Транскрипционные факторы
(ТФ), которые в литературе обозначают как центральные регуляторы или “master” гены, являются
главными регуляторами программ развития. У растений выявлено приблизительно 2000 генов,
кодирующих ТФ, что составляет около 7% от общего числа генов. ТФ объединяют в семейства на
основании сходства ДНК-связывающих доменов и наличия консервативных доменов. Основные
семейства ТФ имеют сходство с ТФ животных, участвуют если не в гомологичных процессах, то, по
крайней мере, аналогичных программах. Около 150 семейств являются уникальными для растений.
Значимым типом для растений является ТФ, содержащие гомеодомен. Это высоко консервативное
семейство генов, к которым относится семейство KNOX и WOX-генов. Суммируя, в том числе, наши
результаты, можно заключить, что изменение гормонального уровня влечет за собой изменение
экспрессии генов, кодирующих ТФ (KNOX и WOX) и, как следствие, изменение программы развития
и формирование «новых» структур, а именно клубенька.
26
ФОРМИРОВАНИЕ АССОЦИАЦИЙ РИЗОБАКТЕРИИ–РАСТЕНИЕ
ДЛЯ ОВОЩНЫХ АГРОЦЕНОЗОВ
Мельничук Т.Н.
ГБУ Республики Крым «НИИ сельского хозяйства Крыма», г. Симферополь
E-mail: melnichuk7@mail.ru
FORMING OF RHIZOBACTERIA-PLANT ASSOCIATIONS FOR AGROCENOSES
Tatiana Melnichuk
The Crimean Agricultural Institute, Simferopol, Russia
Обобщен многолетний опыт изучения ассоциативного взаимодействия полезных ризосферных
бактерий и некоторых видов растений овощной группы. Показано, что интродукция эффективных
штаммов полезных бактерий в ризосферу растения способствует оптимизации структуры микробного
окружения растения и его функциональной активности, что обеспечивает активизацию физиологобиохимических процессов в растении в течение всех этапов его онтогенеза. Разработан методический
подход к выделению и изучению ассоциативных микроорганизмов к определенному виду растений.
Раскрыты особенности колонизационной способности производственных штаммов к
различным видам овощных растений. Интродукция штаммов микроорганизмов на поверхность
семенной оболочки, вызывает изменения в составе эпифитных микроорганизмов. Влияние штаммов,
не приживающихся на поверхности семян, обусловлено их способностью формировать микробиом на
начальном этапе. Увеличение разнообразия видов микроорганизмов наблюдали на поверхности
семян томатов как инокулированных перед закладкой на хранение, так и полученных в поколении.
Показаны перспективы использования подобранных ассоциаций ризобактерии-растение в
овощных агроценозах.
27
ОСНОВЫ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СЕЛЕКЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ
В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
Михайленко И.М., Драгавцев В.А.
ФГБНУ "Агрофизический научно-исследовательский институт"
E-mail: ilya.mihailenko@yandex.ru
FUNDAMENTALS OF MANAGEMENT OVER GENETIC-BREEDING PROCESSES IN THE PLANT
INDUSTRY
Ilya Mikhailenko, Viktor Dragavtsev
Agrophysical Research Institute, St. Petersburg, Russia
Рассматривается алгоритм управления селекционным процессом на базе математических моделей
взаимодействия «генотип—среда». Ядром алгоритма являются эколого-генетические портреты (ЭГП)
потенциальных родителей, представляющие собой отклики на нормированное воздействие
экологических условий семи генетико-физиологических систем растений. По своей сути алгоритм
представляет собой последовательный выбор вариантов взаимодополняющих ЭГП родителей и
прогнозирование посредством моделей результирующих количественных селекционных признаков.
При этом выбор вариантов осуществляется до требуемой степени совпадения прогнозируемых и
заданных селекционных признаков. При наличии управляемости экологическими факторами в
автоматизированном фитотроне, такой выбор дополняется оптимизацией параметров среды, чем
обеспечивается максимальное использование эколого-генетического потенциала родителей и
последующее повышение надежности идентификации генотипов потомства по их фенотипам.
Ускорение во времени управляемого селекционного процесса достигается, как за счет
автоматизированного подбора родительских пар, так и за счет наличия автоматического алгоритма
идентификации генотипа по фенотипу, результатом которой и является формирование ЭГП.
28
СЕЛЕКЦИЯ ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
СИМБИОЗА
НаумкинаТ.С.1, Зотиков В.И.1, Васильчиков А.Г.1, Донская М.В.1,
Тихонович И.А.2, Борисов А.Ю.2, Штарк О.Ю.2
1
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур, г.
Орел
2
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии,
г. Санкт-Петербург-Пушкин
E-mail: office@vniizbk.orel.ru
SELECTION OF LEGUMES TO IMPROVE THE EFFICIENCY OF SYMBIOSIS
Tatiana Naumkina1, Vladimir Zotikov1, Andrey Vasil’chikov1, Marya Donskaya1, Aleksey Borisov2,
Oksana Shtark2
1
All-Russia Research Institute of Legumes and Groat Crops, Orel, Russia; 2All-Russia Research Institute for
Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
Рассматриваются итоги многолетней (1993…2014 гг.) селекционной работы по созданию новых
сортов зернобобовых культур, обладающих повышенной продуктивностью и высоким
симбиотическим потенциалом. Основой для работы являлись генетические источники и доноры,
выделенные в результате скрининга 650 сортообразцов гороха, 50- фасоли, 50- сои, 120 – нута и 46 –
чины посевной по эффективности взаимодействия с клубеньковыми бактериями и грибами
арбускулярной микоризы Glomus sp. Исследования проводились с использованием стандартных
методик полевой и лабораторной оценки генофонда. Созданы новые сорта гороха Юниор, Триумф,
Юбилейный с повышенным симбиотическим потенциалом и высокой урожайностью (4,5…6,2 т/га).
Сорт Юбилейный с 2015 года внесен в Государственный реестр селекционных достижений,
допущенных к использованию в Республике Беларусь. В 2014 году на Государственное
сортоиспытание передан новый сорт чины посевной Славянка, существенно превосходящий стандарт
по урожайности зерна и зеленой массы, обладающий повышенной азотфиксирующей способностью,
устойчивый к болезням и вредителям. Подготовлен к передаче на ГСИ новый сорт нута Аватар.
29
ПРОТЕОМНЫЙ СКРИНИНГ АМИЛОИД-ФОРМИРУЮЩИХ БЕЛКОВ
У БАКТЕРИИ ESCHERICHIA COLI
Нижников А.А., Антонец К.С., Инге-Вечтомов C.Г.
Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии, г. СанктПетербург
E-mail: a.nizhnikov@spbu.ru
PROTEOMIC SCREENING OF AMYLOID-FORMING PROTEINS IN ESCHERICHIA COLI
Anton Nizhnikov, Kirill Antonec, Sergey Inge-Vechtomov
Saint Petersburg State University, Russia
Амилоиды это фибриллярные белковые агрегаты, обладающие кросс-бета структурой. Эти агрегаты,
с одной стороны, играют важную роль в патогенезе десятков заболеваний у человека, а с другой –
могут быть функциональными и играть адаптивную роль. Длительность и трудоемкость выявления
новых амилоидов является одной из центральных проблем в данной области. Благодаря недавно
разработанному нами методу протеомного скрининга амилоидов PSIA появилась возможность для
быстрого и эффективного поиска амилоидогенных белков на уровне всего протеома у различных
организмов, от прокариотов до человека. В рамках настоящего исследования при помощи этого
метода проведены протеомные скрининги амилоид-формирующих белков у бактерии Escherichia coli.
Выполнена детальная характеристика и идентификация молекулярного состава белковых фракций,
содержащих амилоидогенные белки, выделенные из ряда штаммов E. coli. Выявлены группы белков,
потенциально способных к амилоидогенезу, среди которых в качестве наиболее перспективных
можно выделить бактериальные токсины – колицины, а также белки фимбрий. В целом, полученные
данные показывают, что спектр бактериальных амилоидов, образующихся в физиологических
условиях, может быть существенно шире, чем предполагалось до сих пор.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ № МК-4854.2015.4
30
СОСТАВ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА
ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ СОЛОМЫ ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ
ПОЧВЕ
Орлова О.В.1, Андронов Е.Е.1, Воробьев Н.И.1, Колодяжный А.Ю.2, Москалевская Ю.П.2,
Патыка Н.В.2
1
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, Санкт-Петербург
2
Национальный Научный Центр "Институт земледелия", Киев
E-mail: falenki@hotmail.com
COMPOSITION AND FUNCTIONING OF MICROBIAL COMMUNITY IN THE DECAY OF CEREAL
STRAW IN THE SOD-PODZOLIC SOIL
Olga Orlova1, Nikolay Vorobyov1, Olga Sviridova1, Eugeny Andronov1, Aleksander Kolodyazhny2, Yulia
Moskalevskaya2, Nikolay Patyka2
1
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
2
Institute of Agriculture of NAASU, Kiev region, Ukraine
Исследовали связь структуры микробного сообщества почвы и его функционирования. Данная
проблема является актуальной, в том числе и потому, что благодаря полифункциональности
микроорганизмов при изменении структуры микробного сообщества его функционирование может не
меняться.
В лабораторном опыте в дерново-подзолистую почву (Сгум. 4,02%, Nобщ. 0,316%, рНсол 5,63)
вносили измельченную до 1-2 см солому ржи, которую заделывали в слое 0-3 см, слое 9-12 см или
оставляли на поверхности. Для ускорения разложения солому обрабатывали препаратами: БАГС (на
основе Bacillus); Баркон (целлюлозоллитическая ассоциация сложного состава) и Омуг (биоудобрение
из подстилочного помета). Состав и функционирование микробного сообщества почвы оценивали
молекулярными методами (высокоточная амплификации участка гена 16S рРНК) и традиционными
микробиологическими (численность бактерий, грибов, аммонифицирующих, педотрофов,
олиготрофов, целлюлозоразлагающих микроорганизмов) и биохимическими методами (дыхание,
биомасса микроорганизмов).
Традиционные методы показали отличия в функционировании и составе микробного
сообщества в разных вариантах. При внесении соломы возросли дыхание почвы, содержание С и N в
микробной биомассе. Численность микромицетов была в 1,5-2,0 раза выше в слое, куда вносили
солому. Биопрепараты увеличили разложение соломы и дыхание, наилучшие результаты при заделке
в слой 0-3 см. БАГС и Баркон разлагают солому эффективнее Омуга, но его действие на плодородие
почвы более благоприятно.
Рассматривается влияние обработки препаратами соломы на состав бактериального
сообщества дерново-подзолистых почв. Основную массу бактериального сообщества почвы
составляли Proteobacteria и Actinobacteria, существенный вклад был классов Acidobacteria,
Chloroflexi, Firmicutes. Наибольшее разнообразие почвенного микробного сообщества, которое
свидетельствует о повышении функциональной активности микробиома, выявлено при неглубокой
(0-3 см) заделке соломы. Обсуждается влияние соломы, глубины заделки соломы и препарата в
структуре отдельных таксонов.
31
ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ПЛАСТИДНОГО ГЕНОМА У РАСТЕНИЙ-ПАРАЗИТОВ И
ХИЩНИКОВ
Кадников В.В., Груздев Е.В., Белецкий А.В., Марданов А.В., Равин Н.В.
Центр «Биоинженерия» РАН
E-mail: nravin@biengi.ac.ru
FEATURES OF PLASTID GENOME EVOLUTION IN PLANTS-PARASITES AND PREDATORS
Nikolay Ravin et al.
Centre "Bioengineering" of RAS, Moscow, Russia
Хлоропласты являются клеточными органеллами, основной функцией которых является фотосинтез.
Пластидные геномы (хпДНК) у высших растений представляют собой кольцевые молекулы длиной
до 200 тыс. п.н., и обычно содержат 110-130 генов, в том числе гены фотосинтетической системы и
собственного генетического аппарата. Однако, ряд растений в процессе эволюции выработали
способность получать питательные вещества не с помощью фотосинтеза, а в результате паразитизма
или хищничества. Такие растения в меньшей степени зависят от фотосинтеза, а некоторые из них
вообще не содержат хлорофилла. Тем не менее, анализ пластидных геномов нескольких
паразитических видов показал, что хпДНК у них сохраняется, хотя и в редуцированном виде.
Причины сохранения хпДНК даже у нефотосинтезирующих растений остаются неизвестными и
предполагают наличие не связанных с фотосинтезом функций. Мы определили полные нуклеотидные
последовательности хлоропластных геномов облигатно паразитического микогетеротрофного
растения Monotropa hypopitys (подъельник) и насекомоядного растения Drosera rotundifolia (росянка).
Секвенирование хпДНК было проведено с помощью пиросеквенирования суммарной геномной ДНК
этих растений.
Хлоропластный геном росянки представляет собой кольцевую молекулу ДНК размером 192.9
тыс. п.н., кодирует 88 уникальных генов, в том числе гены рибосомных белков, I и II фотосистем,
комплекса цитохрома b/f, субъединиц АТФ-синтаз, РНК-полимеразы, рибосомных и транспортных
РНК. Особенностью хпДНК росянки является отсутствие генов NADH-дегидрогеназы, что может
отражать ослабленную зависимость этого растения от фотосинтеза. Необычным также является
большое число перестроек в хпДНК росянки, хотя структура хлоропластного генома (порядок генов)
сохраняется практически неизменной практически у всех цветковых растений. Геномные
перестройки привели к дупликации фрагментов некоторых генов, представленных в виде
псевдогенов. Об ослабленном давлении отбора свидетельствует также повышенная скорость
эволюции последовательностей некоторых белок-кодирующих генов и микроструктурные изменения
(короткие инсерции/делеции).
Хлоропластный геном подъельника имеет размер 35.3 тыс. п.н., это один из самых коротких
из известных хлоропластных геномов цветковых растений. Редукция и множественные перестройки
хпДНК привела к потере инвертированных повторов, поэтому невозможно выделить стандартную
для хлоропластного генома растений четырех-сегментную структуру. Гены аппарата фотосинтетеза и
NADH-дегидрогеназы утрачены полностью, в то время как собственный генетический аппарат в
основном сохранен. Несмотря на такую редукцию хпДНК подъельника содержит ген infA, который у
многих цветковых растений перенесен в ядро и отсутствует в хлоропластных геномах. Таким
образом, хпДНК Monotropa hypopitus представляет собой пример экстремальной редукции
хлоропластного генома у высших растений, отражающей полную потерю способности к фотосинтезу.
Работа поддержана грантом РФФИ 14-04-00749.
32
ФАКТОРЫ ГЕНОТИПИЧЕСКОГО ПОЛИМОРФИЗМА КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ S.
MELILOTI В ЦЕНТРАХ РАЗНООБРАЗИЯ РАСТЕНИЙ-ХОЗЯЕВ
Румянцева М.Л., Симаров Б.В.
ФГБНУ ВНИИСХМ, СПб-Пушкин, 196608, ш. Подбельского, 3
E-mail: mroumiantseva@yandex.ru
GENOMIC AND POPULATION DYNAMICS OF NODULE BACTERIA UNDER SALT STRESS
Marina Roumyantseva, Boris Simarov
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
Центры разнообразия культурных растений, для которых характерна высокая степень полиморфизма
гермоплазмы, находятся в различных почвенно-климатических зонах, характеризующихся резкими
перепадами суточных и сезонных температур, подвержены засушливости и/или засолению и другим
факторам. Исследование генотипического разнообразия генетических ресурсов природных популяций
клубеньковых бактерий в таких центрах является эффективным подходом не только для поиска
наиболее удачных комбинаций генов ризобий, в качестве основы для направленного генетического
конструирования штаммов-инокулянтов, но и для выявления факторов, способствующих
возникновению новых генотипов в географически различных популяциях микросимбионтов.
Сравнительный генотипический анализ набора функционально различных хромосомных и
плазмидных генов-маркеров штаммов из двух центров разнообразия люцерны: Северо-Кавказский и
Мугоджары (Казахстан), выявил доминирующие и уникальные сочетания обеих групп маркеров,
характерные для каждой из изученных популяций. Частотный анализ встречаемости типового и
дивергентных состояний маркерных локусов позволил заключить, что биотические и абиотические
факторы в географически различных популяциях имеют разную степень влияния на генотипический
полиморфизм.
33
РАДИАЦИОННЫЕ АГРОБИОТЕХНОЛОГИИ: ИССЛЕДОВАНИЯ
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И КАЧЕСТВА ОБЛУЧЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
Козьмин Г.В., Павлов А.Н., Пименов Е.П., Кобялко В.О.,
Санжарова Н.И., Саруханов В.Я.
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии, г. Обнинск
E-mail: natsan2004@mail.ru
RADIATION AND AGRICULTURAL BIOTECHNOLOGIES: THE STUDY OF MICROBIOLOGICAL
SAFETY AND QUALITY OF IRRADIATED PRODUCTS
Natalya Sanzharova et al.
All-Russian Institute of Agricultural Radiology and AgroEcology, Obninsk, Russia
Внедрение радиационных технологий при производстве и хранении сельского сырья и пищевой
продукции основывается на фундаментальных закономерностях биологического действия
ионизирующих излучений на сельскохозяйственные растения, животных и представителей
микробоценоза.
Представлены результаты по радиочувствительности микроорганизмов, присутствующих в
растительном сырье, в диапазоне доз облучения от 30 Гр до 10 кГр, а так же показатели
микробиологической безопасности и качества рыбных пресервов в течение 3 месяцев после
радиационной обработки в дозах от 0,5 до 6 кГр.
Показано, что применение РТ увеличивает сроки хранения различных видов продукции и
обеспечивает сохранение их качества.
34
НОВЫЕ СПОСОБЫ СОПРЯЖЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ СОРТО-МИКРОБНЫХ СИСТЕМ
КОРМОВЫХ ТРАВ
Степанова Г.В., Косолапов В.М.
ФГБНУ ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса
E-mail: gvstep@yandex.ru
NEW WAYS OF CONJUGATE SELECTION OF VARIETY-MICROBIAL SYSTEMS OF FORAGE GRASSES
Galina Stepanova, Vladimir Kosolapov
V.R. Williams All-Russian Fodder Research Institute, Moscow Region, Russia
Представлены результаты испытания штаммов клубеньковых и ассоциативных ризосферных
азотфиксирующих бактерий по эффективности симбиоза с ранее созданными сортами люцерны,
тимофеевки луговой, райграса пастбищного, овсяницы луговой и овсяницы красной.
Показаны новые способы отбора родительских генотипов кормовых трав, обладающих
высокой эффективностью растительно-бактериального симбиоза. Дана схема процесса сопряженной
селекции высокоэффективной сорто-микробной системы, включающей комплементарные сорт
кормовых трав и штамм азотфиксирующих бактерий. Приведено описание хозяйственных и
симбиотических свойств 3 сортов люцерны и 1 сорта овсяницы красной, созданных с использованием
новых способов сопряженной селекции и включенных в Государственный реестр сортов,
допущенных к использованию.
35
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ: 85 ЛЕТ БОРЬБЫ
И МГНОВЕНИЯ ПОБЕД
Тихонович И.А.
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
E-mail: arriam2008@yandex.ru
AGRICULTURAL MICROBIOLOGY: 85 YEARS OF RESEARCH AND MOMENTS
OF INSPIRATION
Igor Tikhonovich
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St.Petersburg, Russia
36
МИКРОБНАЯ АЗОТФИКСАЦИЯ У ЖИВОТНЫХ
Умаров М.М.1, Вечерский М.В.2, Голиченков М.В.1, Костина Н.В.2, Котова А.А.1, Кузнецова
Т.А.2, Наумова Е.И.2
1
2
МГУ им. М.В. Ломоносова
Институт проблем экологии и эволюции РАН
E-mail: mumarov@mail.ru
MICROBIAL NITROGEN FIXATION IN ANIMALS
Marat Umarov, Maksim Vechersky, Maksim Golichenkov, Natalya Kostina, A. Kotova, Tatiana
Kuznetsova, Elena Naumova
M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
В последнее десятилетие произошла существенная переоценка роли и масштабов микробной
азотфиксации на Земле, принципиально изменившая взгляды на этот процесс. Основные
представления о симбиотической и ассоциативной азотфиксации, как правило, связаны с растениями.
Сведения об ассоциациях животных с азотфиксаторами пока единичны.
Нами изучены
представители разных групп животного мира с целью обнаружения у них диазотрофов и определения
вклада "биологического азота" в их азотный баланс. Нитрогеназная активность обнаружена в
пищеварительном тракте дождевых червей, некоторых родов термитов и личинок насекомых
(проволочников и типулид). В кишечнике у муравьев нитрогеназная активность не была обнаружена,
однако высокая активность наблюдается в материале муравейника. Впервые было показано, что
взаимодействие диазотрофов и членистоногих носит не мутуалистический, а ассоциативный
характер. Высокая бактериальная азотфиксация выявлена в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ)
позвоночных животных-фитофагов (лось, марал, полевки, песчанки, слепыши, зайцы, пищухи, бобры
и др.). В слепой кишке фитофагов численность бактерий-азотфиксаторов может достигать трети от
общей численности микроорганизмов. Активными диазотрофами являются представители более 20
родов бактерий, ассоциированных с ЖКТ. При этом диазотрофы могут экскретировать азот
прижизненно или служить белковым кормом для организма-хозяина, восполняя его потребность в
диетарном азоте, в том числе и за счет копрофагии. Предполагается, что вклад микробов в азотный
баланс животных может быть физиологическим значимым.
37
ФЛАВОНОИДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ У ЗЛАКОВ – ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ
РЕГУЛЯЦИИ В РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЯХ РАСТЕНИЯ
Хлесткина Е.К.
ФГБНУ Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЦиГ
СО РАН)
E-mail: khlest@bionet.nsc.ru
FLAVONOID COMPOUNDS IN CEREALS – FEATURES OF GENETIC REGULATION IN DIFFERENT
PARTS OF THE PLANT
Elena Khlestkina
Institute of Cytology and Genetics, Novosibirsk, Russia
Флавоноиды играют важную роль в развитии растений, защите от патогенов и адаптации к
неблагоприятным условиям окружающей среды. Около 30 ферментов, участвующих в синтезе и
модификации флавоноидных соединений, кодируются так называемыми структурными генами.
Активность структурных генов в той или иной ткани в нужный момент времени определяется
регуляторными генами, которые как правило относятся к мультигенным семействам MYB, MYC
(bHLH) или WD40. Наличие у полиплоидных видов злаков трибы Triticeae (Пшеницевые)
множественных паралогичных и ортологичных копий регуляторных генов делает выделение генов,
контролирующих тканеспецифичный синтез того или иного класса флавоноидных соединений,
непростой задачей. Тем не менее к настоящему моменту из аллогексаплоидного генома мягкой
пшеницы выделен ряд регуляторных генов биосинтеза флавоноидов, в том числе ген TaMyc1,
отвечающий за синтез флавоноидных пигментов антоцианов в перикарпе зерновки пшеницы. Данный
ген кодирует транскрипционный фактор bHLH типа, который, взаимодействуя с фактором R2R3MYB, активирует транскрипцию гена F3h-1 и усиливает транскрипцию других структурных генов
биосинтеза антоцианов в перикарпе. TaMyc1 имеет в геноме мягкой пшеницы 4 копии, 3 из которых,
не проявляя активности в перикарпе, экспрессируются в других тканях, а 1 копия не проявляет
транскрипционной активности ни в одной из исследуемых частей растения, включая корень.
Структурный ген F3h-1 кодирует ключевой фермент биосинтеза флавоноидов – флаванон-3гидроксилазу. Данный ген представлен в геноме мягкой пшеницы тремя копиями, имеющими высокое
структурное сходство и одинаковые паттерны экспрессии. Кроме F3h-1, связанного с синтезом
антоцианов в перикарпе, листе, стебле и колеоптиле, у ряда представителей Triticeae имеется паралог
F3h-2, необходимый для синтеза бесцветных флавоноидных соединений в корнях злаковых растений.
Подобная дупликация уникальна для представителей Triticeae. Регуляторные гены, активирующие
экспрессию F3h-2, пока еще не идентифицированы.
38
БИОРАЗННОБРАЗИЕ ЭНДОФИТНЫХ БАКТЕРИЙ: ПЕРСПЕКТИВНЫЙ
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕСУРС
Чеботарь В.К., Щербаков А.В., Щербакова Е.Н., Масленникова С.Н., Баганова М.Е., Заплаткин
А.Н., Борисов А.Ю.
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
E-mail: vladchebotar@rambler.ru
BIODIVERSITY OF ENDOPHYTIC BACTERIA: A PROMISING BIOTECHNOLOGY RESOURCE
Vladimir Chebotar, Andrey Shcherbakov, Elena Shcherbakova, Svetlana Maslennikova, Marina
Baganova, Alex Zaplatkin, Alex Borisov
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
Микроорганизмы, существующие внутри растения, включая надземную, подземную части и семена, и
благотворно влияющие на его развитие определяют как эндофитные. Они используют внутреннюю
среду растения в качестве уникальной экологической ниши, защищающей их от изменений внешней
среды, которая сформировалась в результате сотен миллионов лет совместной эволюции. Эти
микроорганизмы могут передаваться в поколениях от предков к потомкам, являясь неотъемлемой
частью эндосферы растительного организма. Эндофитные бактерии колонизируют те же
экологические ниши в растении, что и болезнетворные микроорганизмы, и поэтому являются
перспективным биологическим средством для борьбы с фитопатогенами, то есть являются так
называемым «биоконтрольным» агентом. Поскольку растение играет активную роль во
взаимодействиях с эндофитами, необходимо не только вести отбор бактерий из эндосферы растений,
но и отбор высоко комплементарных сортов сельскохозяйственных растений для получения
максимально выраженного желаемого эффекта.
39
ИНТЕГРАЦИЯ АГРОБАКТЕРИАЛЬНОЙ ДНК В ГЕНОМЫ ЭУКАРИОТ:
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ АГРОТЕХНОЛОГИИ
Чумаков М.И.
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, 410049, г. Саратов, пр.
Энтузиастов, 13
E-mail: chumakov@ibppm.sgu.ru
AGROBACTERIUM-MEDIATED DNA INTEGRATION INTO THE GENOMES OF EUKARYOTES: BASIC
RESEARCH AND MODERN AGRICULTURAL TECHNOLOGIES
Mikhail Chumakov
Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms, Saratov, Russia
Агробактерии, обитая в почве, при определенных условиях переходят в патогенную форму, внедряя
часть своей генетической информации в геном широкого круга растений, с целью продуцирования
метаболитов клетками хозяина для паразита. В докладе кратко рассматривается молекулярный
механизм функционирования белков вирулентности агробактерий, обеспечивающих процесс
переноса и интеграции оцДНК в геном растений. В частности, белкам, осуществляющим
непосредственный перенос оцТ-ДНК через мембраны партнеров.
Обобщены экспериментальные данные лаборатории биоинженерии ИБФРМ РАН по
разработке новой технологии введения ДНК в составе обезоруженной агробактериальной Т-ДНК в
геном кукурузы и сорго без стадии регенарации растения и примеры реализации данной технологии
для изменения агрономически важных свойств растений. Обсуждается гипотеза использования
агробактериями механизма двойного оплодотворения растения при реализации разработанной
технологии и приведены экспериментальные данные в ее подтверждение.
40
ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА КОРНЕВЫХ ЭКЗОМЕТАБОЛИТОВ СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ
ПШЕНИЦЫ
Шапошников А.И.1, Макарова Н.М.1, Азарова Т.С.1, Баганова М.Е.1,
Белимов А.А.1, Кравченко Л.В.1, Беспалова Л.А.2, Тихонович И.А.1
1
ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии
2
Краснодарский НИИ сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко
E-mail: ai-shaposhnikov@mail.ru
FEATURES OF ROOT EXOMETABOLITES OF MODERN WHEAT VARIETIES
Aleksander Shaposhnikov1, Natalya Makarova1, Tatiana Azarova1, Marina Baganova1, Andrey Belimov1,
Lev Kravchenko1, Liudmila Bespalova2, Igor Tikhonovich1
1
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia; 2P.P.Lukyanenko
Krasnodar Research and Development Institute of Agriculture, Krasnodar, Russia
Проведен скрининг различных сортов пшеницы селекции КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко по составу
органических кислот, сахаров и количеству L-триптофана в корневых выделениях, выявлены
характерные различия между сортами.
Показана возможность использования биотеста на устойчивость растений пшеницы к
токсическому действию ионов алюминия в качестве первичного метода отбора растений с
повышенной экссудацией органических кислот. Суммарная экссудация органических кислот у сортов
пшеницы, наиболее устойчивых к токсическому действию ионов алюминия была выше, чем у
чувствительных сортов.
Инокуляция растений ростстимулирующим штаммом Pseudomonas fluorescens SPB2137
снижала влияние алюминиевого стресса у наиболее чувствительных сортов пшеницы. Наличие у
штамма SPB2137 активности фермента АЦК дезаминазы, разлагающей предшественник стрессового
фитогормона этилена аминоциклопропан-1-карбоновую кислоту показывает перспективность
использования подобных штаммов для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур в
агрофитоценозах, подвергающихся повышенному воздействию неблагоприятных условий
окружающей среды.
Результаты исследований могут найти применение при разработке методов селекции
растительных генотипов, способных формировать с полезными ризосферными микроорганизмами
эффективные ассоциации.
41
ГЕНЕТИКО-ЭВОЛЮЦИОННЫЙ АНАЛИЗ И АДАПТИВНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ
АРБУСКУЛЯРНОЙ МИКОРИЗЫ
Штарк О.Ю.
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии,
196608 С.-Петербург, г. Пушкин, ш. Подбельского, д. 3
E-mail: oshtark@yandex.ru
GENETIC AND EVOLUTIONARY ANALYSIS AND ADAPTIVE POTENTIAL
OF ARBUSCULAR MYCORRHIZA
Oksana Shtark
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
Грибы-гломеромицеты (ГГ), Glomeromycota – уникальная фила облигатно биотрофных грибов, все
представители которой образуют мутуалистические симбиозы с фототрофными организмами.
Подавляющее большинство ГГ формируют арбускулярную микоризу (АМ), обеспечивающую
фосфорное питание растений. Предполагается, что около 400 млн. лет назад именно симбиоз с ГГ
обеспечил переход растений к наземному образу жизни и, в дальнейшем, растения эволюционировали
в ассоциации с ГГ, что, в том числе, способствовало развитию у растений специального аппарата для
размещения микросимбионта. Доклад сфокусирован на роли АМ в эволюции азотфиксирующего
симбиоза (АФС) бобовых (Fabaceae) с ризобиями (альфа-, бета- и гаммапротеобактериями).
Предположения об эволюционном родстве АМ и АФС с клубеньковыми бактериями возникли
после обнаружения у некоторых мутантов бобовых по развитию клубенька аномальной АМ. Эти
предположения получают все новые подтверждения благодаря активному развитию методов
молекулярной и клеточной биологии. К факторам, заимствованным АФС из программы развития АМ
можно отнести продукцию клубеньковыми бактериями хитин-подобных сигналов (Nod-факторов),
несвойственных для прокариотов, важную роль в развитии АФС растительных индукторов –
стриголактонов,
сходные
внутриклеточные
инфекционные
структуры,
симбиотические
компартменты, механизмы обмена метаболитами, а также системную регуляцию симбиоза. В
развитие и функционирование АМ и АФС вовлечены как общие, так и уникальные гены растений. В
первой части доклада подводятся итоги многолетнего анализа генетической системы гороха
посевного (Pisum sativum L.), контролирующей развитие АМ, проводимого в лаборатории генетики
растительно-микробных взаимодействий ФГБНУ ВНИИСХМ.
Во второй части доклада развивается эволюционная гипотеза, рассматривающая миграцию
протеобактерий из предковых ГГ в ткани растений как один из способов возникновения «первых»
клубеньковых азотфиксаторов (ризобий). Гипотеза основывается на способности ГГ к формированию
разнообразных эндосимбиозов с бактериями, способными к азотфиксации и фотосинтезу. Внутри
клеток и на поверхности многих ГГ обнаружены протеобактерии-симбионты, поддерживающие их
нормальное физиологическое состояние. Многие из этих бактерий способны к азотфиксации.
Реликтовый вид ГГ Geosiphon pyriformis, единственный не образующий АМ, также формирует
ассоциации с фототрофными азотфиксирующими цианобактериями Nostoc punctiforme.
Предполагается, что первоначально системы симбиотического транспорта углерода и фосфора у ГГ
возникли именно в системе типа Geosiphon–Nostoc. Колонизация первых наземных растений могла
осуществляться многокомпонентными микробными консорциумами (ММК), которые формировал
предок современных ГГ. Впоследствии цианобактерии были утрачены как менее эффективные, по
сравнению с растениями, фотосинтезирующие партнеры. Симбиотические бактерии также могли
послужить источниками «первых» ризобий, которые могли получить гены синтеза Nod-факторов
непосредственно от ГГ и затем передать их другим протеобактериям.
Таким образом, вероятно, что в природе ГГ, формирующие АМ, также существуют в виде
ММК. Поэтому в практике адаптивного растениеводства целесообразно использовать не
моноинокуляцию, а многокомпонентные микробные инокулянты. Для этих целей необходимо
отбирать эффективные ММК из природных источников, а также вести селекцию растений на
повышение эффективности их взаимодействия с комплексом полезных почвенных микроорганизмов.
Работа поддержана грантами РФФИ (13-04-01703) и Президента РФ (НШ-4603.2014.4).
42
УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МИКРОКЛОНАЛЬНОГО РАЗМНОЖЕНИЯ
КАРТОФЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АССОЦИАЦИЙ IN VITRO
С РИЗОБАКТЕРИЯМИ РОДА AZOSPIRILLUM
Ткаченко О.В.1, Евсеева Н.В.2, Бойкова Н.В.1, Матора Л.Ю.2, Бурыгин Г.Л.2,
Лобачев Ю.В.1, Щеголев С.Ю.2
1
Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова
2
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН
E-mail: su@ibppm.sgu.ru
ADVANCED TECHNOLOGY OF POTATO MICROPROPAGATION USING in vitro ASSOCIATIONS WITH
RHIZOBACTERIA OF GENUS AZOSPIRILLUM
Sergey Shchegolev et al.
Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms, Saratov, Russia
Для оценки влияния бактеризации на адаптационную способность растений к условиям ex vitro и
урожайность миниклубней исследован эффект инокуляции in vitro бактериями Azospirillum brasilense
Sp245 микроклонов картофеля (Solanum tuberosum L.) с последующим высаживанием микрорастений
в почву в условиях оранжереи и в открытый грунт. Последствия инокуляции оценивали
иммунохимическим выявлением бактерий на корнях растений, по измерениям митотического
индекса меристематических клеток придаточных корней микроклонов, ростовым показателям
микрорастений, доле выживших растений в почве, урожайности клубней. Зарегистрирована более
развитая корневая система бактеризованных растений, увеличение в 1,5 раза их выживаемости в
открытом грунте, рост площади поверхности сформированных листьев и прибавка урожайности
миниклубней более чем на 30%. Т.о, бактеризация азоспириллами in vitro не только улучшает
качество посадочного материала картофеля, но и значительно увеличивает урожай миниклубней
благодаря повышению адаптационной способности растений в полевых условиях.
43
АГРОБАКТЕРИАЛЬНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ КАК ИНСТРУМЕНТ МОДИФИКАЦИИ
ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЗЕРНА ЗЛАКОВ
Эльконин Л.А., Доманина И.В.
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока», г. Саратов
E-mail: lelkonin@gmail.com
AGROBACTERIUM-MEDIATED TRANSFORMATION AS A TOOL FOR MODIFYING THE CHEMICAL
COMPOSITION OF CEREALS SEEDS
Lev El’konin
Research and Development Institute of Agriculture of the South-East, Saratov
Среди разнообразных методов генной инженерии агробактериальная трансформация представляет
собой наиболее эффективный и наименее затратный способ получения трансгенных растений.
Разработка методов агробактериальной трансформации для злаков открыла возможность применения
генной инженерии для изменения химического состава и улучшения питательной ценности зерновых
культур. За последние годы у всех важнейших видов злаков – мягкой и твердой пшеницы, кукурузы,
риса, – получены трансгенные линии с измененным составом запасных белков и крахмала,
повышенным содержанием незаменимых аминокислот. Особую значимость эти исследования имеют
для сорго – высокоурожайной засухоустойчивой культуры, характеризующейся сниженной
перевариваемостью белков зерна и крахмала. Нами посредством агробактериальной трансформации с
использованием штамма, несущего генетическую конструкцию для индукции РНК-сайленсинга гена
гамма-кафирина, получены линии трансгенного сорго с улучшенной перевариваемостью белков зерна
и измененным составом аминокислот, сочетающие высокую перевариваемость кафиринов с наличием
в эндосперме стекловидного слоя, необходимого для защиты зерновки от патогенов и механических
повреждений. Полученные результаты демонстрируют способность генной инженерии решать
актуальные задачи селекции.
44
ПРОИЗВОДСТВО И МАРКЕТИНГ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ
ДЛЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА В РОССИИ
Яхно В.В., Елисеев В.В.
Филиал «Экос» ФГБНУ ВНИИСХМ
E-mail: vyahno@yandex.ru
PRODUCTION AND MARKETING OF MICROBIOLOGICAL PREPARATIONS FOR CROP
CULTIVATION IN RUSSIA
Vitaly Yahno, Vladislav Eliseyev
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
В связи с возросшими задачами и интенсификацией сельского хозяйства, система земледелия, с её
агроландшафтным подходом, направлена, в первую очередь, на производство высококачественной
продукции растениеводства при рациональном использовании земли и воспроизводстве почвенного
плодородия. В то же время, интенсивное использование химикатов с целью получения максимальновозможного урожая, усиливает процессы загрязнения агроландшафтов и деградацию гумуса – основы
почвенного плодородия.
Задачи получения экологически чистой продукции, улучшения качественных показателей
конечного продукта, очистки почвенного покрова от химии и тяжёлых металлов привели к тому, что
всё больший интерес в мире вызывают экологически ориентированные системы земледелия, суть
которых заключается в постепенной замене части агрохимикатов на биологические средства, и в
первую очередь на микробиологические препараты. Отдельно хочется подчеркнуть, что экологически
ориентированные системы земледелия не исключают использование агрохимикатов, а сочетают их
применение с микробиологическими препаратами.
К преимуществам применения микробиологических препаратов, в случае их правильного
использования, несомненно, относятся повышение урожайности сельскохозяйственных культур,
повышение устойчивости растений к различным заболеваниям и неблагоприятным воздействиям
окружающей среды (засухе, заморозкам). Биопрепараты подавляют развитие фитопатогенных
микроорганизмов, обеспечивая снижение поражаемости растений болезнями в 5-7раз, улучшая при
этом фитосанитарную обстановку в почве. Многочисленные исследования в разных регионах России
свидетельствуют о хороших перспективах использования биопрепаратов против целого ряда
фитопатогенных микроорганизмов, что особенно важно при выращивании продуктов детского и
диетического питания.
В то же время биопрепарат – это всё ещё новинка для сельскохозяйственной отрасти России,
требующая раскрутки, убеждения и главное, формирования нового спроса со стороны
сельхозпроизводителей.
Формирование рынка потребителей микробиологических препаратов, как правило,
происходит с помощью стандартных и общеизвестных инструментов маркетинга: это и реклама, и
персональные статьи в сельскохозяйственных журналах, выступления на различного рода
конференциях с участием агрономов и специалистов хозяйств, и участие в производственных опытах,
предоставление бесплатных образцов, проведение опросов и т.д. Формирование спроса – достаточно
длительный процесс, но в случае последовательного и методичного движения в этом направлении
результат будет также длительным и устойчивым.
Одним словом необходимо всестороннее участие научного сообщества в формировании
положительного мнения о микробиологических препаратах, создании спроса на них и в
формировании обратной связи с потребителем.
45
LEGUME-MICROBE SYMBIOTIC SYSTEMS WITH INCREASED TOLERANCE TO TOXIC
METALS
Andrey Belimov1, Puhalsky Y.V.1, Shaposhnikov A.I.1, Azarova T.S.1, Makarova N.M.1,
Safronova V.I.1, Litvinsky V.A.2, Nosikov V.V.2, Zavalin A.A.2, Semionova E.S.3,
Vishnyakova M.A.3, Tikhonovich I.A.1,4
1
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Saint-Petersburg.
D.N. Pryanishnikov All-Russia Research Institute of Agrochemistry, Moscow.
3
N.I. Vavilov Institute of Plant Industry, Saint-Petersburg.
4
Saint-Petersburg State University, Saint-Petersburg.
E-mail: belimov@rambler.ru
2
СИМБИОЗЫ БОБОВЫХ С МИКРООРГАНИЗМАМИ, ОБЛАДАЮЩИЕ ПОВЫШЕННОЙ
УСТОЙЧИВОСТЬЮ К ТОКСИЧНЫМ МЕТАЛЛАМ
Белимов А.А. и др.
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
Legume species form symbiosis with various beneficial microorganisms, such as nitrogen-fixing nodule
bacteria, arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth-promoting rhizobacteria. Such plant-microbe
symbioses provide nutrients for plants, stimulate plant growth, improve soil fertility, and restore ecosystem
biodiversity and functions. Moreover, symbiotrophic microorganisms possess a number of mechanisms
which may be involved in improving tolerance of plants to environmental stresses, including those caused by
heavy metals. This makes legumes very tempting subjects for phytoremediation purposes, particularly for the
development of ecologically friendly phytostabilization technologies, since many of heavy metal polluted
soils are characterized by low nutrients and degenerated biocenosis.For efficient phytoremediation of heavy
metal polluted sites it is essential to use plants having high biomass, metal tolerance and metal accumulating
capabilities. Most of the commonly known plants recommended for phytoremediation belong to the family
of Brassicaceae. However, phytoremediation potential of legume plants (family Fabaceae), has not been
adequately explored. Although many legume species are less tolerant to HMs and characterised by low metal
accumulating capability as compared to Brassicaceae, cereals and grasses, they can produce rather high
biomass, particularly in symbiosis with microorganisms. There are several successful attempts to increase
tolerance to and accumulation of HMs by legume plants via genetic modifications and selection. Here we
discuss advantages and problems for application of legume-microbe systems for the formation of a healthy
ecosystem and phytoremediation of polluted soils. Results experimental work related to creation of the
symbiotic system with increased tolerance and accumulation of cadmium and cobalt and based on pea
(Pisum sativum L.) mutant SGECdt and a consortium of microorganisms (nodule bacterium, arbuscular
mycorrhizal fungus and plant growth-promoting rhizobacterium) will be present.
46
STRESSES AND STRAINS IN THE RHIZOBIUM-LEGUME SYMBIOSIS
Nicholas Brewin
John Innes Centre, Norwich NR4 7UH, UK
E-mail: nick.brewin@bbsrc.ac.uk
СТРЕССЫ И ШТАММЫ В БОБОВО-РИЗОБИАЛЬНОМ СИМБИОЗЕ
Бревин Н.
Центр Джона Иннеса, Норич, Великобритания
Different strains of Rhizobium induce different physiological stresses at the plant-microbial interface. What
distinguishes a mutualistic symbiont from a pathogen or parasite is the ability of the microbial partner to
suppress the host defence systems of the plant to a sufficient extent that the physiological benefits of
biological nitrogen fixation can provide a selective advantage to the symbiosis. In legumes, a highly
glycosylated glycoprotein co-polymer termed AGP-Extensin (AGPE) has been identified as a major
component of the extracellular matrix. AGPE glycoproteins are also present in the luminal matrix of
infection threads, the symbiosis-specific structures that act as a conduit for the infection of host cells by
Rhizobium. In the presence of reactive oxygen species, it is proposed that cross-linking of AGPEs through
the formation of dityrosine and di-isodityrosine bridges can transform the matrix of infection threads from a
fluid (lubricant) phase to a solid immobilized phase. This peroxide-mediated transition could be an important
factor in controlling the biomechanics of infection thread growth in legumes. The fine-tuning of host stressresponses such as the level of reactive oxygen species is apparently critical for the success or failure of the
bacterial infection process. It seems highly unlikely that the transfer of nodulation capacity to non-legumes
through bioengineering of nodulation genes and Nod-factor receptors will be successful in overcoming host
defence reactions to allow effective biological nitrogen fixation to take place.
47
THE SEARCH FOR EFFECTIVE SYMBIOSES BETWEEN PLANTS
AND MICROORGANISMS INHABITING SOILS OF SARDINIA
Simonetta Bullitta1, Giovanna Piluzza1, Vera Safronova2, Andrey Belimov2
1
2
CNR-ISPAAM u.o.s. Sassari, Traversa La Crucca 3, loc. Baldinca, 07100 Sassari (Italy)
ARRIAM, Podbelskogo Sh., 3, Pushkin 8, 196608, Saint Petersburg (Russian Federation)
E-mail: bullitta@cspm.ss.cnr.it
ПОИСК ЭФФЕКТИВНЫХ СИМБИОЗОВ МЕЖДУ РАСТЕНИЯМИ И МИКРООРГАНИЗМАМИ,
НАСЕЛЯЮЩИМИ ПОЧВЫ САРДИНИИ
Булитта С.1, Пилюзза Д.1, Сафронова В.И.2, Белимов А.А.2
1
Институт систем продуктивного животноводства Средиземноморского региона, Сассари, Италия
2
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
Collaboration between ARRIAM (Russian Federation) and ISPAAM-CNR (Italy) related to plant-microbe
interactions was established in 2000. Up to now, two joint research projects within the Italy-Russia
Commission for Science and Technology Cooperation have been performed. The first project "Isolation,
characterization and utilization of root nodule bacteria specific to pasture legumes and selection of high
effective strains" was developed on the National Park of Asinara island (Sardinia, Italy). The phenotypic and
genotypic investigations on rhizobial isolates from Asinara island pasture legumes, allowed the analysis of
the taxonomic position of new rhizobial strains forming efficient symbiosis with promising pasture species
for the Mediterranean area. The isolates from Ornithopus compressus, Hedysarum coronarium and
Scorpiurus muricatus were not closely related to currently recognized rhizobial species. Results are useful
for the valorization and diffusion into cropping of wild pasture species from the Mediterranean area. The
second project "Development of symbiotic systems between pasture legumes and soil microbes for restoring
fertility of polluted and arid soils” was performed in the “Sardinian Geo-mining, historic and environmental
Park” in the Sulcis Iglesiente area (Italy). From such area, the heavy metal tolerant strain Variovorax
paradoxus 5C-2 having ACC deaminase activity was isolated, particularly efficient in subsequent
experiments for plant growth promotion in the presence of toxic metal concentrations and drought. Valuable
results were achieved for planning bioremediation interventions in polluted areas using symbiotic plantmicrobe systems. A third project funded by the Sardinian L.R. 7, was about the “Impact of tourism and flora
degradation on coastal areas of Asinara gulf and island”. The microbial biodiversity was evaluated through
PLFA (phospholipid fatty acid analysis) in sandy coastal areas under heavy trampling and in restricted areas.
In the latter areas, the higher presence of different PLFA was associated with higher microbial biodiversity.
48
SOIL BIOTA AND CYTOKININ-OVERPRODUCING ROOTSTOCKS AMELIORATE SHOOT
GROWTH INHIBITION IN RESPONSE TO COMBINED DROUGHT AND SALT STRESS
C Martínez-Andújar 1, C de Ollas 2, A Albacete 1, A Martínez-Pérez 1, F Pérez-Alfocea 1, IC Dodd 2
1
Departamento de Nutrición Vegetal, CEBAS-CSIC, Campus Universitario de Espinardo, 25, E-30100
Murcia, Spain.
2
Lancaster Environment Centre, LEC, University of Lancaster, LA1 4YQ, United Kingdom.
E-mail: I.Dodd@lancaster.ac.uk
Commercial tomato crops are usually grafted, with genetically distinct shoot (scion) and root (rootstock)
genotypes, and grown under optimal conditions. However, diminishing supplies of fresh water for irrigation
in many parts of the world may require growers to apply suboptimal irrigation volumes and/or low quality
(high electrical conductivity) irrigation waters. Different rootstocks and manipulating the rhizosphere
environment provide opportunities to ameliorate growth inhibition caused by suboptimal irrigation [1]. Thus
grafting tomatoes onto a rootstock (35S::IPT) that constitutively overproduced cytokinins increased fruit
yield by 30% when plants were grown under saline (75 mM NaCl) conditions [2]. However, cytokinin
overproduction can limit root growth by stimulating production of the growth inhibitor ethylene, which may
cause water deficits if irrigation is suboptimal. Applying rhizobacteria containing the enzyme ACC
deaminase (ACCd - that breaks down the precursor of the phytohormone ethylene) may provide a
complementary management technique to allow plants grown on IPT rootstocks to overcome combined
drought and salt stress. Within the European project Rootopower (EU Contract #289365), a commercial
tomato cultivar (Boludo F1) was grafted onto Solanum lycopersicum cv UC82B (wild-type plants) and
35S::IPT rootstocks, and exposed to optimal (distilled water supplied at 100% of evapotranspiration - ET) or
suboptimal (75 mM NaCl irrigated at 50% ET) irrigation in the presence or absence of soil biota (a combined
inoculation of the mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis MUCL 41833 and the ACCd-containing
rhizobacterium Variovorax paradoxus 5C-2 [3] ) at 2 sites (CEBAS-CSIC and LEC). Across all (rootstock x
biota) treatments, suboptimal irrigation decreased shoot fresh weight by 63% and 65% at CEBAS-CSIC and
LEC respectively. At LEC, biota inoculation increased growth by 28%, independently of rootstock genotype
and irrigation. In contrast, at CEBAS-CSIC, there was no significant biota effect, but the IPT rootstock
significantly increased growth. Growth promotion by the IPT rootstock was much greater under suboptimal
irrigation, as indicated by a significant (P=0.016) rootstock x irrigation interaction. Thus the IPT rootstock
increased growth by 10% and 27% under optimal and suboptimal irrigation respectively. At LEC, the IPT
rootstock increased growth by an average of 10%, with a tendency for greater effects under suboptimal
irrigation, as indicated by a nearly significant (P=0.06) rootstock x irrigation interaction with the IPT
rootstock increasing growth by 23% under suboptimal conditions. Since variation in root-to-shoot signalling
can be correlated with shoot growth [4], xylem sap was collected from the root systems of all plants and will
be analysed by LC-MS-MS for a range of phytohormones and ions. Furthermore, variation in root system
colonisation by the biota may account for inconsistency in response to inoculation. Nevertheless, both IPT
rootstocks and soil biota can independently overcome the effects of combined abiotic stress.
References:
1. Dodd & Pérez-Alfocea (2012) Journal of Experimental Botany 63, 3415-3428
2. Ghanem et al. (2011) Journal of Experimental Botany 62, 125-140.
3. Belimov et al. (2009) New Phytologist 181, 413-423.
4. Albacete et al. (2015) Journal of Experimental Botany doi:10.1093/jxb/erv027
48a
PEA RECEPTOR-LIKE KINASE K1: A POSSIBLE ROLE IN SYMBIOSIS DEVELOPMENT
Elena Dolgikh1, Anna Kirienko1, Yuri Porozov2
1
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Podbelsky chausse 3, St. Petersburg, Pushkin,
196608, Russia
2
Informational Technologies, Mechanics and Optics University, 49 Kronverksky Ave., St. Petersburg,
197101, Russia
E-mail: dol2helen@yahoo.com
РОЛЬ РЕЦЕПТОРА К1 В РАЗВИТИИ СИМБИОЗА ГОРОХА И РИЗОБИЙ
Долгих Е.А.1, Кириенко А.Н.1, Порозов Ю.В.2
1
ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии
2
Санкт-Петербургский государственный университет ИТМО, С.-Петербург
It was previously shown that in pea Pisum sativum L. specific recognition of Nod factors (NFs) may depend
on two types of receptors differing in specificity to NF structure. Identification of pea mutants defective in
two types of the LysM-RLKs Sym10 and Sym37 with different phenotypic manifestations and impaired at
the various stages of symbiosis development corresponds well to this assumption. There is evidence that one
of the receptors involved in the symbiosis initiation, the Sym10, has an apparently inactive kinase domain. It
implies the presence of an additional component in the receptor complex together with Sym10 that remains
unknown. In our work we focused on the function of the LysM-RLK K1 that may be an additional
component of receptor complex in pea. Docking analysis with NodRlv-V, C18:4, Ac showed that the K1 can
be a potential NF receptor, what is supported by the predicted specificity of ligand-receptor interaction.
Analysis of temporal expression with qPCR revealed that the K1 gene is expressed on the early stages of
symbiosis development together with Sym10. The interaction between K1 and Sym10 has been detected
using both the transient leaf expression in Nicotiana benthamiana and two-hybrid system. Since the
possibility of Sym10/Sym37 complex formation was also shown, we tested whether the Sym37 and K1
receptors are functionally interchangeable using complementation test. Transformation of sym37 mutant with
construct for the synthesis of full-length PsK1 gene resulted in recovering the ability of this mutant to form
nodules. The link between the K1 interaction with other receptors and predicted binding model with Nod
factor are a matter of discussion.
49
IS THE CAUSE OF THE FAIRY CIRCLES OF NAMIBIA EUPHORBIAS AND THE
MAINTENANCE OF THESE MYSTERIOUS CIRCLES THE ABSENCE OF PLANT GROWTH
PROMOTING MICROBES?
Morion Meyer J.J., Chebotar V.2, Senejoux F.1, Heyman H.M.1, Meyer N.L.1, Meyer M.A.1
1
Department of Plant Science, University of Pretoria, Pretoria, South Africa.
2
ARRIAM, St. Petersburg, Russia
E-mail: marion.meyer@up.ac.za
СВЯЗАНО ЛИ ВОЗНИКНОВЕНИЕ И ПОДДЕРЖАНИЕ ЗАГАДОЧНЫХ КОЛЕЦ ВОКРУГ РАСТЕНИЙ
ЭУФОРБИИ В НАМИБИИ С ОТСУТСТВИЕМ РОСТ-СТИМУЛИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ?
Мейер Дж.Дж.М.1, Чеботарь В.К.2, Сенжо Х.М.1, Хейман Н.Л.1, Мейер Н.Л.1, Мейер М.А.1
1
Университет Претории, ЮАР;
2
ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
The cause and maintenance of the fairy circle phenomenon of the Namibian pro-desert have not yet been
satisfactorily explained. Several diverse hypotheses have been put forward, but none have universally been
accepted. In the current study a possible link between the barren patches (fairy circles) of the Garub region
(southern Namibian pro-desert) and Euphorbia gummifera was investigated, by determining if a
characteristic compound(s) from this poisonous plant is present inside the fairy circles. With the use of
GCMS trace analysis it was possible to identify euphol, a characteristic triterpenoid of the Euphorbia genus,
in substantial quantities in 19 out of 20 soil samples from inside fairy circles in the Garub region. Only trace
amounts of euphol could be found in 3 of 20 samples from outside the fairy circles. This implies that E.
gummifera was present where there are now fairy circles. A comparison of the size of the fairy circles and E.
gummifera found within the same area (Garub) additionally linked the barren patches to E. gummifera. The
circles in this area have an average diameter of 3.53 m and the plants 3.44 m. This study supports the first
published hypothesis by Theron in 1979, that the fairy circles are caused by Euphorbia spp. or their remains.
Our investigation on the lack of plant-growth promoting microbes are on-going and will be reported on.
50
EXPLOITING THE PLANT MICROBIAL NETWORK FOR ADVANCED BIOCONTROL
TECHNOLOGIES
Darya Rybakova, Gabriele Berg
Institute of Environmental Biotechnology, Graz University of Technology, Petersgasse 12, 8010 Graz,
Austria; http://www.ima.TUGraz.at
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНОЙ СЕТИ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
БИОКОНТРОЛЯ
Рыбакова Д., Берг Г.
Технологический университет Граца, Австрия
The importance of microbial root inhabitants for plant growth and health has been recognized already 100
years ago. Since that time, much has been learned about microorganisms and their close symbiotic
relationship with plants (Berg et al. 2014). Comparable to humans and other eukaryotic hosts, plants also
may be realized as meta-organism that harbors a “second genome”. These advances in knowledge were
driven by both “omics”-technologies guided by next-generation sequencing and microscopic insights.
Collectively known as the plant microbiome, plant-associated microbes can help plants fend off disease,
stimulate growth, occupy space that would otherwise be taken up by pathogens, promote stress resistance,
and influence crop yield and quality. Therefore, the plant microbiome is a key determinant of plant health
and productivity. Plant microbiome discoveries could fuel progress in sustainable agriculture, such as the
development of microbial inoculants as biofertilizers, biocontrol, or stress protection products (Berg 2009).
Although we recognize a growing market for these bio-products, they still have their problems, e.g., short
shelf-life, inconsistent effects under field conditions, and risk predictions. The application of “omics”technologies has allowed for an enormous progression in the development of so-called next-generation bioproducts (Köberl et al. 2012). New tools may have an impact on (i) the detection of new bio-resources for
biocontrol and plant growth promoting agents (Köberl et al. 2011, Bragina et al. 2012), (ii) the optimization
of fermentation and formulation processes for biologicals, (iii) stabilization of the biocontrol effect under
field conditions and (iv) risk assessment studies for biotechnological applications (Alavi et al. 2013).
Advances in these aspects could open new perspectives for sustainable agriculture by the development of
high impact next-generation bio-products (Berg et al. 2013).
Selected references
1. Alavi, P., Starcher, M.R., Zachow, C., Müller, H., and G. Berg. 2013. Root-microbe systems: the
effect and mode of interaction of Stress Protecting Agent (SPA) Stenotrophomonas rhizophila
DSM14405T. Frontiers Plant Science 4: 141.
2. Berg, G. 2009. Plant-microbe interactions promoting plant growth and health: Perspectives for
controlled use of microorganisms in agriculture. J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 84: 11–18.
3. Berg, G., Zachow, C., Müller, H., Philipps, J., Tilcher, R. 2013. Next-Generation Bio-Products
Sowing the Seeds of Success for Sustainable Agriculture. Agronomy 3: 648-656.
4. Berg, G., Grube, M., Schloter, M., Smalla, K. 2014. Uraveling the plant microbiome: looking back
and future perspectives. Front. Microbiology 5: 148.
5. Bragina, A., Berg, C., Cardinale, M., Shcherbakov, A., Chebotar, V., Berg, G. 2012. Sphagnum
mosses harbour highly specific bacterial diversity during their whole lifecycle. ISME J. 6: 802-813.
6. Köberl, M., Müller, H., Ramadan, E.M., Berg, G. 2011. Desert farming benefits from microbial
potential in arid soils and promotes diversity and plant health. PLoS One 6, e24452.
7. Köberl, M., Ramadan, E.M., Roßmann, B., Staver, C., Fürnkranz, M., Lukesch, B., Grube, M.,Berg,
G. 2012. Using ecological knowledge and molecular tools to develop effective and safe biocontrol
strategies. In: Pesticides in the Modern World/Book 5, E-book: Rijeka, Croatia.
51
PHYLOGENETIC DIVERSITY OF RHIZOBIA ISOLATED FROM THE RELICT LEGUMINOUS
PLANT VAVILOVIA FORMOSA (STEV.) FED.
Vera I. Safronova1, Kuznetsova I.G.1, Sazanova A.L.1, Kimeklis A.K.1, BelimovA.A.1,
Andronov E.E.1, Pinaev A.G.1, Pukhaev A.R.2, Popov K.P.3, Akopian J.A.4, Willems A.5
1
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology (ARRIAM), St.-Petersburg, Russian Federation
2
Gorsky State Agrarian University, Vladikavkaz, Russian Federation
3
North-Ossetian Nature Reserve, Republic North-Ossetia-Alania, Alagir, Russian Federation
4
Institute of Botany of National Academy of Sciences of Republic Armenia, Yerevan, Republic of Armenia
5
Ghent University, Department of Biochemistry & Microbiology, Faculty of Sciences, Ghent, Belgium
E-mail: v.safronova@rambler.ru
ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ РИЗОБИЙ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ РЕЛИКТОВОГО
БОБОВОГО VAVILOVIA FORMOSA
Сафронова В.И. и др.
ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
The relict plant Vavilovia formosa belongs to the tribe Fabeae (syn. Vicieae) and probably is the closest to
the extinct ancestor of this tribe. It is well known that other related genera (Pisum, Lathyrus, Vicia and Lens)
are commonly nodulated by Rhizobium leguminosarum bv. viciae strains. However, because of the very rare
occurrence of this plant, microsymbionts of Vavilovia formosa were isolated for the first time only in 2013.
In this study 95 strains were isolated from root nodules of Vavilovia formosa plants collected in North
Ossetia (the North Caucasus, Russia) and Armenia. Initial identification of these strains was performed using
partial 16S rDNA and ITS sequencing. The results indicate that Vavilovia formosa isolates belong to different
genera and species of root nodule bacteria. Eighty one isolates were related to fast-growing Rhizobium and
Phyllobacterium groups (77 and 4 strains respectively). Fourteen Vavilovia isolates were most close to
Tardiphaga robiniae and Bosea lathyri species of the family Bradyrhizobiaceae (11 and 3 strains
respectively). Although Tardiphaga–related Vavilovia isolates were heterogeneous and formed three different
clusters, Bosea-related isolates grouped all together. By sequencing of five housekeeping genes (atpD, dnaK,
gyrB, recA and rpoB) it was shown that the similarity between three Bosea isolates and the type strain Bosea
lathyri LMG 26379 was 92.3 – 95.3%. The results of DNA–DNA hybridizations confirmed genotypic
differentiation of our Bosea isolates from the closest Bosea lathyri species (24.0%). Presence of symbiotic
genes in the slow-growing microsymbionts of V. formosa and their ability to form nodules are under
investigation. At present two symbiosis-related genes nodM and nodT have been amplified in the Tardiphaga
isolates, while the common nodABC genes were not found. The formation of symbiotic relationships
between these strains and the host plant using the Nod factor independent pathway (like the symbiosis
between Aeschynomene plants and the strains Bradyrhizobium sp. BTAi1 and ORS278) is being currently
discussed.
52
HOSTING OF RHIZOBIA IN INDETERMINATE-TYPE NODULES
Ton Timmers1, Anna Kitaeva2, Kirill Demchenko2,3, Viktor Tsyganov2
1
Laboratory of Plant Microorganism Interactions (CNRS UMR2594, INRA UMR441), Castanet-Tolosan, F31326 France.
2
Laboratory of Molecular and Cellular Biology, All-Russia Research Institute for Agricultural
Microbiology, Podbelsky chaussee 3, 196608, Pushkin 8, Saint-Petersburg, Russia.
3
Laboratory of Anatomy and Morphology, Komarov Botanical Institute, Prof. Popov street 2, 197376,
Saint-Petersburg, Russia.
E-mail: Ton.Timmers@toulouse.inra.fr
РАЗМЕЩЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ РИЗОБИЙ В КЛУБЕНЬКАХ НЕДЕТЕРМИНИРОВАННОГО
ТИПА
Тиммерс Т.1, Китаева А.Б.2, Демченко К.Н.2,3, Цыганов В.Е.2
1
Национальный институт сельскохозяйственных исследований, Аузевиль, Франция
2
ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
3
Ботанический институт им. В.Л. Комарова, С.-Петербург
The establishment of a symbiosis, here defined as living together of two or more dissimilar organisms,
requires mutual recognition and adaptation. This applies especially to interactions where the two symbionts
depend on each other for survival such as the mutualistic interaction between legumes and nitrogen-fixing
rhizobia. In this case, the plant needs an available source of nitrogen and the bacteria a suitable environment,
the nodule, for their multiplication and the functioning of the nitrogenase complex. Selection of the correct
partner is essential for both symbionts and for this molecular signals are secreted and perceived by
corresponding perception systems. The microbial partner of Medicago truncatula, Sinorhizobium (Ensifer)
meliloti secretes lipochitooligosaccharides (LCOs called Nod factors) which are perceived by plasma
membrane proteins belonging to the family of plant receptor like kinases (RLKs). Many of the components
of the Nod factor signal perception and transduction pathway are not unique to legumes and also play a role
during the mutualistic interaction between plants and arbuscular mycorrhizal (AM) associations and form the
so-called common symbiotic signaling pathway (CSSP). The mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis
also produces LCOs, and both these Myc-LCOs and Nod factors are perceived by M. truncatula leading to
the induction of Ca2+ spiking, symbiosis related gene expression and stimulation of lateral root formation.
Thus, at the genetic level both symbioses considerably overlap and it has been postulated that nodulation has
evolved from the AM symbiosis. This idea is reinforced by the structural similarities of the infection process
during both interactions. Rhizobia enter the plant root through a plant-derived tubular structure, the infection
thread (IT), which is formed within cytoplasmic bridges assembled in front of the IT. AM fungi use a similar
structure named the prepenetration apparatus (PPA). During both bacterial release from infection threads in
the nodule and the formation of arbuscules within the root inner cortex abundant membrane synthesis takes
place concomitantly with a high secretory activity. We will show examples of structural similarity between
the processes of bacterial release and the subsequent organization of invaded nodule cells on the one hand
and arbuscule development on the other hand. In order to visualize these parallels, we studied the
organization of both the microtubular and the endoplasmic reticulum by using both immunocytochemistry
and GFP tagging. A new nodule clearing technique was worked out, based on a protocol named Clarity
developed to clear animal brains and whole organisms. This allows the visualization of fluorescent signals
throughout a nodule without the need for sectioning. The obtained results support the view that nodulation is
derived from the more ancient AM symbiosis, not only for components of the CSSP but also for the
processes implicated in the development of the structural components during infection and hosting of the
microorganism.
53
MOLECULAR AND CELLULAR ASPECTS OF PEA SYMBIOTIC NODULE DEVELOPMENT
Anna Tsyganova1, Anna Kitaeva1, Kira Ivanova1, Tatiana Serova1, Petr Kusakin1, Ton Timmers2,
Nicholas J. Brewin3, Kirill Demchenko1,4, Viktor Tsyganov1
1
Laboratory of Molecular and Cellular Biology, All-Russia Research Institute for Agricultural
Microbiology, Podbelsky chaussee 3, 196608, Pushkin 8, Saint-Petersburg, Russia
2
Laboratory of Plant Microorganism Interactions (CNRS UMR2594, INRA UMR441), Castanet-Tolosan,
F-31326 France.
3
John Innes Centre, Norwich NR4 7UH, UK.
4
Laboratory of Anatomy and Morphology, Komarov Botanical Institute, Prof. Popov street 2, 197376,
Saint-Petersburg, Russia.
Е-mail: tsyganov@arriam.spb.ru
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И КЛЕТОЧНЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ СИМБИОТИЧЕСКИХ КЛУБЕНЬКОВ
ГОРОХА
Цыганова А.В.1, Китаева А.Б.1, Иванова К.А.1, Серова Т.А.1, Кусакин П.Г.1, Тиммерс Т.2, Бревин
Н.Дж.3, Демченко К.Н.1,4, Цыганов В.Е.1
1
ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
2
Национальный институт сельскохозяйственных исследований, Аузевиль, Франция
3
Центр Джона Иннеса, Норич, Великобритания
4
Ботанический институт им. В.Л. Комарова, С.-Петербург
The pea symbiotic nodule is a useful model to study the molecular and cellular mechanisms of the legumeRhizobium symbiosis. This is due to the large collection of genetically and phenotypically characterized
symbiotic mutants blocked at different stages of nodule development.
We have studied different aspects of nodule symbiotic development including: reorganization of the
tubulin cytoskeleton; production of reactive oxygen species; and functioning of the antioxidant system; as
well as senescence.
Using immunocytochemical analysis and confocal laser scanning microscopy (CLSM), the threedimensional microtubular organization of each nodule histological zone in pea nodules was analyzed and
linked to the developmental processes during nodule cell differentiation. This study has revealed the
important role of endoplasmic microtubules in the growth of the infection thread, the formation of the
infection droplet and bacterial release into the host cell cytoplasm as well as in the orientation of bacteroids.
It was also observed that rhizobial infection triggers an alteration in the specific orientation of cortical
microtubules, which is characteristic for adjacent cells that remain uninfected.
Using fluorescent and electron microscopy, it was shown that hydrogen peroxide is involved in
maturation of the infection thread wall and release of bacteria into the host cell cytoplasm from infection
droplets, as well as in bacteroid degradation during nodule senescence. Using immunocytochemical analysis
and CLSM as well as real-time PCR, it was shown that in symbiotic nodules the antioxidant system is
actively functioning; moreover, glutathione is one of the most important components.
For analysis of pea symbiotic nodule senescence, we examined transcriptional activity using a set of
molecular markers based on the genes of cysteine proteases (PsCyp1, PsCyp15a) and thiol protease (PsTPP),
the products of which are involved in protein degradation. We also studied transcription of the gene of
transcriptional factor bZIP (PsATB2), because its orthologue is highly expressed in senescent nodules of
Medicago truncatula; the gene of gibberellic 2-β-oxidase (PsGAOx2), involved in deactivating gibberellic
acid; the genes of 1-aminocyclopropan-1-carboxylate syntethase and oxidase (PsАСS2, PsАСО1), which
encode enzymes of ethylene biosynthesis; and the gene of aldehyde oxidase 3 (PsАО3), which encodes an
enzyme of abscisic acid biosynthesis. Using real-time PCR, the increased expression of these analyzed genes
correlated with the increase of nodule age for nodules of wild type and for mutants with the early senescence
phenotype. The use of laser micro-dissection revealed the increase of expression of analyzed genes in
infected cells that demonstrated morphological features of senescence in comparison with cells in which
such features were absent.
The study was supported by RFBR (13-04-40344-Н; 14-04-00383) and the grant of the President of
the Russian Federation (НШ-4603.2014.4).
54
STUDYING THE REGULATION OF GENE EXPRESSION IN NITROGEN-FIXING NODULES OF
GARDEN PEA (PISUM SATIVUM L.) WITH USE OF TRANSCTIPTOME SEQUENCING
Vladimir Zhukov1, Aleksander Zhernakov1, Olga Kulaeva1, Aleksey Borisov1, Igor Tikhonovich1,
Pascal Ratet2
1
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Laboratory of Genetics of Plant-Microbe
Interactions, 196608 Pushkin, St
Petersburg, Russia
2
Institut des Sciences du Végétal, Centre National de la Recherche Scientifique, 91198 Gif sur Yvette cedex,
France
E-mail: vladimir.zhukoff@gmail.com
РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ В АЗОТФИКСИРУЮЩИХ КЛУБЕНЬКАХ ГОРОХА
ПОСЕВНОГО (Pisum sativum), ВЫЯВЛЯЕМАЯ ПУТЕМ СЕКВЕНИРОВАНИЯ ТРАНСКРИПТОМА
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИНЕРГИЗМА
Жуков В.А.1, Жернаков А.И.1, Кулаева О.А.1, Борисов А.Ю.1, Тихонович И.А.1, Рaтэ П.2
1
ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, С.-Петербург
2
Институт растительных наук Национального центра научных исследований, Жив-сюр-Иветт,
Франция
Nitrogen-fixing symbiosis of leguminous plants (Fabaceae) is the best-studied and at the same time the most
specific and complex one. Legume plant develops special organs (symbiotic root nodules) to host symbiotic
bacteria inside its tissues. The knowledge on genetic bases of nodule organogenesis is still not sufficient by
now, despite its importance for breeding programs. Next-generation sequencing (NGS) technologies provide
an opportunity to study total gene expression even in species with insufficient information on genome
organization. The large and complicated genome of agriculturally important crop pea (Pisum sativum L.) is
not discovered properly. Therefore use of NGS for studying pea gene expression by transcriptome
sequencing appears to be a feasible approach aimed at discovering regulatory networks during development
of nitrogen-fixing symbiosis. Transcription profiles of symbiotic nodules in several pea mutants with defects
on different consequent stages of symbiosis development were examined in this work by transcriptome
sequencing on Illumina HiSeq2000 using MACE (MAssive Analysis of cDNA Ends) technology. This
approach, in contrast to conventional RNAseq, allows sequencing only a small part of each transcript and
therefore appears to be much more sensitive to transcription changes. Annotation of short MACE contigs
was performed by aligning those to nodule transcriptome of wild type pea line SGE (which was already
sequenced and annotated by our workgroup). Differential expression profiles were analyzed in combinations
“wild type vs. mutant” and between different mutants, with attention paid to genes encoding transcription
factors and genes known to be essential for symbiosis development. According to our data, some segments of
gene expression networks can be drawn, which control consequent steps of symbiotic nodule development.
Also, misexpression of several stress response genes was found to be associated with preliminary nodule
senescence. In general, our results shed light upon the complexity of gene network governing the symbiotic
nodule development in pea.
The work is supported by the grants of RSF (14-24-00135) and RFBR (13-04-01702, 14-04-01442).
55
СТЕНДОВЫЕ ДОКЛАДЫ /
ЗАОЧНОЕ УЧАСТИЕ
POSTER PRESENTATIONS
56
P-1
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИТРАТСИНТАЗЫ –
КЛЮЧЕВОГО ФЕРМЕНТА СИНТЕЗА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ ГРИБОМ-ПРОДУЦЕНТОМ
ASPERGILLUS NIGER
Алексеев К.В.1, Никифорова Т.А.2, Дубина М.В.3, Комов В.П.1,2
1
Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия
2
ВНИИ пищевых добавок, Санкт-Петербург
3
Академический Университет, Санкт-Петербург
E-mail: vniipakk55@mail.ru
Цитратсинтаза — фермент, играющий ключевую роль в метаболизме клеток- катализирует процесс
синтеза лимонной кислоты на первом этапе цикла трикарбоновых кислот (ЦТК). Основным
продуцентом лимонной кислоты в промышленности является мицелиальный гриб Aspergillus niger.
Поэтому особенно интересны основные молекулярно-генетические и биохимические характеристики
цитратсинтазы гриба-продуцента A. niger в сопоставлении с таковыми для других эукариот. Эта
информация, возможно, поможет пролить свет как на механизмы сверхсинтеза лимонной кислоты
грибом-продуцентом, так и на его эволюционные особенности. А это, в свою очередь, поможет в
создании более эффективных продуцентов, как органических кислот, так и других промышленно
важных метаболитов. Анализ последовательности нуклеотидов гена цитратсинтазы гриба A. niger
штамма Л-4 выявил 99% сходство с последовательностями гена цитратсинтазы штамма CBS 513.88 A
niger - продуцента различных ферментов и органических кислот в промышленности США и Японии.
Проведено целенаправленное исследование цитратсинтазы, в частности получение копий
цитратсинтазного гена, а также идентификация кодирующих ее генов, транскрипции, трансляции,
транспорта ферментативного белка и его созревания. Полученные результаты явятся факторами
контроля состояния штамма-продуцента. Такого рода работ в рамках указанной конкретной задачи
ранее не проводилось.
57
P-2
СОЗДАНИЕ МИКРОБНО-РАСТИТЕЛЬНЫХ АССОЦИАЦИЙ
ДЛЯ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ПОЧВ
Алещенкова З.М., Картыжова Л.Е., Федоренчик А.А., Шавейко И.В.
Институт микробиологии НАН Беларуси, 220141, г. Минск, ул. акад. Купревича, 2
E-mail: kolomiets@mbio.bas-net.by
Оценка потенциала использования микробно-растительного взаимодействия для фиторемедиации
деградированной почвы проведена на основании изучения устойчивости компонентов микробнорастительных ассоциаций в условиях загрязнения нефтью, дизельным топливом, керосином и
индустриальным маслом. По показателям сохранения физиолого-биохимических свойств микробной
ассоциацией (азотфиксация, фосфатмобилизация, ростстимуляциия) и выживаемости растительного
компонента в условиях загрязнения почвы были отобраны 3 микробно-растительные ассоциации:
Ensifer meliloti S3 + Serratia plymuthica 57 + Medicago sativa L., Rhizobium galegae 5 + Serratia sp. 53 +
Galega orientalis L. и Bradyrhizobium japonicum 72KL + Enterobacter sp. 64 + Glycine max L.
Использование трехкомпонентной микробно-растительной ассоциации в условиях загрязнения почвы
углеводородами обеспечивает интенсификацию разрушения загрязнителей, положительно влияет на
биогенность ризосферной почвы и рост растений.
58
P-3
АЛЬГОФЛОРА И МИКОФЛОРА МОРСКОГО ПЕРИФИТОНА В МЕСТАХ СОДЕРЖАНИЯ
ДЕЛЬФИНОВ
Андреева Н.А.1, Копытина Н.И.2
1
Научно-исследовательский центр «Государственный океанариум», Севастополь, Россия
2
Институт биологии южных морей НАН Украины, Одесса, Украина
E-mail: andreeva.54@list.ru
В рамках проведения экологического мониторинга были изучены таксономический состав
микроводорослей и микроскопических грибов перифитона экспериментальных пластин, помещенных
в прибрежном вольере с дельфином и открытой части бухты Казачья (Черное море). В результате
исследования обнаружено 46 родов водорослей из отделов: Bacillariophyta (17 родов), Dinophyta (5
родов), Cyanobacteria (16 родов) и 8 родов, относящихся к другим отделам. При этом в вольере
выявлено 40 родов, а в море – 36. Сходство родового состава водорослей по коэффициенту БрейКертиса – 78,95 % (30 родов общие). Идентифицированы 23 вида грибов из отделов Ascomycota (20
видов), Blastocladiomycota (1) и Zygomycota (2). В вольере отмечены 18 видов, в море – 17, сходство
видового состава – 45,71 % (7 общие). Установлены сезонная динамика и особенности сообществ
водорослей и микокомплексов, характерные для полигонов с различной степенью эвтрофикации.
59
P-4
ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЛИЧЕСТВА БЕЛКОВ, СОДЕРЖАЩИХ
АМИЛОИДОГЕННЫЕ ТРАКТЫ, В ПРОТЕОМАХ ПРОКАРИОТ ОТ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
Антонец К.С., Нижников А.А.
Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии, г. СанктПетербург
E-mail: k.antonets@spbu.ru
Амилоидами называют фибриллярные белковые агрегаты, обладающие кросс-бета структурой. Эти
агрегаты обладают аномальной устойчивостью к воздействию температуры, детергентов, кислот и
протеаз. В связи с этим возникает вопрос, есть ли связь между экстремальными условиями обитания
некоторых прокариот и амилоидогенными свойствами их белков? Для ответа на него мы
проанализировали протеомы более 150 видов бактерий и архей. В результате было установлено, что в
протеомах ацидофильных, термофильных и гипертермофильных архей в сравнении с
нейтрофильными контролями достоверно повышена доля белков, имеющих в своей
последовательности амилоидогенные участки. При этом, у галофильных архей наблюдается
снижение доли таких белков в протеоме, а в протеомах экстремофильных бактерий каких-либо
закономерных отличий от нейтрофилов по этому параметру, в целом, не выявлено. Также была
выявлена неоднородность распределения амилоидогенных белков по функциональным группам COG
и неоднородность изменения доли таких белков в зависимости от условий среды.
В целом, результаты данной работы впервые демонстрируют наличие взаимосвязи между
содержанием амилоидогенных трактов в протеоме и занимаемыми экологическими нишами.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №14-04-31838 и гранта Президента РФ №
МК-4854.2015.4.
60
P-5
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИКРОБНОЙ ЭКОТЕХНОЛОГИИ В РЕШЕНИИ
ПРОБЛЕМЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Архипченко И.А.
ФГБНУ ВНИИСХМ, Санкт-Петербург, Россия
E-mail: arkhipchenkoirina@mail.ru
Обсуждаются микробиологические проблемы переработки отходов животноводства в биоудобрения.
Показано, что регуляция активности микробных сообществ при аэробной ферментации позволяет
получить биоудобрения с полифункциональным спектром действия.
Введение микробных
инокулюмов на определенных стадиях ферментационной переработки обеспечит усиление
определенных свойств удобрений, имеющих особое значение при разложении нефтяных загрязнений
почвы, в борьбе с почвенными фитопатогенами и т.п.
61
P-6
НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ ВЫБОРА СОРТА БОБОВОГО РАСТЕНИЯ ДЛЯ АПРОБАЦИИ
СИМБИОТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Вайшля О.Б. 1, Пузырева М.Л. 2, Актокалова Ж. Е.1
1
2
Национальный исследовательский Томский государственный университет
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа
E-mail: planta@tomsknet.ru
В Томской области, в рамках работы Географической сети опытов (руководитель – А.П. Кожемяков,
ВНИИСХМ, г. Пушкин) на протяжении последних 20 лет проводятся работы по испытанию
различных штаммов клубеньковых бактерий на козлятнике восточном, клевере, люцерне посевной и
хмелевидной, горохе, доннике, нуте. Эффективность симбиотической азотфиксации определяется
комплексом факторов и условий, из которых наибольшее значение имеют биологические
особенности культур, генотипы растений и азотфиксирующих микроорганизмов, соответствие
экологических условий потребностям конкретных макро- и микросимбионтов. Именно
физиологические особенности растения являются мощным фактором, селекционирующим
ризосферную микрофлору. Мы предлагаем новый метод выбора сорта бобового растения для
экспериментов с ризобиями на примере Pisum sativum L. Объектом изучения являлись зерновой сорт
гороха Торсдаг, мутант chlorotica и реципрокные гибриды F1 между ними. Гибриды проявляют
стабильный эффект гетерозиса по урожаю семян и высоте растений, превосходя лучшего из
родителей. Низкопродуктивный мутант chi имеет дефицит хлорофилла на всех стадиях онтогенеза за
счет нарушения синтеза одного из коровых белков реакционных центров фотосистемы I. На этом
фоне все физиологические системы растения проходят отбор, в результате чего формируется
компенсационный комплекс признаков. Проведено изучение 246 физиолого-биохимических и
морфометрических показателей растений на разных стадиях развития.
На стадии проростков для каждого генотипа сформирована выборка по пять повторностей на
каждый из 246 параметров, на основании чего была составлена суммарная выборка по всем пяти
генотипам. Для каждой переменной объем выборки составил 5х5, а общий объем суммарной выборки
– 25х246. Для всех выборок были рассчитаны корреляционные матрицы, анализ которых показал их
насыщенность статистически значимыми связями. Факторный анализ показал, что в каждой из шести
выборок выявляются четыре системы показателей, связанных с определенным фактором с
коэффициентом корреляции не менее 0.75. Под факторами понимаются непосредственно не
измеряемые показатели, гипотетические внешние и внутренние причины, связанные с измеряемыми
характеристиками. Сила связи признака с фактором выражается в виде факторной нагрузки
(коэффициента корреляции). Построены корреляционные диаграммы средних значений параметров
родительских форм и гибридов и факторных нагрузок. Анализ признаков, входящих в группы
связанности показателей, позволяет предположить, что факторы 1, 2, 3 могут быть отнесены к
продуктивности, гомеостазу и регуляции, соответственно. Разработана статистическая модель оценки
комбинационной способности и потенциальной продуктивности сортов гороха, основанная на
сравнении отдельных генотипов между собой не по отдельным физиолого-биохимическим
показателям, а по факторным нагрузкам параметров, рассчитанных по корреляционным матрицам,
составленным для резко контрастных по продуктивности генотипов для отдельных видов растений.
62
P-7
РОЛЬ BACILLUS SUBTILIS 26Д В ИНДУКЦИИ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ
К ГРИБНОЙ ИНФЕКЦИИ С УЧАСТИЕМ ФИТОГОРМОНОВ
Веселова С.В., Нужная Т.В., Максимов И.В.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и генетики
Уфимского научного центра Российской академии наук, г. Уфа,
Е-mail: veselova75@rambler.ru
Известно, что большинство растений в природе находится в ассоциативном взаимодействии с
полезной ризосферной и филосферной микрофлорой. Часто встречающимися и потенциально
значимыми среди них являются почвенные бактерии из родов Rhizobium, Bacillus, Pseudomonas,
Serratia и др., их называют - стимулирующие рост растений микроорганизмы (СРРМ). С недавнего
времени к СРРМ стали причислять и эндофитные бактерии, формирующие с растениями прочные
мутуалистические ассоциации. Доказано, что эндофиты гораздо эффективнее некоторых
ризосферных бактерий стимулируют рост и повышают продуктивность растений, обеспечивают
хозяина элементами минерального питания и защищают от болезней, патогенов и даже вредителей.
Однако, на сегодняшний день, информация об их хозяйственно полезных свойствах представлена в
меньшем объеме, чем о ризосферных или фитопатогенных бактериях. Также мало информации о
механизмах регулирования взаимоотношений растений и эндофитов и индукции ими защитной
системы растений-хозяев. Одним из основных свойств СРР бактерий является синтез метаболитов с
гормональными и сигнальными функциями (ауксины, цитокинины, гиббереллины, абсцизовая,
салициловая (СК) и жасмоновая (ЖК) кислоты), с которым связывают как прямое действие СРР
бактерий на рост растений, так и индукцию механизмов системной устойчивости к стрессам, в том
числе биотической природы.
В данной работе было изучено влияние эндофитного штамма B. subtilis 26Д, сигнальных
молекул СК, ЖК и их композиций с бактерией на транскрипционную активность ряда генов PRбелков (глюканазы, хитиназы, пероксидазы) и эндогенное содержание гормонов (цитикининов,
абсцизовой кислоты (АБК) и индолилуксусной кислоты (ИУК)) в растениях пшеницы,
инфицированных гемибиотрофным грибом Septoria nodorum Berk. Наши исследования показали, что
обработка сигнальными молекулами (СК, ЖК) и B. subtilis 26Д в отдельности увеличивала
устойчивость растений пшеницы к септориозу, за счет более интенсивной лигнификации клеточных
стенок листа в зоне поражения по сравнению с контролем. Это коррелировало со сдвигом
гормонального баланса в сторону цитокининов и накоплением транскриптов изучаемых генов
защитных белков, в результате чего мы наблюдали значительное уменьшение зон поражения и
остановку роста патогена на листьях растений. При совместной обработке растений пшеницы
бактериальным штаммом B. subtilis 26Д и СК наблюдался аддитивный эффект, при котором было
обнаружено более высокое содержание зеатина (активной формы цитокининов) на начальных этапах
инфицирования, чем в растениях обработанных только B. subtilis 26Д или только СК. Содержание
АБК в таких растениях уменьшалось, а ИУК изменялось незначительно. Все это приводило к более
интенсивному накоплению транскриптов PR-белков и синтезу лигнина, что проявлялось в
значительном уменьшении зон поражения. Интересно, что в композиции ЖК+бактерия при
инфицировании наблюдался ингибирующий эффект и устойчивость растений снижалась, как
предполагается за счет уменьшения накопления транскриптов PR-белков. Стоит отметить, что
содержание цитокининов в таких растениях после инфицирования не увеличивалось, а концентрация
АБК значительно повышалась, и критически уменьшался уровень ИУК. Таким образом, под
влиянием СРР бактерий может происходить сдвиг эндогенного гормонального баланса растений,
который может влиять на реализацию механизмов, обеспечивающих их защиту от инфекции.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №
14-04-97079-р_поволжье_а.
63
P-8
АГРОБАКТЕРИАЛЬНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПЕРЦА СЛАДКОГО ДЛЯ СОЗДАНИЯ
НОВЫХ АССОЦИАТИВНЫХ СИМБИОТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С РИЗОБИЯМИ
Вершинина З.Р., Благова Д.К., Нигматуллина Л.Р., Лавина А.М., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и генетики
Уфимского научного центра Российской академии наук
E-mail: zilyaver@mail.ru
Перец сладкий (Capsicum annuum L.) является важнейшей сельскохозяйственной культурой, которая
ценится за свой богатый биохимический состав. Однако урожай этого растения сильно зависит от
плодородия почвы, и при культивировании используется широкий ряда удобрений, которые
потенциально могут представлять опасность для человека и окружающей среды. Экологически
ориентированное сельское хозяйство предполагает уменьшение доз внесения минеральных
удобрений, в том числе за счет использования микроорганизмов, обладающих ростстимулирующими
свойствами, например, таких как ризобии. Эти бактерии могут вступать в ассоциативные
взаимоотношения и с небобовыми культурами, в том числе и перцем, колонизируя корни без
образования клубеньков и способствуя повышению урожайности за счет различных механизмов, в
том числе улучшая минеральное питание растений.
Однако колонизация «полезными» ризобиями корней небобовых растений зачастую
малоэффективна, и они полностью замещаются «дикими» штаммами микроорганизмов. Существуют
различные способы для того, чтобы придать растениям cпособность контролировать бактериальный
cостав своей ризосферы, в том числе cоздание трансгенных растений, экспрессирующих гены,
участвующие в узнавании и прикреплении ризобий к корням. К таким генам относятся гены лектинов
бобовых растений, продукты которых прикрепляют ризобии к корневым волоскам и оказывают
опосредованное влияние на процессы, протекающие на разных этапах формирования симбиоза. Ранее
уже были получены положительные результаты по колонизации данными бактериями модельных
небобовых растений, корни которых были транcгенны по гену лектина гороха поcевного psl.
Следующим этапом стало получение полностью трансгенных по данному гену растений перца.
Для агробактериальной трансформации перца сладкого сорта «Колобок» использовали штамм
A. tumefaciens AGL0, несущий векторную конструкцию pCAMBIA1301(psl), Т-ДНК которой содержит
гены psl под контролем промотора RB7, gus с каталазным интроном и селективный ген hptII,
придающий устойчивость к гигромицину. В качестве эксплантов были использованы семядоли
семидневных проростков. Эффективность трансформации составила 2%. Иммунохимический анализ
с использованием антител, специфичных в отношении лектина PSL, доказал наличие этого лектина на
поверхности корней трансгенных растений перца и отсутствие таковых у контрольных растений.
Кроме того, на трансгенных растениях было обнаружено увеличение количества прикрепленных
бактерий Rhizobium leguminosarum 1027 (которые обычно агглютинируют в присутствии PSL), что
лишь в незначительной степени наблюдалось на контрольных растениях.
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что интеграция в геном
небобовых растений генов лектинов бобовых потенциально может улучшить колонизацию этих
растений ризобиями, что в дальнейшем может быть использовано для создания искусственных
симбиотических систем, в том числе с ризобиями, обладающими ростстимулирующими свойствами.
64
P-9
ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТА ЭПИН-ЭКСТРА И РИЗОТОРФИНА НА СОДЕРЖАНИЕ
ФИТОГОРМОНОВ В РАСТЕНИЯХ ФАСОЛИ РАЗНЫХ СОРТОВ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ
СИМБИОЗА
Волобуева О.Г.1, Мирошникова М.П.2
1
Российский государственный аграрный университет – МСХА
имени К.А.Тимирязева, г. Москва
2
ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур, г. Орёл
E-mail: ovolobueva@list.ru
В условиях полевого опыта ВНИИЗБК (г. Орёл) с растениями фасоли сортов Гелиада и Шоколадница
изучали влияние ризоторфина (R.phazeoli, штамм 700) и препарата Эпин-экстра на содержание
фитогормонов, активность нитрогеназы, ультраструктуру симбиосом и бактероидов. Показано, что
эффект применения ризоторфина и препарата Эпин-экстра зависит от сорта растения. Обработка
семян препаратом Эпин-экстра в комбинации с ризоторфином повышала содержание ИУК во всех
вегетативных органах растений фасоли обоих сортов. У растений фасоли сорта Гелиада совместная
обработка Эпином-экстра и ризоторфином увеличивала содержание ЦК в корнях с клубеньками,
площадь и количество симбиосом, включений волютина, площадь ПБП, активность фермента
нитрогеназы и приводила к снижению площади и количества включений ПОМ. У растений фасоли
сорта Шоколадница в большей степени проявилось действие ризоторфина: под его влиянием
происходило увеличение ЦК в стеблях и корнях с клубеньками, площади и количества бактероидов,
включений волютина, активности фермента нитрогеназы и снижение площади и количества ПОМ.
65
P-10
ЗНАЧЕНИЕ МОБИЛИЗАЦИИ ПОЧВЕННОГО ФОСФОРА И РОСТА КОРНЕЙ В УСВОЕНИИ
ФОСФАТОВ РАСТЕНИЯМИ ПШЕНИЦЫ НА ФОНЕ ИНОКУЛЯЦИИ РИЗОСФЕРЫ
ПРОДУЦИРУЮЩИМИ АУКСИН БАКТЕРИЯМИ
Высоцкая Л.Б., Архипова Т.Н., Кузьмина Л.В., Габбасова И.М., Кудоярова Г.Р.
Уфимский институт биологии РАН, Уфа, 450054
E-mail: vysotskaya@anrb.ru
Поиск эффективных препаратов для повышения урожайности и устойчивости растений продолжается
и остается перспективным с точки зрения использования микроорганизмов – продуцентов
регуляторов роста. В этой связи фосфат мобилизующие микроорганизмы, продуцирующие ауксины,
могут быть полезными не только как повышающие доступность для растений почвенных фосфатов,
но и как регуляторы роста корневой системы в условиях дефицита питания. Для исследований из
коллекции микроорганизмов Уфимского Института биологии РАН был отобран выделенный из
почвы штамм Paenibacillus illinoisensis IB-1087, характеризующийся способностью умеренной
продукции во внешнюю среду (культуральную жидкость) ауксинов, а также растворять ортофосфат
кальция и мобилизовать фосфорорганические соединения (инозитолгексафосфат). Растения пшеницы
Triticum durum Desf.сорта Башкирская 27 выращивали в горшках с почвой, в которую вносили
суспензию бактериальных клеток сразу после посадки трехсуточных проростков. Микроорганизмы
культивировали в колбах Эрленмейера на качалках (160 об/мин) при 280С в течение 96-120 ч.
Полученная суспензия бактериальных клеток и спор использовалась для внесения в корнеобитаемую
зону растений - 107 КОЕ /г сухой почвы.
Наиболее быстрой ростовой реакцией после инокуляции было повышение массы корней по
сравнению с контрольными растениями, которые росли на необработанной бактериями почве. Вслед
за повышением массы корней через 3 недели после инокуляции наблюдали увеличение массы побега.
Контроль фосфатов в почве показал снижение содержания подвижного фосфора в прикорневом слое
почвы вслед за активацией роста растений в ответ на внесение в почву продуцирующих ауксин
бактерий. Очевидно, что это может быть связано с активным потреблением фосфата в результате
активации роста растений. Что же послужило стимулом для активации роста инокулированных
бактериями растений? Изучение гормонального баланса растений позволило обнаружить накопление
в корнях и побегах ауксинов через сутки после обработки почвы бактериями – продуцентами
ауксинов. Через двое суток содержание гормона в побегах снижалось до уровня контроля, в то время
как в корнях оставалось высоким - в 2 раза выше по сравнению с контролем. Хорошо известно, что
именно ауксины и цитокинины являются активными регуляторами роста корней. Поскольку
содержание цитокининов в растениях изменялось незначительно, соотношение ауксин:цитокинин
сдвигалось в результате воздействия бактерий в пользу ауксинов, которые могли выступать в
качестве стимула активации роста корней. По данным литературы внесение в почву бактерий,
которые являются сверх продуцентами гормонов, приводило к накоплению в растениях абсцизовой
кислоты (АБК), которая зачастую приводит к торможению роста растений. В наших экспериментах в
растениях пшеницы не было обнаружено накопления АБК, по меньшей мере, в первые два дня после
внесения в почву суспензии бактериальных клеток. Таким образом, изучение фосфат мобилизующих
бактерий - умеренных продуцентов ауксинов показало, что их рост стимулирующая активность по
отношению к растениям пшеницы реализуется через воздействие на гормональный баланс растений и
такие микроорганизмы могут рассматриваться как перспективные для разработки новых,
регулирующих рост растений, препаратов.
Исследования частично поддержаны грантом РФФИ № 14-04-97049 р_поволжье_а.
66
P-11
ОТХОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ЦИАНОБАКТЕРИЙ
КАК ИСТОЧНИК БИОЦИДНЫХ ПРЕПАРАТОВ
Гольдин Е.Б.
Академия биоресурсов и природопользования Крымского федерального университета, 295492,
Россия, Республика Крым, г. Симферополь
E-mail: evgeny_goldin@mail.ru
Технологический регламент получения кормового белково-витаминного концентрата из биомассы
природных популяций цианобактерий (около 98% Microcystis aeruginosa), разработанный в Институте
гидробиологии НАН Украины, предусматривает образование 90 м3 жидких отходов на 40 т продукта.
Нами предложено использование отходов производства в качестве природных пестицидов, а серия
опытов на личинках насекомых 2 и 3 возрастов показала высокий уровень их активности. Обработка
листьев растений-хозяев отходами в 1:1; 1:2 и 1:4 разведениях вызвала сильное угнетение питания по
сравнению с контролем: в 1,25-1,68 раза для кольчатого коконопряда (КК), в 2,1-7,9 раза для
американской белой бабочки (АББ) и в 1,5-1,9 раза для колорадского жука (КЖ). Масса личинок
была значительно меньше, чем в контроле – на 57,0% для КК, на 67,6% для АББ и на 77,9-84,3% для
КЖ при нарушении метаморфоза. Полная гибель АББ и КЖ (личинки 2 возраста) наблюдалась на 5
и 15 сутки соответственно. Смертность КК составила 72,0% (15 сутки) и 80,0-88,0% (20 сутки).
Большинство личинок 3 возраста всех видов отмирало в течение 15-20 суток. Отходы обладали
кишечным и контактным действием.
67
P-12
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СОИ
ПРИ РАЗНЫХ СИСТЕМАХ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Горгулько Т.В.
ГБУ Республики Крым «НИИ сельского хозяйства Крыма», 295453, ул. Киевская, 150, г.
Симферополь, Республика Крым
E-mail: t.gorgulko@gmail.com
Доклад посвящен трехлетним исследованиям влияния традиционной, минимальной и нулевой
обработки почвы на микробиологические и биохимические процессы в ризосфере растений и
продуктивность сои при выращивании на орошении.
Показано, что на формирование микробоценоза, интенсивность и направленность
микробиологических и ферментативных процессов в ризосфере темно-каштановой почвы влияла
фаза развития растений и система её обработки. Установлено, что в условиях юга Украины
эффективной была поверхностная обработка почвы на глубину 6–8 см, при которой урожайность
семян сои была больше на 0,70-0,85 т/га (25-30%) в сравнении с вспашкой на глубину 22–24 см,
дискованием на 12–14 см и технологией No-tіll.
68
P-13
ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ БАЦИКОЛА ПРОТИВ ВРЕДИТЕЛЕЙ-ФИТОФАГОВ И
ФИТОПАТОГЕНОВ
Гришечкина С.Д.
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, Санкт-Петербург
E-mail: svetagrishechkina@mail.ru
В обеспечении сохранения и повышения урожая сельскохозяйственных культур важное место
занимает борьба с вредителями и болезнями. Существенная роль отводится микробиологическому
методу, основанному на использовании микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Среди
современного ассортимента микробных биопрепаратов доминирующая роль
принадлежит
биопрепаратам на основе Bacillus thuringiensis (Bt) Berliner.
В ФГБНУ ВНИИСХМ разработан биопрепарат бацикол, созданный на основе Bacillus
thuringiensis var. darmstadiensis, обладающий
энтомоцидными и фунгицидными свойствами.
Препарат имеет широкий спектр действия на вредителей и применяется путем обработки
вегетирующих растений. Он проявил эффективность в отношении ряда опасных массовых
вредителей: колорадского жука, крестоцветных блошек (комплекса видов из рода Phyllotreta),
восточного горчичного листоеда (Colaphellus hofti Men.), хлебной полосатой блошки (P. vittula Redt.),
рапсового цветоеда (Meligethes aeneus F.), капустного листоеда (Phaedon cochleariae F.), ильмового
листоеда (Хanthogaleruca luteola Midler), злаковой пьявицы (Oulema melanopus L.), крестоцветных
клопов (Eurydema), щитовки (Diashididae), землянично-малинного долгоносика (Anthonomus rubi
Hbst.), гречишного долгоносика (Rhinoncus sibiricus Faust.), морковной листоблошки (Trioza apicalis
Frst.), малинного клеща (Eriophyes gracillis Nal.), трипсов (Thysanoptera).
Фунгицидное действие бацикола к ряду фитопатогенных грибов было выявлено в
лабораторных условиях и подтверждено вегетационными и полевыми опытами при использовании
различных технологий его применения в соответствии с типом паразитизма и экологическими
особенностями фитопатогенных грибов.
1 - обработка вегетирующих растений земляники против серой гнили (Botrytis cinerea).
Биологическая эффективность при однократной обработке и норме расхода препарата 7,5 л/га
составляла 65,2%. Повышению биологической эффективности препарата способствовало увеличение
нормы применения препарата и кратности обработок.
2 - полив почвы против фузариозного увядания томатов и льна (Fusarium oxysporum), т.к.
инфекция сохраняется в почве и заражение растений происходит через корневую систему и через
повреждение тканей. При поливе почвы препаратом отмечено снижению заболевания растений
фузариозом. При этом биологическая эффективность на льне-долгунце составляла 42,0%, а на
томатах - 70,4%.
3 - предпосевная обработка. Замачивание семян ячменя жидким бациколом позволило
снизить заболеваемость гельминтоспориозной корневой гнилью в 2 раза, при развитии болезни в
контроле 36,0%.
При замачивании клубней картофеля против ризоктониоза биологическая эффективность
составляла на раннеспелом сорте Изора - 61,0%, на среднераннем Невский - 50,7%.
Таким образом, проведенные исследования показали, что одним из резервов усиления
фунгицидного эффекта биопрепаратов Вt являются конкретные технологические приемы их
применения, которые определяются биологией гриба и его взаимоотношением с соответствующим
растением и в первую очередь формой паразитизма свойственной данной группе грибов. Здесь
открываются перспективы для расширения сферы их использования.
69
P-14
ФОРМИРОВАНИЕ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В АГРОЦЕНОЗАХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР
Дидович С.В.
ГБУ Республики Крым «НИИ сельского хозяйства Крыма», 295453 Республика Крым, г.
Симферополь, ул. Киевская, 150
E-mail: sv-alex.68@mail.ru
Доклад посвящен трехлетнему исследованию биологической активности почвы и продуктивности
растений в условиях применения предпосевной бактеризации семян полифункциональными
микробными препаратами при выращивании бобовых культур в степной зоне Крыма.
Установлено, что направленность микробиологических и ферментативных процессов в почве
зависит от вида, фазы развития бобового растения и от интродукции инокулятов. Показана
возможность интенсификации данных процессов на разных этапах онтогенеза растений нута, сои,
гороха, чины, чечевицы путем применения препаратов полифункционального действия на основе
гетеротрофных и автотрофных микроорганизмов, что позволило повысить урожайность семян
бобовых культур на 0,14-0,80 т/га (14,7-56,3%) и сбор сырого протеина на 2,5-4,8% в сравнении с
нитрагинизацией.
Исследование в 2014 году выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Республики Крым
по проекту 14-44-01621 «р_юг_а».
70
P-15
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА
ЧЕРНОЗЁМА ТИПИЧНОГО
Железова А.Д., Тхакахова А.К., Чернов Т.И., Кутовая О.В., Иванова Е.А.
ФГБНУ «Почвенный институт имени В.В. Докучаева»
E-mail: alferrum@mail.ru
Для понимания функционирования микробного сообщества почвы и для точной оценки влияния на
него разных экологических факторов необходимо учитывать пространственную вариабельность
почвенной среды. Невнимательное отношение к неоднородности распределения микроорганизмов в
почве может привести к ошибочным выводам об изменениях микробного сообщества при
воздействиях разного рода. Количество повторностей, взятых с одной точки пробоотбора, должно
соответствовать балансу информативности и экономии.
Пространственная неоднородность почвенных микробиологических свойств проявляется в
разном масштабе: микрозональная (мкм), в пределах почвенных горизонтов и элементов
микрорельефа (см-м) и макрозональная (км).
С помощью метода количественной ПЦР нами была проанализирована пространственная
неоднородность распределения ДНК бактерий, архей и микромицетов в верхнем горизонте чернозёма
типичного Каменной Степи (НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева). Сравнивались площадки лесополосы
и залежи, отбор образцов осуществлялся с 25 точек на квадрате 10×10 м, дополнительно были
отобраны смешанные образцы. Для подготовки экстракта ДНК из каждого образца брали 3 навески
(повторности). Выделение и очистка ДНК проводилась по методике Андронова и др., 2011.
Количество ДНК бактерий в образцах лесополосы варьировало в пределах 3,6×1085,9×109 копий/г почвы, в образцах залежи - 8,4×109-3,0×1010 копий/г почвы. Количество ДНК архей
на площадке лесополосы находилось в диапазоне 1,5×107-3,4×108 копий/г почвы, на площадке залежи
- 6,0×108-3,0×109 копий/г почвы. Выявлены значимые различия в численности прокариотной части
микробного сообщества двух площадок. Кроме того, следует отметить более выраженную
пространственную неоднородность исследованных показателей в почве лесополосы. В отличие от
предыдущих показателей, диапазоны количества ДНК микромицетов для двух площадок
перекрывались: для лесополосы - 4,2×107-2,3×108 копий/г почвы, для залежи - 2,1×107-1,8×108 копий/г
почвы, пространственная неоднородность площадок была выражена одинаково.
Работа выполнена при поддержке РНФ, проект 14-26-00079.
Список литературы:
1.
Андронов Е.Е., Пинаев А.Г., Першина Е.В., Чижевская Е.П. Выделение ДНК из образцов
почвы (методические указания). СПб.: ВНИИСХМ РАСХН. 2011. 27 с.
71
P-16
ГЛУТАТИОН КАК ОСНОВНОЙ ЭЛЕМЕНТ АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ В
СИМБИОТИЧЕСКИХ КЛУБЕНЬКАХ ГОРОХА: ИММУНОЛОКАЛИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ
ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ БИОСИНТЕЗА
Иванова К.А., Цыганов В.Е.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научноисследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии,
196608, ш. Подбельского 3, Пушкин-8, Санкт-Петербург, Россия
E-mail: kirakosmonavt_24@mail.ru
GLUTATHIONE IS AN ESSENTIAL ELEMENT OF ANTIOXIDANT
DEFENSE OF LEGUME ROOT NODULES: IMMUNOLOCALIZATION AND EXPRESSION ANALYSIS OF
BIOSYNTHETIC PATHWAY GENES
Ivanova K.A., Tsyganov V.E.
Глутатион является наиболее распространенным низкомолекулярным тиолом в растениях,
продуцируемым в ответ на многочисленные стрессы. У Бобовых, структурно родственный трипептид
гомоглутатион может частично или полностью замещать глутатион выполняя, по-видимому,
аналогичные функции. В азотфиксирующем клубеньке Бобовых, где многочисленные процессы
способствуют продукции активных форм кислорода, глутатион является основным антиоксидантом.
Кроме того, существует положительная корреляция между активностью нитрогеназы и содержанием
глутатиона и гомоглутатиона в клубеньках.
Для выявления пространственной локализации глутатиона и глутатион синтетазы в тканях
симбиотического клубенька гороха, использовали исходную линию SGE и полученные на ее основе
мутанты с аномалиями в развитии симбиотических клубеньков на различных стадиях. Было показано,
что в клубеньках исходной линии SGE глутатион присутствовал в меристеме, зонах инфекции и
азотфиксации, в проводящих пучках и в неинфицированных клетках паренхимы. Наиболее
интенсивно глутатион накапливался вокруг молодых инфекционных нитей и капель. В то же время в
зоне старения наблюдалась резкое уменьшение содержания глутатиона. В клубеньках мутанта по гену
sym40 (ортолог гена Medicago truncatula EFD), характеризующихся гипертрофированными
инфекционными каплями и отсутствием выраженной гистологической зональности, локализация
глутатиона наблюдалась вокруг инфекционных капель, в инфицированных клетках, в активной
меристеме, проводящих пучках и в неинфицированных клетках паренхимы. У мутанта по гену sym33
(ортолог генов M. truncatula IPD и Lotus japonicus CYCLOPS) не наблюдается выход бактерий в
цитоплазму растительных клеток из «запертых» суберенизированных инфекционных нитей.
Глутатион обнаруживался в меристеме, проводящих пучках и в неинфицированных клетках
паренхимы. Наиболее интенсивно глутатион аккумулировался вокруг молодых инфекционных нитей.
В клетках, содержащих старые суберинизированные инфекционные нити, глутатион не
детектировался. Если в отдельных клетках и клубеньках бактерии высвобождались из инфекционной
капли, наблюдалось активное накопление глутатиона в клетках, содержащих бактероиды. Была
показана локализация глутатион синтетазы в меристеме клубеньков как исходной, так и мутантных
линий.
Была исследована экспрессия генов, кодирующих ферменты синтеза глутатиона и
гомоглутатиона в симбиотических клубеньках гороха: GSH1 (γ-глутамилцистеин синтетазы), GSHS
(глутатион синтетазы) и hGSHS (гомоглутатион синтетазы). Наблюдалось значительное увеличение
экспрессии гена GSH1 по сравнению с исходной линией, у всех мутантных линий. При этом было
показано, что наибольший уровень экспрессии гена GSHS характерен для мутанта по гену sym40, а
гена hGSHS – для мутантов по гену sym33. Таким образом, было показано, что глутатион вовлечен в
функционирование инфекционных нитей, инфекционных капель и симбиосом. Кроме того, он,
вероятно, может принимать участие в защитных реакциях, активное проявление которых было
показано для мутантов по генам sym33 и sym40.
Работа поддержана грантами Президента РФ (НШ-4603.2014.4) и РФФИ (14-04-00383).
72
P-17
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОЭКОСИСТЕМЫ РУБЦА С ПРИМЕНЕНИЕМ МОЛЕКУЛЯРНОГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КАК ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОГО
ПОТЕНЦИАЛА И ЗДОРОВЬЯ КРС
Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Ильина Л.А., Йылдырым Е.А., Филиппова В.А., Солдатова В.В.,
Бражник Е.А., Соколова О.Н.
ООО "БИОТРОФ"
E-mail: deniz@biotrof.ru
Рубец – первый отдел преджелудков, в котором под действием микроорганизмов-симбионтов
происходят биохимические превращения питательных веществ кормов в метаболиты, которые
используются в обменных процессах организма животного веществ кормов, благодаря чему
реализуется продуктивный потенциал и здоровье КРС.
В связи с этим, целью работы являлось изучение основных закономерностей формирования
микроэкосистемы рубца для разработки методов её прогнозирования и биологической коррекции как
основы повышения продуктивного потенциала и здоровья КРС.
Исследование микробиоты рубца КРС проводили на основе комплексного подхода с
использованием современных молекулярно-генетических методов – ПЦР в реальном времени, TRFLP-анализа и NGS-секвенирования. В результате анализов описан таксономический состав
микрофлоры рубца более 320 животных из регионов России. Установлено присутствие в
микроэкосистеме рубца более 200 филотипов бактерий, архей и грибов, в том числе
некультивируемых.
На основе результатов молекулярно-генетических исследований создана база данных
качественного и количественного состава микроорганизмов рубца КРС, в том числе бактерий, архей
и грибов. Результаты сравнения микрофлоры рубца КРС показали статистически значимые различия,
связанные с кормлением, возрастом, уровнем продуктивности, состоянием здоровья и
физиологическим статусом.
Установлено, что в процессе роста и развития пищеварительной системы животных
происходит смена доминирующих таксономических групп - бактерий, архей и грибов.
Результаты сравнения микробиома рубца КРС при различных типах кормления
(концентратном, малоконцентратном и объемистом) позволили определить микроорганизмы,
характерные уровням грубых и концентрированных кормов рациона. На основе анализа
физиологических показателей пищеварения (летучих жирных кислот, аммиака, рН) проведено
физиологическое обоснование связи между содержанием микроорганизмов в экосистеме рубца и
процессами пищеварения и обмена веществ животных.
Анализ закономерностей состава микробиоценоза рубца коров при различных уровнях
молочной продуктивности коров показал, что микрофлора рубца высокопродуктивных животных
содержит более высокую долю целлюлозолитических бактерий семейства Lachnospiraceae и грибов
Сhytridiomycetes sp, а также лактат-ферментирующих - семейства Veillonellaceae и более низкое
содержание патогенных бактерий рода Fusobacterium.
При исследовании микробиологического состава рубца в связи с физиологическим
состоянием животного был определен характер изменений и описаны достоверные различия между
микробиомами рубца сухостойных и животных при раздое в разные периоды лактации.
Изучена видовая структура сообществ симбиотических микроорганизмов рубца «здоровых» и
«больных» коров разных возрастных групп и физиологического статуса. На основании
многофакторного статистического анализа выявлены микроорганизмы – индикаторы здоровья, по
содержанию которых можно судить о нарушениях обмена веществ в организме животного.
Результаты анализа бактериального сообщества рубца «больных» животных продемонстрировали
существенное нарушение состава микробиома - низкое содержание целлюлозолитических бактерий
семейств Laсhnospiraceae и Ruminococcaceae, лактат-утилизирующих семейства Veillonellaceae и
высокое - нежелательных лактобактерий семейства Lactobacillaceae и патогенных бактерий рода
Fusobacterium. Установлено, что состав микроорганизмов в рубце коров взаимосвязан с микрофлорой
других биотопов организма – влагалищных выделений, молока и соскобов с копыт, что доказывает
тесную связь между микрофлорой рубца и состоянием здоровья животного.
73
Вышеуказанные полученные закономерности состава микробиома, связанные с кормлением,
возрастом, уровнем продуктивности, состоянием здоровья и физиологическим статусом позволили
впервые разработать нормы содержания в рубце содержания полезной, нежелательной и условнопатогенной микробиоты, характерные для определенного физиологического состояния животного.
Для исследования микроэкологических методов коррекции микробиоты рубца КРС было
изучено влияние интродукции штаммов бактерий Bacillus sp., Enterococcus sp. и дрожжей
Saccharomyces cerevisiae с полезными пробиотическими свойствами на показатели эффективности
пищеварения и обмена веществ. Выявленный характер изменений при интродукции исследованных
штаммов свидетельствует о перестройке микробной экосистемы содержимого рубца в сторону
повышения положительного влияния на пищеварение – увеличению представителей нормофлоры –
целлюлозолитических, амилолитических и лактат-ферментирующих микроорганизмов и снижению
нежелательных и патогенных при одновременном изменении показателей рубцового пищеварения
(ЛЖК, аммиака, рН). В научно-хозяйственных экспериментах показано, что данное изменение
микробиоценоза, обусловленное интродукцией исследуемых штаммов, при отсутствии других
факторов влияния оказало положительное действие на продуктивные качества, здоровье и
воспроизводительные характеристики животных.
Таким образом, результаты показали перспективу молекулярно-генетических методов
исследований микробиоты рубца для выявления статистически значимых различий, связанных с
кормлением, возрастом, уровнем продуктивности, состоянием здоровья и физиологическим статусом
животных и указывают на возможности направленной коррекции микробиологического сообщества
рубца, способствующие повышению продуктивного потенциала и улучшению здоровья КРС.
74
P-18
ОСОБЕННОСТИ СОВМЕСТНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БАКТЕРИЙ РАЗНОЙ
ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
Каменева И.А., Якубовская А.И., Коноплева Г.Н.,
Гритчин М.В., Смирнова И.И.
ГБУ Республики Крым «НИИ сельского хозяйства Крыма», 295453, Республика Крым, г.
Симферополь, ул. Киевская, 150
E-mail: irina.kameneva.7@mail.ru
В природе микроорганизмы существуют и функционируют в условиях тесного взаимодействия.
Исследовали особенности совместного культивирования промышленных и перспективных штаммов
бактерий коллекции отдела микробиологии ГБУ «НИИСХ Крыма» с доминирующими
функциональными направленностями: азотфиксирующей (Rhizobium radiobacter 204, Azotobaсter
vinelandii 10702, Bradyrhizobium japoniсum М-8, Mesorhizobium ciceri Н-12), фосфатмобилизирующей
(Enterobacter nimipresuralis 32-3), биопротекторной (Paenibacillus polymyxa П, Bacillus subtilis 12501),
ростстимулирующей (Variovorax paradoxus 060207) для создания комплексных препаратов под
зерновые, бобовые и овощные культуры. Подбор штаммов для совместного культивирования
базировался на обеспечении растений биогенными элементами питания (NPK) и контроля
фитопатогенов. При совместном культивировании штаммы набирают высокий титр и сохраняют
жизнеспособность клеток. Отмечается синергитический тип взаимодействия бактерий, который
проявился в повышении азотфиксирующей и ростстимулирующей активности субкультур.
Ключевые слова: штаммы, комплекс микробных препаратов, культивирование
75
P-19
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРОЕНИЯ СИМБИОТИЧЕСКИХ ОБЛАСТЕЙ ГЕНОМОВ У
ШТАММОВ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ КОЗЛЯТНИКА С РАЗЛИЧНОЙ ХОЗЯЙСКОЙ
СПЕЦИФИЧНОСТЬЮ
Карасев Е.С., Чижевская Е.П., Онищук О.П., Андронов Е.Е., Симаров Б.В.
ФГБНУ ВНИИСХМ, Санкт-Петербург, Пушкин
E-mail: stalker676432@mail.ru
Симбиотическая растительно-микробная система козлятник (Galega) – клубеньковые бактерии
козлятника (Rhizobium galegae) в настоящее время находит все более широкое применение в сельском
хозяйстве. Однако генетические детерминанты, контролирующие симбиотическое взаимодействие у
обоих партнеров, изучены недостаточно.
Растения козлятника представлены двумя видами – козлятник восточный (Galega orientalis) и
козлятник лекарственный (Galega officinalis). Аналогичным образом у микросимбионтов выделяют
два биовара – R. galegae bv.orientalis и R. galegae bv.officinalis. При этом бактерии каждого из
биоваров образуют азотфиксирующие клубеньки только на корнях растений соответствующего вида.
Симбиотическую область генома типового штамма HAMBI 1141 R. galegae bv.officinalis
условно можно разделить на три региона (Österman et al., 2014):
1) nodD1-регион (около 8 т.п.н.), содержащий гены вирулентности nodEF,nodD1, nodABCIJ; 2) nodD2регион (около 8 т.п.н.), содержащий гены nodU, nodD2, nodN;
3)nif-fix-регион (около 18 т.п.н.), расположенный между nod-регионами и содержащий 15 генов,
необходимых для фиксации атмосферного азота: nifHDKEN,nifA, nifB, fdxB, fdxN, nifT, nifX, fixABC,
fixX.
Однако при секвенировании симбиотической области генома у типового штамма HAMBI540
R. galegae bv. orientalis была обнаружена инверсия nif-fix-региона, который был фланкирован
участками, содержащими фрагменты различных IS-элементов, что свидетельствует о высоком уровне
рекомбинационных событий в этом районе. Кроме того, в составе nif-fix-региона выявлен ген rpoN,
который у всех других клубеньковых бактерий расположен на хромосоме вне пределов
симбиотического региона. Для того, чтобы выяснить является ли такая инверсия характерной для
других штаммов R. galegae bv. оrientalis мы провели анализ коллекции из 47-ми штаммов
клубеньковых бактерий козлятника двух биоваров, имеющих различное географическое
происхождение. Основную часть коллекции составили природные изоляты, собранные в генцентре
происхождения козлятника – на Северном Кавказе (Andronov etal., 2003). Кроме того были
использованы штаммы из других регионов России и ближнего зарубежья (Алтай, Ленинградская
область, Эстония, Украина).
При анализе общего генетического разнообразия методом IGS-RFLP, было выявлено 18 RFLPтипов, что указывает на высокий уровень внутривидового разнообразия анализируемой коллекции.
Однако по данным ПЦР-анализа строение симбиотических областей у анализируемых штаммов не
отличалось от типовых штаммов. Так, для всех штаммов, относящихся к биовару orientalis, была
обнаружена инверсия nif-fix-региона, а для штаммов, относящихся к биовару officinalis никаких
геномных перестроек в анализируемом регионе найдено не было.
Таким образом, несмотря на различное географическое происхождение штаммов и их
разнообразие, строение симбиотических регионов в пределах биовара оставалось неизменным. На
основании этого можно сделать предположение о том, что инверсия nif-fix-региона произошла на
стадии разделения вида R. galegae на два биовара и возможно имеет значение для проявления
хозяйской специфичности штаммов клубеньковых бактерий козлятника.
Österman J., March J., Laine PK.et al.BMC Genomics. 2014. 15:500.
Andronov E., Terefework Z., Roumiantceva M. et al. App. Env. Microbiol. 2003. 69:1067.
76
P-20
ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ НА МИКРОБНЫЙ КОМПЛЕКС
ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ
Караулова Л.Н.1, Масютенко Н.П 1, Гридасова О.В.2
1
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты
почв от эрозии»
2
ФГБОУ ВПО «Курский государственный университет»
E-mail: lkaraulova77@gmail.com
Почва является главным резервуаром и естественной средой обитания микроорганизмов, которые
принимают участие в процессах круговорота веществ в природе. Если в нетронутых хозяйственной
деятельностью почвах микроорганизмы успешно справляются со своей задачей транспорта и
ассимиляции ресурсов, то иная картина наблюдается в почвах сельскохозяйственных угодий (Кутовая
Н.Я., 1994; Девятова Т.А., 2003; Безлер Н.В., 2006). Однако влияние интенсивности землепользования
в условиях Курской области на общую численность, соотношение отдельных систематических групп
микроорганизмов, особенности изменения микробоценоза чернозема типичного исследованы
недостаточно. Изучению этой актуальной проблемы посвящена данная работа.
Исследования проводили в черноземе типичном в многофакторном полевом стационарном
опыте ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ (Курская обл., Медвенский р-н), заложенном в 1984 году, в бессменном
пару (БП) и в посевах озимой пшеницы, выращиваемой в зернопаропропашном севообороте (ЗППС)
и бессменно (БОП), а также в заповедной (ЗС) степи (ЦЧГБЗ им. В.В. Алехина, Стрелецкая степь).
Почвенные образцы отбирались из слоя 0-20 см. Состав микробного сообщества определяли
молекулярным методом газовой хроматографии – масс-спектрометрии (ГХ-МС). Анализ проводили
на ГХ-МС системе HP-5973 Аджиленттехнолоджис (США). Метод позволяет по химическим
компонентам жирно-кислотного состава мембранных структур бактерий, так называемым маркерам,
и математическому соотнесению их с имеющимся банком данных по этому показателю для бактерий,
в том числе актиномицетов, а также для микроскопических грибов, определять состав и структуру
сообщества микроорганизмов (Осипов Г.А.,1993).
В микробном сообществе чернозема типичного идентифицировано 47 видов, относящихся к 35
родам: бактерии составляли 37 видов, актиномицеты – 7 видов, и 3 вида арбускулярные микоризные
грибы. Наименьшее количество видов (40) отмечено в почве ЗППС. Индекс биоразнообразия
(Шеннона) во всех вариантах высокий. Суммарное количество микроорганизмов в почве заповедной
степи, где антропогенная нагрузка отсутствовала, было 72,83 кл/г·106, что в 4,8, 3,4 и 2,9 раза выше,
чем под БОП, в ЗППС и БП, соответственно. Установлено, что в черноземе типичном преобладают
бактерии: от 80,4 % от общего количества в БП до 87,6 % в ЗС. Актиномицетов содержалось
примерно одинаково в ЗС и ЗППС, соответственно, 12 % и 12,4 %, а на бессменных вариантах
примерно в 1,4 и 1,5 раза выше при БОП и БП. Арбускулярные микоризные грибы составляли в
заповедной степи 0,4%, в зернопаропропашном севообороте – 2,3 % от общего количества
микроорганизмов в почве.
В изучаемых почвах на пашне и заповедной степи доминировал консорциум из 8 родов:
Mycobacterium - Propionibacterium – Butyrivibrio – Aeromonas – Arthrobacter – Pseudomonas –
Acetobacter – Rhodococcus. При этом в почве заповедной степи доминировали бактерии рода
Propionibacterium, в ЗППС - два вида бактерий Mycobacterium sp. и Aeromonas hydrophila, в БП бактерия Mycobacterium sp., а при БОП доминантных видов не было. И по содержанию
факультативных и облигатных анаэробов наиболее богаты почвы заповедной степи - 58,6%, в почве
БОП – 27,4%, БП – 37,4% и ЗППС - 33,9% от общего сообщества бактерий. В исследуемых почвах
арбускулярные микоризные грибы представлены видами Gigaspora sp., Glomus etunicatum и Glomus
sp. Максимальное их количество было в почве ЗППС. В исследуемых почвах была обнаружена и
патогенная бактерия группы Clostridium perfringens.
Таким образом, при сельскохозяйственном использовании в черноземе типичном резко
снижается общее число микроорганизмов, бактерий, актиномицетов, уменьшается количество их
видов, изменяются доминантные и субдоминантные виды.
77
P-21
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЗАЦИИ ТУБУЛИНОВОГО ЦИТОСКЕЛЕТА В
СИМБИОТИЧЕСКИХ КЛУБЕНЬКАХ MEDICAGO TRUNCATULA GAERTH. И PISUM
SATIVUM L.
Китаева А.Б.1, Демченко К.Н.1,2, Т. Тиммерс3, Цыганов В.Е.1
1
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научноисследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии, 196608, ш. Подбельского, 3, г.
Пушкин 8, г. Санкт-Петербург, Россия
2
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ботанический институт им. В. Л.
Комарова Российской академии наук, 197376, ул. проф. Попова, 2, г. Санкт-Петербург, Россия
3
Лаборатория растительно-микробных взаимодействий (CNRS UMR2594, INRA UMR441), КастанеТолозан, F-31326 Франция
Тел.: (812)476-16-01
Е-mail: filmdocc@yandex.ru
COMPARATIVE ANALYSIS OF TUBULIN CYTOSKELETON ORGANIZATION IN SYMBIOTIC NODULES
OF MEDICAGO TRUNCATULA GAERTH. AND PISUM SATIVUM L.
Kitaeva A.B., Demchenko K.N., Timmers T., Tsyganov V.E.
В процессе дифференцировки клеток симбиотического клубенька активную роль играет
реорганизация элементов цитоскелета. В ходе данного исследования был проведен
иммуноцитохимический анализ изменений в организации микротрубочек в процессе
дифференциации клеток клубенька у двух родственных видов бобовых растений с использованием
методов конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Были использованы линии дикого типа
люцерны слабоусеченной (Medicago truncatula Gaertn.) A17 и гороха посевного (Pisum sativum L.)
SGE. Также были использованы полученные на их основе мутантные линии с мутациями в
ортологичных генах: TR3 (ipd3) и SGEFix--2 (sym33), характеризующиеся отсутствием выхода
бактерий в цитоплазму растительной клетки, efd-1 и SGEFix--1 (sym40), формирующие
гипертрофированные инфекционные капли. В дополнение были использованы мутантные линии
люцерны dnf1, характеризующаяся недифференцированными бактероидами, и гороха Sprint-2Fix(sym31),
характеризующаяся
формированием
симбиосом,
содержащих
несколько
недифференцированных бактероидов.
В клетках меристемы в клубеньках дикого типа и мутантных линий обоих исследуемых видов
кортикальные микротрубочки были ориентированы случайным образом, перекрещивались между
собой, формируя плотную сеть. В зоне инфекции в инфицированных клетках кортикальные
микротрубочки сохраняли ориентацию, характерную для клеток меристемы. В неинфицированных
клетках кортикальные микротрубочки меняли ориентацию с неупорядоченной на параллельную, что
особенно проявлялось в зоне азотфиксации. Более того, даже если в клетках наблюдались
инфекционные структуры, но не происходил выход ризобий, кортикальные микротрубочки все равно
меняли ориентацию на параллельную. У обоих видов эндоплазматические микротрубочки
поддерживали рост инфекционной нити, формирование инфекционных капель и выход бактерий в
цитоплазму растительной клетки. В инфицированных клетках зоны азотфиксации M. truncatula
эндоплазматические микротрубочки располагались между бактероидов, определяя их радиальное
расположение в клетке, что объясняется особенностями морфологии бактероидов люцерны. В
клубеньках гороха в инфицированных клетках в зоне азотфиксации эндоплазматические
микротрубочки также формировали плотную сеть, которая, вероятно, определяла расположение в
клетке не индивидуальных бактероидов, а групп бактероидов.
Таким образом, впервые для двух родственных видов бобовых растений, представляющих
модельное бобовое растение (M. truncatula) и важную зернобобовую культуру (горох), была выявлена
связь трехмерной организации тубулинового цитоскелета и симбиотических структур в ходе развития
симбиотического клубенька.
Работа поддержана грантом РФФИ (13-04-40344-Н).
78
P-22
ИЗМЕНЕНИЯ В МИКРОБНОМ ЦЕНОЗЕ РИЗОСФЕРЫ САЖЕНЦЕВ ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР
ПРИ ПРИМЕНЕНИИ БИОПРЕПАРАТОВ
Клименко О.Е., Каменева И.А., Клименко Н.И.
ГБУ РК «Никитский ботанический сад – Национальный научный центр», пгт. Никита, г. Ялта,
Республика Крым, РФ
E-mail: olga.gnbs@mail.ru
Проведены исследования состава эколого-трофических групп микроорганизмов ризосферы саженцев
черешни и персика, обработанных биопрепаратами на основе агрономически полезных
микроорганизмов. Установлено снижение численности аммонификаторов в ризосфере саженцев
персика на фоне органического азота при применении Фосфоэнтерина и Биополицида.
Азотобактерин и Диазофит способствовали увеличению численности микроорганизмов,
ассимилирующих азот минеральных соединений. Установлено, что Фосфоэнтерин, Биополицид и
Комплекс микробных препаратов (КМП) снижали численность микромицетов на 11 – 50 %.
Установлено изменение количественного состава эколого-трофических групп микроорганизмов в
слое 20 – 40 см ризосферы черешни при интродукции штамма Bacillus sp. 01-1. Он увеличивал
численность стрептомицетов, споровых бактерий и аммонификаторов в 1,5; 2,3 и 2,4 раза
соответственно. Численность микроорганизмов, использующих азот минеральных соединений, в 6
раз превышала их количество в слое почвы 0 – 20 см.
79
P-23
СОСТОЯНИЕ МИКРОБОЦЕНОЗА ПОЧВЫ ВИНОГРАДНИКА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ
МИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ И ЗАДЕРНЕНИЯ МЕЖДУРЯДИЙ
Клименко Н.Н.
ГБУ Республики Крым «НИИ сельского хозяйства Крыма», 295453 Республика Крым, г.
Симферополь, ул. Киевская, 150
E-mail: ninaklymenko@yandex.ru
Известно позитивное влияние биопрепаратов на рост, развитие растений и повышение качества
урожая. Задернение междурядий улучшает физические свойства почвы, служит источником
органики.
Нами изучено влияние Диазофита, Фосфоэнтерина, комплекса микробных препаратов (КМП) и
задернения (злакобобовая смесь и естественно произрастающие травы) на динамику численности
основных эколого-трофических групп микроорганизмов в аллювиально-луговой карбонатной почве
виноградника.
Выявлено, что наибольшее количество бактерий развивается на фоне злакобобовой смеси.
Численность аммонификаторов и микроорганизмов, потребляющих минеральные формы азота,
увеличивалась под действием КМП и Диазофита, фосфатмобилизаторов – Фосфоэнтерина и КМП,
педотрофов и олиготрофов – Диазофита и КМП. За счет этого улучшается рост и развитие растений,
а также отмечается повышение урожая в среднем на 14%.
80
P-24
ИТОГИ ИНТРОДУКЦИИ АГРОНОМИЧЕСКИ ПОЛЕЗНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В
РИЗОСФЕРУ САЖЕНЦЕВ ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР
Клименко О.Е.
ГБУ РК «Никитский ботанический сад – Национальный научный центр», пгт. Никита, г. Ялта,
Республика Крым, РФ
E-mail: olga.gnbs@mail.ru
Приведены результаты исследований применения микробных препаратов (МП), созданных на основе
агрономически полезных микроорганизмов, при выращивании привитых саженцев плодовых
культур. Установлено, что при применении Диазофита, Фосфоэнтерина и Комплекса микробных
препаратов (КМП) происходило повышение всхожести семян абрикоса и алычи, и приживаемости
сеянцев вишни магалебской (подвоя для черешни). Применение МП приводило к усилению роста,
побего- и корнеобразования сеянцев и саженцев, увеличению зимостойкости глазков культурных
сортов персика, черешни, абрикоса и алычи. Все это способствовало увеличению выхода
стандартного посадочного материала с единицы площади. Наиболее эффективным при выращивании
саженцев персика и черешни признано применение Фосфоэнтерин, Диазофита и КМП, при
выращивании абрикоса и алычи – Азотобактерина и КМП. Наиболее продуктивной была ассоциация
биоагента МП с растениями абрикоса, наименее эффективной – с алычой, черешня и персик
занимали промежуточное положение.
81
P-25
К ВОПРОСУ О СОЗДАНИИ ГЕНЕТИЧЕСКИ УСТОЙЧИВЫХ ГИБРИДОВ СВЁКЛЫ
Корниенко А.В., Скачков С.И., Семенихина Л.В., Мельников Ю.Н., Бартенева Л.С.
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара
им. А.Л. Мазлумова
E-mail: kav250240@mail.ru
Решением Президента РФ предусмотрено импортзамещение и посев отечественными семенами
гибридов сахарной свёклы не менее 75%. Поводом обращения к Вам послужила "осада"
отечественной селекции свеклы (2% в посевах) на земле русской иностранцами посредством
предательства и продажности чиновников и российских казнокрадов разных мастей.
Президент России неоднократно говорил о необходимости не только восстановить, а развить
новые направления в создании нового типа растений сортов и гибридов сахарной свеклы.
Невыполнение решения - это преступное отношение не только к самому Президенту, но и к
специалистам, ученым ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова и другим селекционным учреждениям по
сахарной свёкле, особенно, к молодым учёным, заработная плата у которых ниже, чем у сторожей (в
пределах 12-15 тыс. руб. у кандидата с./х. наук). Не говоря уж о «древней и дряхлой» материальнотехнической базе, технике, на которой им приходится работать. Да, они молодые, они - фанаты (но и
им нужно платить соответствующую заработную плату), которые надеются на то, что все-таки у
Российской селекции сахарной свеклы есть будущее. Зачем же тогда принимать решения, если не
обеспечивать их выполнение?
Мы "кормим" за счет налогоплательщиков России учёных Запада в 60-70 раз больше, чем
своих. До каких же пор будет проходить этот грабеж россиян!? Иностранные гибриды показали своё
преимущество над нашими только во влажные 2006, 2009 годы. Но в эти же годы иностранные
гибриды гнили уже на полях, и потери составляли огромные суммы. По данным Минсельхоза РФ в
2011 году недобрали 7,8 млрд. руб. Только почему-то сахарные компании об этом молчат, а потому
что "грабят товаропроизводителей свёклы по-чёрному".
Вместе с семенами иностранной селекции мы завезли и заразили свекло-пригодные почвы
России новыми 14 видами грибных, бактериальных и вирусных болезней. Среди них ризомания,
альтернария (которая поражает те только растения, но и человека). Ризомания, вообще, заражает
почву, и после неё перспектив выращивания свеклы на протяжении 15 лет нет. Поэтому
выращивание свеклы в России на этих почвах под угрозой, об этом говорит опыт возделывания
сахарной свеклы в Киргизии в 1985-1987 годах, когда из-за этого заболевания закрыли в республике
свекловодство. Однако внесение этого заболевания в карантин не производится. Выращивая
интенсивные иностранные гибриды, и не внося достаточного количества удобрений, мы уничтожаем
плодородие почв, на которых они произрастают. Отечественные семена оставляют в почве больше
органики, чем иностранцы за счет остатка корневой системы, а также листьев. Они намного лучше
хранятся. Из них можно получать сахар, а не мелассу, как в прошлом 2010 году на ДмитроТарановском заводе в Белгородской области, и в 2014 году, практически, на мно- гих заводах ЦЧР. В
2014 году была высокая сахаристость вследствие усыхания листьев из-за высокой осенней
температуры. Это затрудняло извлечение сахара из корнеплодов.
Мы нищие, но многих обогащаем; мы ничего не имеем, но многим обладаем. Мы готовы
выполнить программу развития АПК до 2020 года при соответствующем финансировании!
82
P-26
СООБЩЕСТВО МИКРООРГАНИЗМОВ И ЭМИССИЯ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В УСЛОВИЯХ
РАЗЛИЧНЫХ АГРОФИТОЦЕНОЗОВ
Круглов Ю.В.1, Патыка Н.В.1, Андронов Е.Е.1, Умаров М.М2., Костина Н.В.2, Голиченков М.В.2
1
ФГБНУ ВНИИСХМ,
МГУ им М.В. Ломоносова
E-mail: yuvkruglov@yandex.ru
2
Проблемы формирования и накопления парниковых газов, а также разнообразие и генетические
ресурсы почвенных микроорганизмов находятся в центре внимания общества в связи с глобальными
процессами, которые происходят на нашей планете, и интенсивным развитием биологических
технологий. Вклад сельскохозяйственного производства в накопление парниковых газов, по разным
оценкам, в среднем составляет около 20%. Однако роль длительно и интенсивно удобряемых почв в
балансе этих биогазов, выбрасываемых в атмосферу, не имеет однозначного ответа.
Цель исследований – изучить скорость эмиссии биогенных газов (СО2, СН4, N2O) и структуру
микробного комплекса дерново-подзолистой почвы в условиях различных агрофитоценозов.
Исследования проводили на базе сверхдлительного стационарного полевого опыта МСХА,
заложенного в 1912 году. Схема опыта включала бессменный с 1912 г чистый пар, озимая рожь,
ячмень с подсевом клевер. Минеральные удобрения (NPK) вносились ежегодно на протяжении 97 лет.
Для оценки эмиссии парниковых газов (СО2, СН4, N2O) использовали газохроматографические
методы определения. Биомассу прокариотических микроорганизмов и филотипическое разнообразие
прокариот определяли по 16s rRNK, используя, соответственно, методику PCR-real time и анализа
полиморфизма длин рестрикционных фрагментов ДНК (ТРФЛП 16S rRNA)
По данным молекулярного анализа (ПЦР в реальном времени) наибольшая численность
прокариотных микроорганизмов (бактерии, археи) сформировалась под посевами озимой ржи,
меньше под посевами ячменя с клевером и очень низкой была в варианте парующей более 90 лет
почве. Полученные данные по биомассе микроорганизмов коррелируют с урожаем растений и
соответственно с биомассой пожнивных остатков в поле. Что, в общем, понятно и совпадает с
традиционными представлениями о взаимосвязи поступающего с растительными остатками в почву
питательных веществ, энергетического материала и численностью органотрофных бактерий.
Филотипическое разнообразие прокариот наиболее высокое под клевером, меньше в посевах
ржи и очень бедное в парующей почти 100 лет почве. Под покровом растений доминируют виды,
относящиеся к филам Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, в парующей почве доминирующее
место занимают представители фил Firmicutes и Acidobacteria.
Как показывают исследования, ведущую роль в эмиссии парниковых газов из дерновоподзолистой почвы играют закись азота и диоксид углерода.
Метанообразование и соответственно эмиссия метана из почвы в атмосферу выражена очень слабо и
практически не имеет различия по вариантам опыта, что обусловлено благоприятным водновоздушным режимом и достаточно хорошей ее аэрацией.
В результате T-RFLP анализа 16 S rRNA выявлены 2 крупные филогенетические группы архей
Crenarchaeota и Euryarchaeota. Показано, что в филе Euryarchaeota доминирующее положение
занимают археи класса Methanobacteria и класса Halobacteria. Класс Methanobacteria представляют
микроорганизмы, относящиеся к роду Methanomicrobacterium и Methanobrevibacterium, которые
являются облигатными анаэробами, продуцируют СН4 и широко распространены во многих
природных средах, где складываются анаэробные условия. Появление в кислой дерново-подзолистой
почве галобактерий (Halobacteria), как это следует из данных Т-RFLP анализа, следует признать
необычным, поскольку для этих микроорганизмов требуется высокая концентрация солей, а также
нейтральная или щелочная реакция среды. Возможно, это обусловлено длительным применение
минеральных удобрений и соответственно повышенным содержанием в поглощающем комплексе
почвы
и почвенном растворе солей натрия, калия и аммиака, а также микрозональной
вариабельностью рН вследствие неравномерного распределения пожнивных и корневых остатков. Что
само по себе представляет интерес.
83
P-27
СТИМУЛИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ ЭНТОМОПАТОГЕННЫХ ШТАММОВ BACILLUS
THURINGIENSIS НА МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСТЕНИЙ САЛАТА
Крыжко А.В., Кузнецова Л.Н.
ГБУ РК Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма
E-mail: solanum@ukr.net
Для достижения максимальной продуктивности растений актуален путь поиска продуцентов
биологически активных веществ с ярко выраженными комплексными (энтомоцидными,
ростостимулирующими, стресспротекторными) свойствами. Перспективно в этом плане углубленное
изучение свойств бактерий Bacillus thuringiensis.
Целью исследований являлось изучение стимулирующего эффекта штаммов B. thuringiensis на
морфометрические показатели растений салата. Работа проводилась на базе Отдела
сельскохозяйственной микробиологии ГБУ РК НИИСХК. Материалом для исследований служили
споровые культуры энтомопатогенных штаммов B. thuringiensis 787, 926 и 0293, не продуцирующие
β-экзотоксин. Эталон - штамм B. thuringiensis Z-52, для которого показано наличие рост
стимулирующих свойств (Симонова А.А., 2008).
Исследования проводили в лабораторном и вегетационногом опыте (водная культура) на
растениях салата сорта Одесский кучерявец. Семена проращивали по ГОСТ 12038-84. В опытных
вариантах семена обрабатывали культурами штаммов с титром спор 3,5млрд./мл из расчета 1 мл
смыва на 9 мл стерильной воды. В контрольном варианте в чашки с семенами добавляли по 10 мл
стерильной воды.
Для оценки роли B. thuringiensis в водной культуре, выращивание растений салата проводили до
стадии шестого листа, используя смесь Цинцадзе (рН 7,3). (Минеев В.Г., 2001). В вегетационные
сосуды объемом 0,5 л добавляли смыв культур со скошенного агара с титром 3,5 млрд. спор /мл. из
расчета 50 мл смыва на 0,5 л смеси. В качестве контроля использовали растения, где в смесь
Цинцадзе вместо бактериальной культуры добавляли эквивалентный объем воды.
Оценку морфометрических показателей роста проростков и растений проводили по М. Дука
(2003). Изучение общей и рабочей адсорбирующей поверхности корней - по Д.А. Сабинину и И.И.
Колосову (1935).
Установлено, что во всех опытных вариантах с обработкой семян влияния штаммов B.
thuringiensis Z-52. 787, 0293 на морфометрические показатели 10-дневных проростков салата не
происходит. Исключением являлся вариант со штаммом 926, под действием которого наблюдали
укорачивание стеблей в среднем на 16,2 % к контролю. Под действием всех исследуемых штаммов
отмечали уменьшение веса проростков соответственно на 8,9; 9,1; 8,7, и 7,2% к контролю.
В водной культуре салата на стадии шестого листа под действием штаммов 787, Z-52 и 926
отмечали увеличение длины (в среднем на 14,9%) и веса (в среднем на 83,8%) растений. При этом
длина надземной части увеличивалась на 21,9; 29,8 и 21,9%, длина корня - на 10,9; 6,4 и 4,1%. Вес же
надземной части увеличивался на 77,7; 125,9 и 55,5%, а вес корня - на 75,0; 12,2 и 37,5%
соответственно. Наблюдали и увеличение площади листа - на 69,0; 73,5 и 58,5% соответственно.
В процессе исследований, в вариантах с такими штаммами выявлено увеличение как общей так
и рабочей адсорбирующих поверхностей корней, что свидетельствует стимулирующем влиянии
штаммов на перемещение адсорбированных ионов внутрь корня. По отношению к контролю
показатели увеличивались соответственно на 145,1, 108,2, 96,37% и на 65,7, 65,7, 52,4%.
Обработка штаммом 0293 существенного влияния на изученные показатели роста и развития
растений салата в водной культуре не оказывала.
Таким образом, обогащение питательной среды при выращивании растений салата в водной
культуре, энтомопатогенными штаммами B. thuringiensis 787, Z-52 и 926 способствует стимуляции
роста и развития растений. Штамм B. thuringiensis 0293 ростостимулирующими свойствами по
отношению к растениям салата не обладает.
84
P-28
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРОХА ПОСЕВНОГО (PISUM SATIVUM L.)
К КАДМИЮ
Кулаева О.А., Жернаков А.И., Жуков В.А., Цыганов В.Е., Тихонович И.А.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научноисследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии, 196608,
ш. Подбельского, д.3, Санкт-Петербург, Россия
E-mail: oakulaeva@gmail.com
Кадмий является одним из наиболее опасных и широко распространенных загрязняющих элементов,
поступление которого в природную среду обусловлено разными видами хозяйственной деятельности
человека. Он токсичен для большинства организмов, включая растения. Несмотря на всю важность
проблемы загрязнения окружающей среды кадмием, молекулярно-генетические механизмы
устойчивости растений к кадмию изучены все еще недостаточно.
Во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии исследования механизмов устойчивости
растений к кадмию проводятся с использованием гороха линии SGE и полученного на ее основе
мутанта SGECdt, характеризующегося повышенной устойчивостью к кадмию, а также накоплением
данного тяжелого металла. В ходе проведения гибридологического анализа, мутант SGECdt был
охарактеризован как имеющий моногенное наследование и рецессивный фенотип. Мутация cdt была
локализована в VI группе сцепления гороха. Гомолог локуса cdt был картирован в пределах
фланкирующих маркеров EX (Medtr2g019210) и PTP (Medtr2g018820) у M.truncatula. С
использованием разнообразных подходов нами было показано, что устойчивость мутанта SGECdt
проявляется на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях организации растительного организма.
Был выявлен диапазон концентраций хлорида кадмия, при которых наблюдается фенотипическое
проявление мутации cdt. Было показано, что мутантная линия способна поддерживать организацию
митотических и кортикальных микротрубочек при концентрации хлорида кадмия, вызывающей их
деполимеризацию у исходной линии. Одним из основных параметров устойчивости мутанта SGECdt
является сохранение способности образования боковых корней при широком диапазоне концентраций
хлорида кадмия.
В основе механизмов устойчивости к кадмию во многих случаях лежит индуцированный
синтез белков, связанный с экспрессией определенных групп генов. Метод MACE (massive analysis of
cDNA ends), заключающийся в прочтении транскриптов преимущественно с 3’-конца, позволяет
выявить низкокопийные транскрипты и, таким образом, обладает высокой разрешающей
способностью. С использованием данного подхода был проведен анализ влияния кадмия на
изменение транскриптома двух линий гороха, контрастных по признаку устойчивости к кадмию.
Анализ дифференциальной экспрессии генов указал на разные пути формирования ответа на
действие кадмия у линии SGE и мутанта SGECdt. При действии кадмия у растений линии SGE было
выявлено повышение экспрессии 835 транскриптов, в то время как у мутанта SGECdt выявлялось
усиление экспрессии 101 транскрипта. Снижение экспрессии 355 транскриптов выявлялось у линии
SGE, у мутанта SGECdt снижалась экспрессия лишь 13 транскриптов. Функциональная аннотация
выявила, что при действии кадмия у линии SGE превалирует экспрессия генов, продукты, которых,
связанны с каталитической активностью, в то время как у мутанта SGECdt – с процессами
связывания различных компонентов. Также было выявлено, что мутант SGECdt и исходная линия SGE
различаются по уровню экспрессии ряда генов в контрольных условиях.
Исследование изменения транскриптомных профилей бобовых растений под действием
кадмия может способствовать развитию новых направления в разработке систем фиторемедиации
почв и созданию сортов с пониженным содержанием кадмия.
Данная работа была финансово поддержана РНФ (14-24-00135).
85
P-29
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ШТАММОВ РИЗОБИЙ, СИНТЕЗИРУЮЩИХ
ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ, НА ВСХОЖЕСТЬ СЕМЯН И ДЛИНУ ПРОРОСТКОВ РАСТЕНИЙ
САЛАТА
Лавина А.М.1, Нигматуллина Л.Р.1, Сербаева Э.Р.2, Вершинина З.Р.1,Баймиев Ал.Х.1
1
2
Институт биохимии и генетики УНЦ РАН, Россия, г.Уфа,
ФГБУ "Башкирский государственный университет", Россия, г.Уфа,
E-mail: owlwoman@mail.ru
При формировании бобово-ризобиального симбиоза важным компонентом взаимодействия
симбионтов являются полисахариды, синтезируемые азотфиксирующими бактериями. Полисахариды
ризобий состоят из нескольких различных соединений, особое место среди которых занимают
кислотные внеклеточные полисахариды (EPS). Несмотря на обширные исследования, молекулярная
функция поверхностных полисахаридов в симбиозе остается малоизученной.
Значимость синтеза EPS в симбиотических взаимодействиях Rhizobium leguminosarum
особенно важна. Накопленные данных свидетельствуют о том, что экзополисахариды вовлечены в
инфицирование и образование клубеньков, в процесс бактериального освобождения от
инфекционных нитей, развития бактероидов, подавления реакции защиты растений и синтеза ими
противомикробных соединений. Кроме того при исследовании влияния штаммов ризобий на
всхожесть семян различных небобовых растений, показано, что инокуляция растений штаммами
ризобий, синтезирующими экзополисахариды, значительно увеличивает всхожесть семян и рост
проростков небобовых растений в ассоциативном симбиозе. В виду этого целью данной работы
являлось создание и исследование свойств искусственной ассоциативной симбиотической системы
салата с ризобиями, синтезирующими экзополисахариды.
Для данного исследования нами были выбраны следующие гены: pssA, pssB, rosR, prsD, prsE,
так как данные гены хорошо изучены, участвуют в синтезе экзополисахаридов и процессах
сигналинга, а также формировании клубеньков. Для определения наличия у исследуемых штаммов
ризобий генов экзополисахаридов нами был проведен скрининг 34 штаммов R. leguminosarum. В
результате скрининга были выявлены 4 штамма ризобий, содержащие все исследуемые гены,
регулирующие биосинтез экзополисахаридов.
Для того чтобы избежать негативного воздействия на исследуемые растения, были проведены
опыты по инокуляции растений различными концентрациями ризобий. Таким образом, были
выявлены оптимальные концентрации 103 и 104 КОЕ/мл, при которых штаммы облают
ростостимулирующим эффектом, не оказывая негативного влияния на растения салата. Далее для
определения ростостимулирующего эффекта семена салата инокулировали суспензией ризобий,
синтезирующих экзополисахариды. Через неделю подсчитывали процент всхожести семян и длину
проростков салата.
Было выявлено, что инокуляция растений штаммами ризобий, синтезирующими
экзополисахариды, значительно увеличивает всхожесть семян салата (от 36% до 64% выше
показателя контрольных растений). Также наблюдалось положительное влияние ризобий на рост
проростков салата. Опытные проростки были длиннее контрольных на 23%-56%, в зависимости от
того каким штаммом было обработано растение.
Таким образом, полученные результаты подтверждают ростостимулирующие влияние
ризобий, синтезирующих экзополисахариды, на растения салата.
86
P-30
ИЗУЧЕНИЕ ЭПИФИТНОЙ МИКРОФЛОРЫ КАК ИСТОЧНИКА ФОРМИРОВАНИЯ
МИКРОБИОЦЕНОЗА СИЛОСА С ПРИМЕНЕНИЕМ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ
МЕТОДОВ
Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова В.А.,
Солдатова В.В., Бражник Е.А., Соколова О.Н.
ООО "БИОТРОФ"
E-mail: deniz@biotrof.ru
Силосование – это микробиологический процесс, течение которого в значительной степени зависит
от состава и структуры эпифитных микробных сообществ, присутствующих на надземных органах
кормовых культур. Поэтому знания о составе эпифитных микроорганизмов кормовых культур
являются основополагающими для правильного управления процессами силосования.
В связи с этим целью работы явилось выявление закономерностей организации и
функционирования комплексов эпифитной микрофлоры, ассоциированной с хозяйственно
значимыми кормовыми растениями, для разработки научно обоснованных практических
рекомендаций по созданию качественных и биологически безопасных кормов.
Впервые был применен комплексный подход для исследования состава микроорганизмов
филлосферы и силоса с использованием современных молекулярно-генетических методов RT-PCR,
T-RFLP и NGS-секвенирование. Изучен состав эпифитной микрофлоры 39 образцов вегетирующих
злаковых, бобовых и смешанных посевов кормовых культур на различных этапах возделывания и
готового силоса из пяти районов (Гатчинский, Сланцевский, Ломоносовский, Кировский,
Приозерский) Ленинградской области. Исследовано содержание микрофлоры на разных этапах
созревания силоса (16 образцов) из ежи сборной, заложенного в лабораторных условиях с
использованием биологических заквасок на основе бацилл и молочнокислых бактерий и химического
консерванта. Кроме того, с использованием метода ИФА было проанализировано содержание
микотоксинов (афлатоксинов, охратоксина, Т-2 токсина, зеараленона, фумонизина и ДОН) во всех
исследованных образцах филлосферы и силоса.
В результате анализа в филлосфере кормовых культур обнаружено разнообразие различных
групп микроорганизмов, представленных некультивируемыми бактериями, бактериями,
положительно влияющими на процесс силосования, нежелательными микроорганизмами, а также
патогенами человека и животных. При общей тенденции доминирования бактерий рода Pseudomonas
sp., разлагающих белок в процессе силосования, состав микробиоты, соотношение её представителей
менялись в зависимости от вида кормового растения, его возраста, физиологического состояния, а
также технологии возделывания. Состав микроорганизмов скошенной растительной массы резко
отличался от состава микробиоты растительного травостоя и значительно менялся в процессе
силосования под влиянием различных факторов (вид силосуемого растения, срок созревания силоса,
применение и тип консервирующих препаратов).
Микроскопические грибы (родов Fusarium sp., Aspergillus sp. и др.) и продукты их
метаболизма-микотоксины - были выявлены во всех анализированных образцах травостоя и силоса. В
кормовых культурах микотоксины присутствовали уже на начальных стадиях роста растений.
Превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) отдельных микотоксинов в образцах
различных кормовых культур, собранных в период их роста в поле, обнаружено в 19,3-89,5% случаев.
Превышение ПДК микотоксинов в готовом силосе наблюдалось в 6,6-100% случаев. Таким образом,
поражение кормового растительного сырья микотоксинами возникает уже на стадии роста растений.
В силосе происходит нарастание количества одних микотоксинов при одновременном снижении
количества других в результате деятельности микроорганизмов-биодеструкторов. Стрессовые
условия среды в силосе (низкий уровень рН, отсутствие кислорода) приводят к снижению
жизнеспособности микроскопических грибов с одновременным усилением синтеза отдельных
токсичных метаболитов.
Для выявления возможных связей между составом микробиоценоза и разложением
микотоксинов (выявления бактерий-биодеструкторов микотоксинов) в процессе силосования ежи
сборной был проведен линейный корреляционный анализ данных NGS-секвенирования и ИФА с
использованием метода Пирсона. Установлено, что увеличение среднесуточной убыли афлатоксина,
87
охратоксина и зеараленона имело достоверную связь с возрастанием количества некоторых групп
бактерий (бацилл, лактобактерий и др.).
Таким образом, эпифитная микрофлора растений не является случайным скоплением
микроорганизмов, а образует комплекс микробно-растительных ассоциаций, внутри которых
существует строгая специфичность микроорганизмов для отдельных видов растений, ее
динамичность в течение вегетации, зависимость от ряда абиотических и биотических факторов,
состав и структура которого предопределяет ход процесса силосования кормовых культур.
88
P-31
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОГО ПРЕПАРАТА НА
ПРОДУКТИВНОСТЬ МЕРИСТЕМНОЙ КУЛЬТУРЫ И ПОЛУЧЕНИЯ СУПЕРЭЛИТЫ
КАРТОФЕЛЯ
Лисина Т.О.1, Круглов Ю.В.1, Кононенко А.Н.2
1
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, Санкт-Петербург, Пушкин
2
ФГБО ВПО Санкт-Петербургский аграрный государственный университет
E-mail: yuvkruglov@yandex.ru
Картофель является ценной продовольственной культурой во многих странах мира. Важный фактор
получения его хорошего урожая - использование для посадки здорового семенного материала
(клубней), не зараженного возбудителями болезней, развитие которых в отдельные годы при
неблагоприятных погодных условиях и нарушении агротехники могут привести к существенному
снижению урожая клубней. В настоящее время для получения высококачественного вегетативного
посадочного материала, не инфицированного вирусами, бактериями и грибами, используется метод
клонального микроразмножения (меристемная культура). Оздоровленный семенной картофель,
получаемый по этой технологии, имеет достаточно высокую стоимость, в соответствии с этим
семеноводческие хозяйства заинтересованы в повышении его продуктивности.
Настоящая работа посвящена испытанию эффективности применения биопрепарата на основе
споровой бактерии Bacillus megaterium 501 GR при получении элитного посадочного материала
картофеля.
Влияние применения препарата на рост, развитие и урожай мини клубней мериклональной
культуры картофеля сорта «Невский» испытывали в вегетационных сосудах. Укорененные черенки
меристемной куьтуры картофеля опускали в воду (контроль) или в жидкий препарат бактерий,
разведенный в 5 раз (опыт) и высаживали в сосуды с торфяным грунтом (рНKCl -5,8), заправленным
минеральными удобрениями. В процессе вегетации растений делали подкормку минеральными
удобрениями, в соответствии с принятой технологией, и подсыпку грунта, проводили
фенологические наблюдения, снимали биометрические показатели. По завершении опыта учитывали
количество и массу мини клубней, проводили их калибровку. В результате показано, что растения,
обработанные препаратом, уже на начальных фазах своего развития имели более интенсивный рост,
при этом сформировался более крупный, хорошо облиственный стебель с широкой листовой
пластинкой. Это явилось предпосылкой более раннего вступления растений в стадию цветения,
созревания и, как следствие, получения более высокого урожая мини клубней картофеля: количество
клубней увеличилось на 7%, урожай - на 25%, средний вес 1 клубня - на 17%.
Оценку эффективности препарата на развитие растений и урожай картофеля супер-супер
элиты, полученного из мини клубней, проводили на торфяном грунте в условиях контролируемой
температуры и влажности. Препарат стимулировал рост растений на протяжении всего
вегетационного периода. У обработанных растений возрастала длина стебля, увеличивалась площадь
листьев, ускорялось формирование цветочных кистей, а прибавка урожая составила от 11 до17% .
При этом в опытных вариантах количество товарных клубней увеличивалось на 11-33%, а средняя
масса одного клубня возрастала на 18 - 25%.
Таким образом, проведенные испытания показали достаточно хорошую эффективность
применения препарата на основе споровой бактерии Bacillus megaterium 501 GR на разных этапах
технологического процесса получения меристемной культуры и супер-супер элиты картофеля, что
говорит о перспективах его использования в технологии получения оздоровленного посадочного
материала.
89
P-32
ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПЛОДОРОДИЯ НА УРОЖАЙНОСТЬ ЯЧМЕНЯ
Мараева О.Б., Лукин А.Л.
ФГБОУ ВПО Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I
E-mail: Loukine@mail.ru
В настоящее время актуальной остается проблема сохранения и повышения плодородия почв. Рост
поголовья крупного рогатого скота пока не может обеспечить требуемого количества органических
удобрений для получения планируемых урожаев. Одним из путей решения этой проблемы является
использование в качестве органических удобрений соломы зерновых культур. Использование
микробиологических препаратов способных повышать плодородие почвы при обработке соломы
перед ее заделкой в почву представляется интересным. Важной задачей, при этом, является учет
численности и активности почвенных микроорганизмов [1;2;3;4]. Для решения поставленных задач
был в 2012-2014гг заложен опыт на территории Ботанического сада ВГАУ имени Б.А. Келлера по
изучению элементов биологической активности чернозема выщелоченного. Схема содержала
варианты: 1. Фон; 2. Фон+ячмень; 3. Фон+солома; 4. Фон+солома+ микроорганизмы (м.о.) +ячмень;
5. Фон+солома+ м.о.+ячмень+м.о. В качестве фона использовалась почва обработанная по типу пара,
заделка соломы и обработка соломы микроорганизмами препарата Байкал ЭМ 1 проводилась осенью.
Семена обрабатывались микроорганизмами 10 л/т рабочего раствора.
На всех вариантах произошло повышение содержания гумуса, при этом увеличение этого
показателя на 0,5% отмечено уже на варианте с внесением только соломы. Ежегодное внесение
соломы повысило содержание органического вещества в целом в 1,3 раза.
Использование препарата Байкал ЭМ 1, для обработки соломы и семян перед посевом также
повысило содержания гумуса в 1,2 раза, а увеличение доступных форм фосфора и калия достигло на
вариантах 4 и 5 на 2 и 42 % соответственно.
Во всех вариантах наблюдается высокая активность уреазы, активность каталазы
незначительно варьирует. При внесении в почву соломы активность каталазы незначительно
уменьшается. Повышение активности фосфатазы отмечено на вариантах (3;4;5), при внесении
соломы обработанной микроорганизмами. Активность инвертазы варианта 5 показала возрастание
значений активности этого фермента по сравнению с другими вариантами, что свидетельсьвует об
увеличении содержания в почве легкогидролизуемых углеводов при внесении соломы. По
соотношению общей численности микроорганизмов, утилизирующих и ассимилирующих азот можно
судить о процессах трансформации органического вещества почвы. При внесении соломы в почву
наименьшее значение этого соотношения отмечено при обработке соломы препаратом Байкал ЭМ 1,
а наибольшее значение (в 2,8 раза) получено на варианте находящимся под паром (фон), что
свидетельствует о высоком уровне процессов минерализации.
Полученные данные подтверждают положительное действие обработки семян и соломы
микроорганизмами на элементы структуры урожая. Масса зерна с одного колоса на варианте без
обработки микроорганизмами составила 0,98 г, а при использовании увеличилась до 1,48–1,79 г.
Наибольший показатель урожайности получен при использовании микроорганизмов для обработки
семян и соломы -18,5 ц/га, а на варианте 1 составил только 14,8 ц/га.
Список литературы:
1. Звягинцев, Д.Г. Почва и микроорганизмы / Звягинцев, Д.Г.– М.: Изд. МГУ, 1987. – 256 с.
2. Мишустин, Е.Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия / Е.Н. Мишустин.– М.:
Наука, 1972.– 343 с.
3. Мишустин, Е.Н. Ассоциации почвенных микроорганизмов/ Е.Н. Мишустин. – М.: Наука,
1975. – 107с.
4. Мишустин, Е.Н. Микробиология / Е.Н. Мишустин, В.Т. Емцев.– Агропромиздат, 1987.– 368 с.
90
P-33
ИЗУЧЕНИЕ ЭКССУДАЦИИ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ КОРНЯМИ ПРОРОСТКОВ
ГОРОХА ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ RHIZOBIUM LEGUMINOSARUM BV. VICEAE И
PSEUDOMONAS SIRINGAE PV. PISI
Макарова Л.Е., Дударева Л.В., Васильева Г.Г.
ФГБНУ Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской
Академии наук, Иркутск
E-mail: makarova@sifibr.irk.ru
Роль фенольных соединений (ФС) во взаимодействии растения с микроорганизмами, вступающими с
ним в симбиоз, достаточно активно исследуется. В 80-90-е годы прошлого столетия была доказана
ведущая роль ФС в инициации взаимодействия и в определении специфичности симбиоза между
конкретными видами Rhizobium и бобовых культур. Бобовое растение при посредстве фенольных
соединений его экссудатов может вступать в тройственные симбиотические отношения с
представителями двух типов эндомикросимбионтов – Rhizobium и арбускулярно-микоризными
грибами, представителями типа Glomeromycota. В то же время недостает знаний о роли ФС во
взаимодействии бобовых растений со специфическими для них эндофитопатогенами. Поэтому целью
настоящей работы было получение данных об особенностях секретирования ароматических
соединений корнями растения-хозяина при инокуляции его бактериями, вступающими с ним в
мутуалистические взаимодействия и бактериями, вызывающими патогенез. В качестве растительного
объекта были проростки гороха сорта Аксайский усатый 3, помещенные на водную среду, которые
подвергали инокуляции бактериями Rhizobium leguminosarum bv. viceae (штамм 245а) и Pseudomonas
siringae pv. pisi (штамм 1845). Контролем служили неинфицированные растения. ФС, выделяемые
корнями гороха экстрагировали через 1 сут после инокуляции из водной среды при помощи
этилацетата. Общее количество ФС в экссудатах определяли по реакции с реактивом Фолина-Дениса.
Методом ВЭЖХ-анализа определяли содержание в комплексе ФС отдельных компонентов:
апигенина, нарингенина, пизатина, N-фенил-2-нафтиламина, дибутил-орто-фталата. Среди
перечисленных компонентов первые 2 относят к индукторам nod-генов Rhizobium leguminosarum.
Последние 3 вещества, среди которых фитоалексин гороха - пизатин и 2 из числа обнаруженных нами
недавно у гороха соединений - N-фенил-2-нафтиламин и дибутил-орто-фталат, относимых к
негативным аллелопатическим веществам, доминируют количественно в составе фенольных
комплексов корневых экссудатов гороха. Установлено, что оба вида бактерий в одинаковой степени
через 1 сут усиливали, хотя и незначительно, экссудацию ФС. При инфицировании обоими видами
бактерий в экссудатах не изменялось содержание апигенина, практически одинаково возрастало
содержание пизатина. Усиление (в 1,4 раза) секреции пизатина под влиянием инокуляции изучаемыми
видами бактерий, возможно, будет иметь разное для этих видов значение. Усиление секреции Nфенил-2-нафтиламина было замечено под влиянием ризобий, а нарингенина - под влиянием
фитопатогена. Примечательно, что, по сравнению с ризобиями, фитопатоген в экссудатах вызвал
почти 4-кратное увеличение содержания нарингенина и в 1.4 раза снижал содержание N-фенил-2нафтиламина. Значение для ризобий и патогена N-фенил-2-нафтиламина пока не изучено. Нами лишь
получены данные о негативном влиянии его на размножение использованных нами в экспериментах
обоих видов бактерий. Функциональная роль нарингенина известна для ризобий, у которых данное
соединение активизирует синтез Nod-факторов, но пока неизвестно его значение для Pseudomonas
siringae pv. pisi.
91
P-34
ОСОБЕННОСТИ КОНВЕРСИИ АРОМАТИЧЕСКИХ ГАЛОГЕНИДОВ
У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА BACILLUS
Маркушева Т.В., Журенко Е.Ю., Жарикова Н.В., Коробов В.В., Ясаков Т.Р.
Уфимский Институт биологии Российской академии наук, Уфа
E-mail: tvmark@anrb.ru
В настоящее время выявлен ряд микроорганизмов, способных разлагать ароматические галогениды,
используемые в качестве действующих веществ серии гербицидов. Наиболее полно изучены штаммы
родов Alcaligenes, Artrobacter, Azotobacter, Burkholderia, Halomonas и Pseudomonas, выполняющие
расщепление ароматического кольца с образованием пирокатехина и последующей его
трансформацией по орто-пути. Несмотря на то, что представители рода Bacillus имеют широкое
распространение в биосфере и могут занимать лидирующее положение в различных экосистемах, в
том числе, агроланшафтных, сведения о способности бацилл к трансформации хлорароматики
ограничены.
Объектом данной работы был деструктор 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) Bacillus
subtilis В-1742Д. Путем хромато-масс-спектрометрии были идентифицированы ключевые
интермедиаты конверсии 2,4-Д данного штамма, а именно: 2-хлорфеноксиуксусная кислота, 5-окси2,4-Д и 2,3-Д. Строение метаболитов указывало на то, что культура B.subtilis В-1742Д производит
гидроксилирование молекул 2,4-Д, сопровождающееся миграцией хлора с последующим его
отщеплением. Обсуждая полученные данные, следует принять во внимание то, что ранее J.K. Faulkner
и D. Woodcock наблюдали образование 5-окси-2,4-Д у Aspergillus niger, а C.S. Feung с соавторами
обнаружили гидроксилированные производные 2,4-Д у сои и кукурузы. Приведенное указывает на
сходство механизмов конверсии молекул гербицида 2,4-Д, реализуемых представителями микробов и
растений.
92
P-35
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МИКРОБИОПРЕПАРАТЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МАСЛИЧНЫХ И
ДРУГИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ОТ БОЛЕЗНЕЙ
Маслиенко Л.В.
ФГБНУ ВНИИМК, 350038, г. Краснодар, ул. им. Филатова, д. 17
E-mail: biometod@yandex.ru
Основным направлением исследований лаборатории биометода ФГБНУ ВНИИМК является
разработка технологии производства разных препаративных форм микробиопрепаратов и технологии
их применения для защиты семян, вегетирующих растений и почвы от комплекса патогенов
масличных и других сельскохозяйственных культур. За годы исследований в лаборатории создана
уникальная коллекция перспективных штаммов грибов и бактерий антагонистов возбудителей
болезней сельскохозяйственных культур - продуцентов микробиопрепаратов; разработаны новые,
экологически безопасные, эффективные биопрепараты полифункционального типа действия Вермикулен, Хетомин, Веррукозин, Фуникулозум и Бациллин на основе отселектированных активных
штаммов грибов и бактерии антагонистов. Штаммы-продуценты микробиопрепаратов кроме
широкого фунгицидного спектра действия обладают колонизирующей, ростостимулирующей и
целлюлозоразрушающей активностью. В последние годы успешно проходят широкие полевые и
производственные испытания 5 новых микробиопрепаратов на основе бактерий из рода Bacillus и
Pseudomonas против целого комплекса патогенов многих сельскохозяйственных культур и
показывают эффективность, не уступающую химическим эталонам. Разработана технология
производства различных препаративных форм биопрепаратов (жидкая культура, паста, порошок), в
условиях стационарного и глубинного культивирования, а также технология их применения для
защиты семян, вегетирующих растений и почвы в интегрированной системе защиты от комплекса
вредителей и болезней.
С 1993 года Вермикулен был зарегистрирован против комплекса патогенов на подсолнечнике
(белой гнили, фомопсиса, фузариоза), зерновых (корневых гнилей, фузариоза колоса, септориоза,
бурой ржавчины) и винограде (оидиума). Сейчас завершается перерегистрация препарата с
расширением спектра действия против комплекса патогенов ещё на пяти культурах (яблоне, сливе,
землянике, картофеле и малине). Препараты Хетомин, Бациллин, Веррукозин и Фуникулозум также
обладают полифункциональной, в том числе и высокой целлюлозоразрушающей активностью против
комплекса патогенов масличных, зерновых, плодово-ягодных и овощных культур.
93
P-36
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗОЛЯТОВ BACILLUS SUBTILIS ИЗ
ГЕОГРАФИЧЕСКИ ОТДАЛЕННЫХ МЕСТООБИТАНИЙ ЧЕРНОЗЕМЬЯ
Мелентьев А.И.
Уфимский Институт биологии Российской академии наук
E-mail: mlnt@anrb.ru
Объектами сравнения служили штаммы бацилл, выделенные из черноземов географически
удаленных регионов: Bacillus subtilis ИБ-22 (Республика Башкортостан, Россия) и Bacillus subtilis
ИМВ В-7023 (Кировоградская обл., Украина). Оба штамма относятся к активным антагонистам
фитопатогенных бактерий и грибов, и оба штамма предложены в качестве основы
ростстимулирующих биопрепаратов. Штаммы способны минерализовать глицерофосфат кальция, и
продуцировать биологически активные вещества (БАВ), оказывающие положительное влияние на
прорастание семян и развитие растений. Более детальное исследование комплекса
низкомолекулярных компонентов БАВ, образуемых этими бациллами выявило, что наряду с
аминокислотами, органическими кислотами, соединениями фенольного ряда, в них обнаруживаются
вещества, относящиеся к растительным гормонам, а именно, ауксинам и цитокининам. Исследование
антиоксидантных свойств этих штаммов обнаружило также достаточно высокую ферментативную
активность каталазы, пероксидазы, супероксиддисмутазы, что может иметь существенною роль в
снижении оксидативного стресса у обрабатываемых семян сельскохозяйственных культур. Несмотря
на имеющиеся различия в уровне секреции тех или иных продуктов жизнедеятельности или в уровне
ферментативной активности двух штаммов, вероятно, что они играют одну и ту же экологическую
роль в агробиоценозах черноземов.
94
P-37
BACILLUS SUBTILIS 26Д, САЛИЦИЛОВАЯ И ЖАСМОНОВАЯ КИСЛОТЫ
В РЕГУЛЯЦИИ ПРО-/АНТИОКСИДАНТНОГО СТАТУСА В ИНФИЦИРОВАННЫХ
SEPTORIA NODORUM BERK. РАСТЕНИЯХ ПШЕНИЦЫ
Нужная Т.В., Веселова С.В., Максимов И.В.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и генетики
Уфимского научного центра Российской академии наук, г. Уфа,
Е-mail: tanyawww89@mail.ru
Использование в качестве биопрепаратов стимулирующих рост растений микроорганизмов (СРРМ), к
которым относят эндофитные, ризосферные и свободноживущие почвенные бактерии, является
перспективным и быстро развивающимся направлением в системе защиты растений от патогенов.
Применение СРРМ представляется привлекательным, так как в дополнение к их рост
стимулирующей активности, эти микроорганизмы способны, активизируя различные стороны
метаболизма, обеспечивать высокий иммунный статус растений и повышать их неспецифическую
устойчивость к широкому спектру патогенов, т.е. запускать системную индуцированную
устойчивость (СИУ). Однако не ясно, каким образом регулируется взаимодействие растений и
эндофитов, как запускается защитная система растений-хозяев. Одними из основных индукторов
защитных систем растений считаются сигнальные молекулы салициловая (СК) и жасмоновая (ЖК)
кислоты, выработка которых бактериями доказана. Индукция защитных реакций в растениях
направлена на предотвращение развития и распространения патогена. Первой защитной реакцией
растений на проникновение патогена считается локальная генерация активных форм кислорода
(АФК) – окислительный взрыв, запускающий каскад последующего защитного ответа. Образование и
утилизация АФК катализируется различными оксидазами – ферментами про-/антиоксидантной
системы (пероксидазой (ПО), каталазой (КАТ) и др.), активность которых находится под контролем
фитогормонов, в том числе СК и ЖК.
В данной работе было изучено влияние эндофитного штамма B. subtilis 26Д, сигнальных
молекул СК, ЖК и их композиций с бактерией на генерацию пероксида водорода (Н2О2), а также
активность ферментов про-/антиоксидантной системы – пероксидазы (ПО) и каталазы (КАТ) в
растениях пшеницы, инфицированных гемибиотрофным грибом Septoria nodorum Berk. Наши
исследования показали, что обработка сигнальными молекулами (СК, ЖК) и B. subtilis 26Д в
отдельности увеличивала устойчивость растений пшеницы к септориозу, за счет усиления генерации
Н2О2, повышения активности ПО и ингибирования активности КАТ. Эти процессы приводили к
более интенсивной лигнификации клеточных стенок в зоне инфицирования, в результате чего мы
наблюдали значительное уменьшение зон поражения и остановку роста патогена на листьях
растений. При совместной обработке растений пшеницы бактериальным штаммом B. subtilis 26Д и
СК наблюдался аддитивный эффект, при котором была обнаружена более интенсивная генерация
Н2О2, ингибирование активности КАТ и синтез лигнина, что приводило к значительному
уменьшению зон поражения. Интересно, что в композиции ЖК+бактерия при инфицировании
наблюдался ингибирующий эффект и устойчивость растений снижалась, как предполагается за счет
снижения генерации Н2О2, увеличения активности КАТ, ингибирования активности ПО и замедления
процессов лигнификации.
Таким образом, СРРМ индуцируют в растениях СИУ, регулируя уровень АФК за счет
влияния на ферменты про-/антиоксидантной системы. Раннее накопление АФК, индуцированное СРР
бактериями в инфицированных растениях, может играть критическую роль в механизмах СИУ.
Работа выполнена при поддержке гранта Министерства образования и науки РФ №
14.604.21.0016 по приоритетному направлению "Науки о жизни" в рамках мероприятия 1.2
Программы (уникальный идентификатор (RFMEFI60414X0016)).
95
P-38
ПРИМЕНЕНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ДОННИКА НА ВСКРЫШНЫХ
ПОРОДАХ
Овсиенко О.Л.
ГБУ РК «НИИ сельского хозяйства Крыма»
E-mail: olovsien@mail.ru
Одним из приемов биологической рекультивации земель нарушенных в результате открытых
разработок полезных ископаемых является фиторекультивация. Среди растений-фиторекультивантов
первостепенное значение имеют бобовые травы, способные произрастать на вскрышных горных
породах.
Нами проведены исследования по изучению влияния биопрепаратов на основе штаммов
азотфиксирующих (Sinorhizobium melilotі Д-17) и фосфатмобилизующих (Enterobacter nimipressuralis
32-3) бактерий на рост и продуктивность донника белого при выращивании на лессовидных
суглинках. Установлено, что предпосевная бактеризация и внесение в рекультивируемую породу
стартовых доз минеральных удобрений положительно влияет на рост и продуктивность опытных
растений. Показано, что наиболее эффективным является совместное применение S. melilotі Д-17 и E.
nimipressuralis 32-3. Так, инокуляция биопрепаратами способствовала увеличению фитомассы
донника до 20 % в вегетационных опытах (на нерекультивированном суглинке) и до 11 % в полевом
мелкоделяночном опыте (на суглинке после 30-летней фиторекультивации) в сравнении с контролем
без инокуляции. На фоне внесенного в суглинок суперфосфата (60 кг Р2О5/ га) совместная
бактеризация семян способствовала возрастанию фитомассы опытных растений на 14 % (в
вегетационных опытах) и на 15 % (в полевых условиях) против необработанного контроля.
96
P-39
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЛЮЦЕРНЫ
ИЗМЕНЧИВОЙ
Орлова А.Г., Рапина О.Г.
Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Санкт-Петербург, Россия
Задачами нашего исследования были сравнительная оценка эффективности биопрепаратов на основе
перспективных штаммов ризобактерий.
Исследования проводились в 2012-2013 годах на дерново-карбонатной, среднесуглинистой,
средне окультуренной почве опытного поля СПбГАУ. Семена перед посевом скарифицировали и
обрабатывали суспензией клубеньковых бактерий штаммов Sinorhizobium meliloti: производственный
штамм 415б и перспективные штаммы А – 4 (АК 127), А – 5 (АК 052), А – 6 (АК 118) из коллекции
ГНУ ВНИИСХМ. В контрольном варианте семена обрабатывали водой. Высевали два сорта
люцерны: Агния и Таисия. У люцерны первого года жизни осевые побеги первого порядка
развиваются из зародышевой почки семени [1]. Осевые побеги второго и последующих порядков
развиваются из почек в основании стеблей, образуя зону побегообразования, или кущения.
Результаты исследований показали, что побегообразовательная способность люцерны зависит от
сорта, погодных условий и применяемых биопрепаратов. В слабо засушливых условиях 2012 года
при ГТК 1,2 (за вегетационный период люцерны) растения люцерны с. Таисия сформировали осевых
побегов 192 шт./м2, что на 20% превышает количество побегов у растений с. Агния (табл.1).
Аналогичная закономерность сохранилась и во влажных условиях 2013 года при ГТК 1,4. Растения с.
Таисия сформировали осевых побегов на 26% больше, чем растения с. Агния. Это свидетельствует о
более высокой побегообразовательной способности люцерны сорта Таисия в сравнении с сортом
Агния.
Использование клубеньковых бактерий для инокуляции семян люцерны способствовало
формированию активного симбиотического аппарата.
При инокуляции семян штаммами 415 и А – 4 сорта люцерны сформировали, по годам
исследования, примерно одинаковое количество осевых побегов. В среднем за два года этот
показатель варьировал от 343 до 376 шт./м2. Использование для инокуляции семян штаммов А – 5 и А
– 6 способствовало значительному увеличению осевых побегов. При инокуляции семян
клубеньковыми бактериями шт. А – 5 у растений обоих сортов в среднем за два года осевых побегов
сформировалось по 518 шт./м2. При этом у люцерны с. Агния осевых побегов образовалось в 2,4, а у
растений с. Таисия в - 1,4 раза больше, чем на варианте без инокуляции. При использовании штамма
А – 6 количество осевых побегов увеличилось в 1,9 раза у растений с. Агния и в 1,4 раза у растений
с. Таисия.
На 42 – 47 день после появления всходов в пазухах семядольных листьев и листьев нижних
междоузлий формируются боковые побеги. В среднем за два года исследований наибольшее
количество побегов ветвления сформировали растения люцерны с. Агния - при инокуляции штаммом
А – 5, и с. Таисия – при инокуляции штаммом А – 6. В обоих случаях этот показатель в 2 раза
превышает показатель в варианте без инокуляции.
Побегообразовательная способность тесно связана с продуктивностью растений. Анализируя
таблицу 2, видно, что в среднем за два года исследований наибольшая прибавка урожайности сухой
массы была получена при инокуляции семян люцерны с. Агния штаммами А – 5 (+ 52% к контролю) и А
– 4 (+74% к контролю), а с. Таисия – штаммами А – 5 (+66%) и А – 6 (+91%).
На основании результатов двулетних исследований, нами выявлены сортовые особенности
люцерны изменчивой при формировании урожайности в зависимости от штаммов клубеньковых
бактерий. Для инокуляции семян люцерны с. Агния и с. Таисия целесообразно применять штаммы
клубеньковых бактерий А – 5 и А – 6, так как именно они обеспечивают хорошее побегообразование и
наиболее высокую урожайность из всех изученных нами вариантов.
97
Таблица 1 – Влияние биопрепаратов на побегообразование различных сортов люцерны
изменчивой, шт./м2
к+шт. А4
(АК 127)
к+шт.А5
(АК 052)
к+шт.А6
(АК 118)
–
288
+12
8
2150
–
800
+324
376
368
–
2088
–
624
+256
520
–
224
+32
+53
1782
–368
463
-57
2620
+532
304
+14
4
752
+276
304
+112
752
+384
480
554
464
365,2
+10
+32
0
+14
4
+30
4
1373
–156
431
-89
3264
+1176
1616
+1140
240
+48
768
+400
3166
+107
8
1072
+704
4440
+235
2
2843
4070
+1920
1312
+836
414
–45
518
795
+275
304
+112
2172
3031
+881
200
8
368
1994
517
162
2
343
463,2
420
123
0
356
1291
362
среднее за 2
года
–
среднее за 2
года
192
1313
+/- к
контролю
410
+/- к
контролю
–
осевые
побеги
476
213
среднее за 2
года
+/- к
контролю
–
среднее за 2
года
160
побеги
ветвления
к+шт.41
5
201
2
201
3
201
2
201
3
201
2
201
3
201
2
201
3
201
2
201
3
Таисия
побеги
ветвления
Контрол
ь (к)
Год
+/- к
контролю
Вариант
осевые
побеги
Агния
497
690
+170
196
7
275
6
Таблица 2 – Урожайность сухой массы различных сортов люцерны изменчивой в зависимости от
применения биопрепаратов, т/га (среднее за 2 года)
Вариант
(фактор В)
Агния
Контроль (к)
8,7
к+шт.415
к+шт. А-4
к+шт. А-5
к+шт. А-6
НСР095
для фактора А
для фактора В
8,2
15,2
22,0
20,5
Сорт (фактор А)
прибавка к
Таисия
контролю, +/ –
10,8
–0,5
+6,5
+13,3
+11,8
10,4
14,0
17,9
20,6
прибавка к
контролю, +/ –
–0,4
+3,2
+3,6
+9,8
0,9
1,6
Литература:
1. Гончаров П.Л., Лубенец П.А. Биологические аспекты возделывания люцерны // П.Л. Гончаров,
П.А. Лубенец. Новосибирск: Наука – 1985 – с. 255
98
P-40
ПРЕДСТАВИТЕЛИ РОДА BACILLUS КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АГЕНТЫ
БИОТЕХНОЛОГИИ
Пархоменко Т.Ю.
ГБУ Республики Крым «НИИ сельского хозяйства Крыма», 295453 Республика Крым, г.
Симферополь, ул. Киевская, 150
E-mail: tat.parkhomenko@rambler.ru
В коллекции отдела микробиологии ГБУ «НИИСХ Крыма» широко представлены как новые, так и
производственные штаммы представителей рода Bacillus, обладающих агрономически ценными
свойствами - синтез фитогормонов, различных биологически активных веществ, отвечающих за
антагонистическую активность штаммов к фитопатогенам (как грибным, так и бактериальным) и
энтомоцидную активность.
Молекулярными и микробиологическими методами определено, что в состав коллекции
входят виды Bacillus thuringiensis, B. subtitlis, B. mojavensis, B. amyloliquefaciens, B. pumilus, B
axarquiensis, B. atrophaeus.
Показана разная степень антагонистической активности исследованных штаммов к
фитопатогенам - Xanthomonas campestris, Pseudomonas savastanoi, Xantomonas axonopodus,
Pseudomonas syringea, Trichotecium roseum, Penicillium veridicatum, Eupenicillium meridianum,
Fusarium oxysporum, F. solani , F. avenaceum, F. sporotrishella, F. moniliforme, F. poea, F. glumarum, F.
culmorum.
При культивировании на среде Козера (с добавлением сахарозы) штаммы образуют до 17
органических кислот, в том числе левулиновую, лауриновую и пальмитолеиновую кислоты.
Изучение свойств новых штаммов позволяет выделить некоторые из них как перспективные
для создания микробных препаратов и использования в биотехнологии.
99
P-41
ФИТОПАТОГЕННЫЕ БАКТЕРИИ В СОВРЕМЕННОМ ЭКОЛОГИЧЕСКИ
УСТОЙЧИВОМ АГРОПРОИЗВОДСТВЕ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ
АСПЕКТЫ
Патыка В.Ф., Пасичник Л.А.
Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К.Заболотного НАН Украины, Д03680, г. Киев МСП,
ул. Академика Заболотного, 154
Е-mail: dobro_v@ukr.net; imv_phyto@ukr.net
Фитопатогенные бактерии наносят значительный экономический ущерб аграрному производству.
Возбудители болезней постоянно сопровождают как культурные, так и дикие виды растений,
поражают семена и все органы растений в течение вегетации. В Украине усилиями сотрудников
отдела фитопатогенных бактерий изучены бактериальные болезни многих видов растений. В том
числе зерновых, зернобобовых, овощных, плодовых, лесных культур, хлопчатника, табака,
каучуконосов, суданской травы, сахарной свеклы и женьшеня. Знания об их генетике, физиологии,
молекулярной биологии и экологии позволяют создавать экологически чистые агропроизводства, в
которых продуктивность растений и их качество повышено за счет изменения состава
фитопатогенных бактерий в микробных сообществах и бактериально-растительных взаимодействиях.
Ключевые слова: фитопатогенные бактерии, бактериальные болезни растений, микробнорастительные взаимодействия, сельскохозяйственные культуры, сорняки, экологические ниши,
липополисахариды
100
P-42
ХАРАКТЕРИСТИКА И РАЗНООБРАЗИЕ БАКТЕРИЙ ФИЛЛОПЛАНЫ КАПУСТЫ
Приходько С. И., Селицкая О.В.
Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева
E-mail: heven2289@gmail.com
Растение, начиная от кончиков корней и заканчивая апикальной меристемой, обеспечивает
чрезвычайно разнообразные среды обитания для микроорганизмов. Каждая зона, будь то ризосфера
или филлосфера имеет в большей или меньшей степени собственную совокупность
микроорганизмов. Сообщества эпифитов и эндофитов включают в себя самые разные группы
микроорганизмов, отличающиеся друг от друга по физиологическим и биохимическим признакам.
Капуста является одной из важнейших овощных культур, возделываемых во многих странах мира.
Поэтому исследование качественного состава филлобактерий имеет большое значение как с точки
зрения теоретической базы, так как бактериальные сообщества филлопланы растений недостаточно
изучены, так и с точки зрения мониторинга фитосанитарного состояния посадок.
Были проанализированы образцы третьего слоя кроющих листьев капусты белокочанной
восьми гибридов (Церокс, Таурус, Агрессор, Браксан, Престиж, Зенон, Валентина, Колобок)
российской и зарубежной селекции. Для выделения бактерий с листьев была использована методика,
предложенная для выделения ризосферных микроорганизмов (Возняковская Ю.М., 1964).
Идентифицировали полученные микроорганизмы с помощью определения нуклеотидной
последовательности гена 16S рРНК, посредством секвенирования ПЦР-фрагментов и проведения
скрининга сходства нуклеотидной последовательности изолированных штаммов бактерий с базой
данных GenBank NCBI с помощью программы BLAST.
На различных гибридах было выявлено от 9 до 14 таксонов культивируемых форм бактерий.
При исследовании их таксономической принадлежности установлено, что на растениях встречаются
как бактерии грамотрицательные, так и грамположительные относящиеся к четырем типам:
Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria. Среди полученных изолятов некоторые
относились к типично почвенным. Среди них грамотрицательная бактерия - Pedobacter agri. Род
Bacillus представлен 7 видами: B. megaterium, B. subtilis, B. cereus, B. mycoides, B. pumilus, B.
licheniformis, B. circulans. Из филопланы 7 гибридов было выделено пять видов рода Pseudomonas: Ps.
putida, Ps. fluorescens, Ps. azotoformans, Ps. viridiflava. Ps. putida.
Другие бактерии приспособлены как к эпифитному, так и эндофитному существованию. Из
филлопланы всех гибридов выдлены 5 видов бактерий, относящихся к типу Actinobacteria, семейству
Microbacteriaceae (Microbacterium hydrocarbonoxydans, M. oxydans, M. paraoxydans, M. testaceum, M.
foliorum). Бактерии рода Methylobacterium являются одними из типичных обитателей филлосферы
растений. Нами было выявлено 3 вида этих бактерий M. аdhaesivum, M. marchantiae, M.
phyllosphaerae. Некоторые виды обнаруживались на всех отобранных гибридах, такие, например, как
Frigoribacterium faeni. Flavobacterium chungbukense, Plantibacter flavus и Erwinia tasmaniensis,
Aeromicrobium sp. были изолированы только с одного гибрида. Довольно высокую долю в сообществе
составляют молочнокислые бактерии. Нами были изолированы и идентифицированы следующие
виды: Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc lactis, Pediococcus pentosaceus, Weissella confusa,
Lactococcus garvieae. Leuconostoc mesenteroides, которые были отнесены нами к доминирующим
видам на гибридах Церокс, Престиж, Колобок, Валентина, Браксан и Зенон. Гибрид Агрессор
отличается наличием другой молочнокислой бактерии Leuconostoc lactis. Наибольшим разнообразием
молочнокислых бактерий отличался гибрид Валентина. Помимо Leuconostoc mesenteroides в
филлоплане этого гибрида были выявлены Leuconostoc lactis и Pediococcus pentosaceus.
Полученные нами последовательноти штаммов всех изолированных бактерий были
депонированы в генбанк NCBI.
101
P-43
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ КАДМИЯ И КОБАЛЬТА В РИЗОСФЕРЕ РАСТЕНИЙ ГОРОХА
ПОСЕВНОГО (PISUM SATIVUM) НА ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ
Пухальский Я.В., Шапошников А.И., Азарова Т.С., Макарова Н.М., Лоскутов С.И. Белимов А.А.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научноисследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии», Санкт-Петербург
E-mail: jankiss88@gmail.com
Негативный антротехногенез приводит к деградации почв, падению плодородия, снижению
урожайности и качества продукции, уменьшению площадей и нарушению стабильности экосистем.
Существенную долю во всём этом занимают загрязнения тяжелыми металлами (ТМ). Данные
токсиканты являются одними из наиболее опасных поллютантов почв и водоёмом, входящих в
агроландшафты. В настоящее время, современные мелиорационные методы очистки агросистем
весьма дорогостоящи и, как правило, не дают нужных результатов. Поэтому, в последние годы,
активно ведутся разработки биологических технологий на основе процессов биоремедиации, с
использованием метаболического потенциала биологических объектов – зелёных растений –
металлофитов и гипераккумуляторов тяжелых металлов, а также создание устойчивых трансгенных и
мутантных форм.
Мы провели вегетационный опыт в летний период (июнь-август), в теплице с естественным
освещением и температурным режимом на дерново-подзолистой почве. В качестве растительного
объекта была выбрана лабораторная линия гороха посевного (Pisum sativum) SGE и её мутант
SGECdt, который отличался повышенной устойчивостью и аккумуляцией кадмия и кобальта. Почву
обогащали солями металлов в концентрациях: 15 мгCd/кг и 60 мгCo/кг. Контролем служили сосуды с
растениями без внесения металлов.
При совместном внесении обоих металлов в почву аддитивного негативного эффекта на рост
растений не наблюдалось. Содержание кадмия в растениях обоих генотипов повышалось в
присутствии токсичной концентрации кобальта в почве. Напротив, содержание кобальта в растениях
снижалось при внесении в почву кадмия. Это указывало на взаимодействие металлов в ризосфере по
типу антагонизма.
Корни являются основным источником низкомолекулярных органических соединений
(органические кислоты, аминокислоты и сахара) в ризосфере, используемых в качестве доноров
электронов. Экссудация является непрерывным процессом, который осуществляется путем пассивной
диффузии и активного транспорта веществ и ионов в ризосферу. Этот процесс вызывает генерацию
электроэнергии в ризосфере (Timmers et al., 2012), в результате чего активизируются окислительновосстановительные реакции, в том числе восстановление и окисление ионов кадмия и кобальта. В
ряду напряжений металлов кадмий стоит левее кобальта и способен восстанавливать ионы
последнего в электронейтральные атомы, при этом отдавать электроны, превращаясь в ионы и
увеличивая свою подвижность в почвенном растворе за счёт возникающей разности
электродвижущих сил. В качестве электролита в данном случае выступает ризосфера с корневыми
экссудатами.
Работа показала, что электрохимические процессы могут быть вовлечены в трансформацию
тяжелых металлов из почвы в растения и влиять на эффективность фитоэкстракции поллютантов в
технологиях фиторемедиации.
Работа поддержана грантом РНФ (14-16-00137).
102
P-44
НОВЫЕ БИОУДОБРЕНИЯ И БИОПРЕПАРАТЫ В АГРОТЕХНОЛОГИЯХ БУДУЩЕГО
Рабинович Г.Ю., Ковалев Н.Г., Смирнова Ю.Д.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научноисследовательский институт мелиорированных земель» (ФГБНУ ВНИИМЗ)
Тверская обл., п. Эммаусс
E-mail: vniimz@list.ru
Биопрепараты, предназначенные для земледелия и растениеводства, обычно обеспечивают
эффективную мобилизацию органического вещества и биоты почвы за счет присущих им свойств,
что существенно отличает их от удобрений – структурообразователей. Именно поэтому
использование биопрепаратов обычно предполагается совместно с основными удобрениями. Одним
из таких удобрений является КМН (компост многоцелевого назначения) – разработка ВНИИМЗ,
удостоенная в разное время Государственной премии и премии Правительства РФ.
Ценность и преимущество КМН, как удобрения заключается в нескольких факторах (высоких
питательности и биогенности, физиологичности, экологичности). При получении КМН
регулирование процесса ферментации направлено на создание наиболее качественного продукта с
хорошей доступностью для растений элементов питания и обладающего повышенной активностью
микрофлоры. Последняя способна целевым образом изменять эффективное почвенное плодородие,
повышать продуктивность сельскохозяйственных культур, улучшать качество продукции.
Институтом была также предложена принципиально новая ферментационно-экстракционная
технология, направленная на создание большого спектра биосредств разного класса в жидком виде.
Среди них – ЖФБ (биопрепарат) и БоГум (гуминовое удобрение). ЖФБ богат микрофлорой,
характеризуется наличием физиологически значимых количеств ростовых факторов и элементов
питания, благоприятных для растений. Концентрация токсичных элементов в ЖФБ существенно
ниже ПДК, отсутствуют патогенная микрофлора и паразиты, поэтому его использование в качестве
биопрепарата полностью безопасно – ЖФБ может использоваться для получения пищевых
продуктов, предназначенных для населения с пониженным иммунным статусом.
ЖФБ прошел апробацию на целом ряде культур, для которых были разработаны
агротехнологические основы его применения. Оптимальные дозировки ЖФБ установлены путем
изучения реакции микрофлоры и развития растений. Концентрации биопрепарата и дозы
взаимосвязаны и могут отличаться от рекомендуемых.
ЖФБ способствует развитию микроорганизмов почвы, увеличивая относительно контроля
численность аммонифицирующей (от 10 до 30 %) и фосфатмобилизующей микрофлоры (от 10 до 50
%), а также снижая численность конкурентной микрофлоры – от 10 до 50 %. Влияние ЖФБ на
растения заключается в улучшении относительно контроля биометрии их роста и развития, в
увеличении урожая и улучшении его структуры.
Использование ЖФБ в большинстве опытов и экспериментов проходило по фону КМН.
Поскольку ЖФБ легко вносится, он способен оказывать целенаправленное воздействие на обмен
веществ растений на различных стадиях их онтогенеза с одновременной активацией почвенных
процессов. Сочетание «КМН + ЖФБ» обеспечивает формирование сельскохозяйственной продукции
очень высокого качества (с пониженным содержанием нитратов, но с повышенным – физиологически
активных веществ).
БоГум представляет собою раствор с высоким содержанием гумата калия (не менее 17 г/л) и
содержит спорообразующую микрофлору (не менее 400 КОЕ/мл), способную при определенных
условиях включиться в микробоценоз почвы. На данном этапе БоГум проходит первичную стадию
апробации. Его рекомендуют использовать в качестве основного удобрения и корневой и
внекорневой подкормки для улучшения роста и развития растений и активации почвенномикробиологических процессов.
Разработанные во ВНИИМЗ удобрения и биопрепараты являются основой новых
агротехнологий возделывания самых разных сельскохозяйственных культур, а новейшие из них в
будущем включатся в процессы реконструкции традиционных агротехнологий.
103
P-45
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КОЛЛЕКЦИЯ ЛЬНА ПО УСТОЙЧИВОСТИ
К ФУЗАРИОЗНОМУ УВЯДАНИЮ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Рожмина Т.А.
Всероссийский научно-исследовательский институт льна, г. Торжок
E-mail: vniil@mail.ru
Фузариозное увядание льна, вызываемое преимущественно грибом Fusarium oxysporum f. lini,
является одним из наиболее вредоносных и распространенных заболеваний культуры. Для
повышения эффективности селекции прядильного и масличного льна на устойчивость к патогену
необходимы надежные генисточники.
На основе гибридологического анализа с использованием инфекцонно-провокационного фона
нами идентифицировано у льна 8 эффективных в условиях Российской Федерации R-генов
устойчивости к фузариозному увяданию (Fu2, Fu4-10). Сформирована генетическая коллекция по
данному признаку, включающая 19 генисточников, выделенных из образцов прядильного и
масличного льна мирового генофонда культуры.
Разработана селекционно-генетическая технология создания конкурентоспособных линийдоноров льна, основанная на использовании идентифицированных R-генов с помощью метода
непрерывного беккросса, оценке гибридных популяций и отборе константных по устойчивости к
фузариозному увяданию форм на инфекционно-провокационном фоне. С использованием данной
технологии выведен высокопродуктивный сорт льна-долгунца Сурский, который включен в Госреестр
селекционных достижений РФ с 2015 года.
Использование в селекционных программах генетических источников с различными
эффективными генами позволит предотвратить появление эпифитотий этого заболевания на культуре.
104
P-46
ПРОБЛЕМА СТАБИЛЬНОСТИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЯБЛОНИ К ПАРШЕ И
ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ХОЗЯИНА И ПАРАЗИТА
Савельев Н.И., Савельева Н.Н.
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и селекции плодовых
растений им. И.В. Мичурина», г. Мичуринск-наукоград РФ
E-mail: cglm@rambler.ru
Как отмечали Н.И. Вавилов (1919, 1935) и И.В. Мичурин, наиболее радикальным путем борьбы с
болезнями плодовых растений является введение в культуру иммунных сортов, не требующих
применения фунгицидов. К настоящему времени известно 17 генов, контролирующих устойчивость
яблони к парше, которые располагаются в 8 из 17 хромосом (Bus et al., 2011). До последнего времени
наибольшей стабильностью отличался ген Vf от M. floribunda 821. На его основе в мире создано более
210 иммунных к парше сортов. Однако, в последние годы появляются сообщения о преодолении гена
Vf шестой расой парши в Голландии, Германии, Швейцарии, республике Беларусь. Поэтому
важнейшей проблемой остается сохранение долговременной стабильной устойчивости. Одним из
путей повышения иммунитета является объединение в одном генотипе нескольких олигогенов, то
есть создание «пирамиды» генов. На основе комплексных доноров устойчивости проводится работа
по объединению в одном геноме генов Vf, Vm и Va. Путем отдаленной гибридизации получены
генотипы, совмещающие гены Vb и Vf. Создание иммунных к парше сортов яблони с доминантным
гомозиготным генотипом по гену Vf также может повысить уровень и стабильность устойчивости. На
основе ДНК-маркирования в гибридном потомстве иммунных к парше сортов Кандиль орловский и
Былина отобраны сеянцы с доминантным гомозиготным генотипом (VfVf) по гену устойчивости.
Совмещение в одном генотипе моногенной и полигенной устойчивости привело к созданию
коммерческих иммунных к парше сортов яблони Академик Казаков, Благовест, Былина, Вымпел,
Флагман, Фрегат, внесенных в Госреестр селекционных достижений. Закладка садов сортами с
различными типами устойчивости также будет способствовать снижению риска появления новых
вирулентных рас парши.
105
P-47
ПОЛИМОРФИЗМ NOD-ГЕНОВ SINORHIZOBIUM MELILOTI – СИМБИОНТОВ РАСТЕНИЙ
СЕМЕЙСТВА FABACEAE
Саксаганская А.С., Мунтян В.С., Румянцева М.Л.
Лаборатория генетики и селекции микроорганизмов, ФГБНУ Всероссийский научноисследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии, шоссе Подбельского, д.3,
196608, Пушкин-8, Санкт-Петербург, Россия
Е-mail: genet@yandex.ru, allasaksaganskaya@mail.ru
Биологическая азотфиксация — процесс превращения атмосферного азота в органическую форму с
помощью микроорганизмов. Клубеньковые бактерии (ризобии), осуществляют азотфиксацию в
симбиозе с бобовыми растениями. В основе растительно-микробного взаимодействия лежит обмен
сигнальными молекулами: флавоноидами со стороны растения-хозяина и липохитоолигосахаридами
(Nod-факторы) — бактерий. Структура Nod-факторов детерминируется nod-генами, среди которых
выделяют «общие», выявленные у всех видов клубеньковых бактерий, и видоспецифичные,
присущие определенным видам ризобий. Согласно литературным данным, структура «общих» nodгенов считается достаточно консервативной. Представляло интерес оценить полиморфизм «общих»
генов и видоспецифичного nodH у 368 природных штаммов S. meliloti — симбионтов люцерны,
донника и пажитника из 4-х генцентров люцерны.
Наиболее консервативным считается nodC, детерминирующий синтез олигосахаридов
определенной длины, что обусловлено его использованием в филогенетических исследованиях.
Установлено, что в последовательности этого гена у природных изолятов может присутствовать до
67 полиморфных сайтов, нуклеотидные замены в некоторых из которых могут приводить к
аминокислотным заменам. Уровень полиморфизма nodA, детерминирующего присоединение остатка
определенной жирной кислоты к остову Nod-фактора, был значительно выше, чем у nodC
(популяционная гетерогенность последовательности по Нею (N) =0,78 и 0,58, соответственно), по
данным RFLP-анализа. В тоже время, согласно нуклеотидному анализу, в гене nodA выявлено 14
полиморфных сайтов. Анализ nodB, продукт которого деацетилирует глюкозаминовый остаток
(наиболее консервативная функция среди указанных nod-генов) выявил наличие 25, а
видоспецифичного гена nodH, продукт которого ответственен за сульфатирование Nod-фактора, —
16 полиморфных сайтов.
По данным популяционного анализа выявлено 20 nod-генотипов (nodA, nodB, nodC, nodH) у
природных штаммов S. meliloti. Среди них 4 nod-генотипа являлись преобладающими (0,3, 0,12, 0,15
и 0,23), и частоты их встречаемости у клубеньковых и почвенных изолятов, а также в группах
штаммов, сформированных на основе хозяйской специфичности, были различны.
Таким образом, показан высокий уровень внутривидового полиморфизма «общих» nod-генов,
а также видоспецифичного nodН у природных изолятов S. meliloti, выделенных из центров
разнообразия люцерны, что могло быть обусловлено положительным эволюционным давлением со
стороны растений-хозяев.
Данная работа поддержана грантами Российского фонда фундаментальных исследований
(14-04-01441а и 15-04-09295а).
106
P-48
УМЕНЬШЕНИЕ ФЕНОТИПИЧЕСКОЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ РАСТЕНИЙ,
ВЫРАЩИВАЕМЫХ ПОСЛЕ ДЕСТРУКЦИИ В ПОЧВЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ
МИКРОБНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ
Свиридова О.В.1, Воробьев Н.И.1, Проворов Н.А.1, Орлова О.В.1, Русакова И.В.2, Андронов Е.Е.1,
Пищик В.Н.3, Попов А.А.1, Круглов Ю.В.1
1
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, Санкт-Петербург
2
ФГБНУ ВНИИ органических удобрений и торфа, Владимир
3
ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург
E-mail: osviridova@newmail.ru
Вегетация растений зависит от локальных почвенных условий в пределах небольшой зоны,
окружающей семена и корневую систему растений. Поэтому каждое растение в популяции достигает
в процессе развития разных значений индивидуальных фенотипических признаков: высот стеблей,
количеств вегетативных органов, масс надземной и корневой частей и т.п. В результате в популяциях
наблюдается варьирование (ковариация) признаков растений.
Цель исследования – экспериментальное обнаружение эффекта уменьшения фенотипической
вариабельности растений, выращиваемых после деструкции растительных остатков почвенными
микроорганизмами. Для этого во ВНИИСХМ были проведены трехлетние вегетационные опыты и
измерены индивидуальные высоты растений ячменя, которые выращивались на почвах после
деструкции соломы ячменя микроорганизмами биопрепарата Баркон. Для анализа эффективности
биодеструкции растительных остатков почвенными микроорганизмами был проведен эксперимент с
применением биопрепаратов Багс, Баркон и Омуг, в котором солому ржи закладывали на разную
глубину в почву. По вариантам опытов были получены морфометрические данные растений и
филогенетические данные почвенных сообществ. К данным высот надземной части растений
применялся ковариационный анализ, а к частотно-таксономическим данным сообществ
микроорганизмов – модифицированный фрактальный статистический анализ.
В результате было показано, что с ростом индекса эффективности сетевой организации (ЭСО)
почвенного микробного сообщества снижается фенотипическая вариабельность выращиваемых
растений, что может быть объяснено ростом питательных ресурсов для растений в почве при
деструкции растительных остатков. Наибольшие значения индекса ЭСО наблюдаются при
применении биопрепаратов Баркон и Багс при инокуляции соломы, расположенной в верхних слоях
почвы, а при применении биопрепарата Омуг – при закладке соломы на 9-12 см. Это означает, что в
состав биопрепаратов Баркон и Багс входят преимущественно аэробные микроорганизмы, а в Омуг –
анаэробные микроорганизмы.
Сравнение ковариации высот растений ячменя с индексами ЭСО позволяет предположить, что с
ростом эффективности функционирования микроорганизмов в деструктивных сетевых объединениях
повышается интенсивность накопления питательных ресурсов в почве.
Таким образом, использование биопрепаратов Баркон, Багс и Омуг инициирует в почве
эффективную деструкцию растительных остатков и быстрое накопление питательных ресурсов для
растений в почве.
Работа поддержана Российским научным фондом, грант 14-26-00094.
107
P-49
ЗДОРОВЬЕ ПОЧВЫ В ПОЧВЕННОЙ ЭКОСИСТЕМЕ, КАК РАЗВИТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРИРОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Семенов А.М.1, Воробьев Н.И.2
1
Кафедра микробиологии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва.
E-mail: amsemenov@list.ru
2
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, Санкт-Петербург.
E-mail: nikolai_vorobyov@yahoo.com
Приводится краткая предыстория возникновения концепции о здоровье почвы (ЗП), как новой
характеристики почвенной экосистеме (ПЭ). Обсуждаются традиционные характеристики почв,
плодородие, качество почвы и др. в сравнении содержанием концепции ЗП. Анализируются
некоторые агротехнологии возделывания почв, влияющих и определяющих состояние и уровень ЗП.
Приводятся литературные и авторские разработки методов количественного определения параметров
ЗП. Рассматривается роль потенциальных направлений фундаментальных исследований для познания
ЗП через привлечение новых знаний о микробном сообществе (МС) почвы. Обсуждаются актуальные
проблемы применительной практики в ЗП, связанные с проблемами оздоровления, биологической
реабилитации ПЭ.
108
P-50
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И СООТНОШЕНИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИ АКТИВНЫХ АРХЕЙ И
БАКТЕРИЙ В ЧЕРНОЗЕМЕ И БУРОЙ ПОЛУПУСТЫННОЙ ПОЧВЕ
Семенов М.В.1, 2, Манучарова Н.А.2
1
ФГБНУ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»
109017, Москва, Пыжевский пер., 7
2
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
119991, Москва, Ленинские горы, д.1, стр.12
E-mail: gosmv@rambler.ru
Метод in situ гибридизации с рРНК-специфичными флуоресцентно-мечеными олигонуклеотидными
зондами (FISH - fluorescence in situ hybridization) совмещает возможности идентификации,
визуализации, а также определения численности отдельных филогенетических и функциональных
групп микроорганизмов в различных природных субстратах, в том числе в почве. Преимуществами
данного метода являются, во-первых, исследование микробного разнообразия почвы
непосредственно in situ, не задействуя стадии высевов на питательные среды, и, во-вторых, детекция
исключительно живых метаболически активных клеток почвенного микробного сообщества.
С помощью метода FISH было проведено исследование распределение метаболически
активных клеток архей и бактерий в профиле чернозема типичного (Воронежская область) и бурой
полупустынной почве (Астраханская область) естественных и сельскохозяйственных экосистем. В
черноземе использовались три горизонта до глубины 70 см, а в бурой полупустынной почве шесть
горизонтов до глубины 140 см.
Определение количества метаболически активных клеток архей в черноземе под лесополосой
показало, что численность архей по профилю почвы снижалось от 1.67•108 до 7.78•107 клеток г-1
почвы. В целом, численность архей в верхнем горизонте чернозема под пашней была в 2.5 раза
меньше, чем под лесополосой, а более глубокие горизонты двух почв выравнивались по количеству
метаболически активных клеток. Численность метаболически активных клеток бактерий в
исследуемых образцах колебалось от 3.96•108 до 2.38•108 клеток г-1 под лесом и от 2.58•108 до
2.18•108 клеток г-1 под пашней. В результате распашки численность метаболически активных клеток
архей в верхнем горизонте снизилась в 2.6 раз, а бактерий ‒ в 1.5 раза.
Численность метаболически активных клеток представителей обоих доменов в бурой
полупустынной почве экспоненциально уменьшалась вниз по профилю. Численность архей с
глубиной снижалась с 3.9•107 до 1.5•107 клеток г-1 почвы, бактерий ‒ с 2.34•108 до 6.0•107 г-1 почвы.
Достоверное изменение в численности активных клеток под влиянием распашки проявлялось до
глубины 30‒40 см (пахотный и подпахотный горизонты), а в нижележащих слоях эти величины
практически не отличались. Как и в черноземе, распашка бурой полупустынной почвы приводила к
уменьшению численности бактерий по сравнению с залежью (на 20%), однако в случае архей
подобного негативного эффекта не наблюдалось. Более того, в самом верхнем горизонте бурой
полупустынной почвы под пашней численность метаболически активных архей даже увеличивалась.
Содержание органического углерода в почве было ведущим фактором, контролирующим
количество метаболически активных клеток, как архей, так и бактерий, однако численность бактерий
сильнее зависела от обеспеченности органическим веществом. Уменьшение содержания
органического углерода и общего азота сопровождалось сужением соотношения Бактерии/Археи
вниз по профилю почв, из чего можно сделать вывод о большей "олиготрофности" архей по
сравнению с бактериями, т.е. лучшей приспособленности к хроническому недостатку углерода и
азота. Таким образом, соотношение Бактерии/Археи может служить индикатором экологометаболического состояния микробного сообщества почв.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ, проект № 14-26-00079.
109
P-51
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ПОЧВ ЗКО С ПРИМЕНЕНИЕМ
МЕТОДОВ СОВРЕМЕННОЙ МЕТАГЕНОМИКИ
Сергалиев Н.Х.1, Андронов Е.Е.2, Пинаев А.Г.2, Какишев М.Г.1, Нагиева А.Г.3
1
Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир хана,
090000, Республика Казахстан, Уральск, ул. Жангир хана, 51
2
Всероссийский научно_исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии, 196608,
Санкт-Петербург, ш. Подбельского, 3
3
Казахский Национальный аграрный университет, 050010, Республика Казахстан, Алматы,
пр. Абая, 8
E-mail: kakishev_murat@mail.ru
При провендении исследований была создана коллекция нативных и аффектированных почв
Западно-Казахстанской области. Определены агрохимические показатели, выявлены общие и
специфические компоненты различного типа почв, установлена степень родства микробных
сообществ и сопоставлены с родством почв, создана коллекция препаратов почвенной ДНК высокой
чистоты с нормализованными концентрациями.
Всего в микробиомах 40 почвенных образцов было выявлено 29 бактериальных и 2 археотных
филы. Среди всех образцов почв доминировали представители 11 фил Crenarchaeota – до 15%,
Acidobacteria – до 15%, Actinobacteria – до 54%, Bacteroidetes – до 15%, Chloroflexi – до 6%,
Firmicutes – до 29%, Gemmatimonadetes – до 9%, Planctomycetes – до 3%, Nitrospira – до 2%,
Proteobacteria – до 71% и Verrucomicrobia – до 15%.
При анализе таксономической структуры микробиома на уровне рода было выявлено 2180
родов бактерий. При таксономическом анализе солонцеватых почв и солончаков среди
доминирующих групп не было обнаружено галофильных бактерий.
При проведении кластерного сравнительного анализа было выявлено два обособленных
кластера, объединяющих аффектированные почвы и нативные почвы.
Основную часть бактерий, обитающих только в нативных почвах составляют
неидентифицируемые бактерии (65%), в меньшем количестве представлены также галофильные и
алкалифильные бактерии, приуроченные к солончакам (Halomonas, Natronomonas, Natronincola), а
также морские бактерии (Marinobacter, Microbulbifer, Gramella, Prochlorococcus)
По данным дисперсионного анализа, в нативных почвах по сравнению с аффектированными
значимо увеличивается содержание фил Acidobacteria, Gemmatimonadetes и Firmicutes. В
аффектированных почвах отмечалось увеличение содержания археотной филы Crenarchaeota.
Итогом проведенных исследование стала репрезентативная коллекция почв ЗападноКазахстанской области, представляющих основные типы почв как в нативном состоянии, так и почв,
находящихся под воздействием ряда антропогенных и стрессовых факторов – аффектированное
состояние. Из 20 нативных и 20 аффектированных образцов была выделена общая ДНК, создана
библиотеки 16S рРНК, включающие бактериальный и архейный компоненты. Проведен детальный
сравнительный анализ образцов, была выявлены особенности таксономической структуры
почвенного микробиома и связь с типом почвы, ее агроэкологическим состоянием и действием
отдельных факторов.
110
P-52
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТАРЕНИЯ СИМБИОТИЧЕСКИХ
КЛУБЕНЬКОВ У СЕРИИ НЕЭФФЕКТИВНЫХ МУТАНТОВ ГОРОХА
(PISUM SATIVUM L.)
Серова Т.А., Цыганов В.Е.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научноисследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии Российской академии наук,
196608, ш. Подбельского, 3, г. Пушкин 8, г. Санкт-Петербург, Россия
Е-mail: t_serova@rambler.ru
MOLECULAR-GENETIC ANALYSIS OF SENESCENCE OF SYMBIOTIC NODULES IN A SERIES OF
INEFFECTIVE PEA (PISUM SATIVUM L.) MUTANTS
Serova T.A., Tsyganov V.E.
В последнее время интенсивно изучаются молекулярно-генетические и клеточные механизмы,
лежащие в основе реализации программы старения симбиотического клубенька, детальное знание
которых позволит приступить к практическому созданию сортов бобовых растений с увеличенным
периодом активной фиксации азота, что могло бы оказать положительный эффект на насыщение
почвы биологическим азотом и повышение урожайности возделываемых культур.
В работе была использована серия симбиотических мутантов гороха (Pisum sativum L.),
полученных на основе родительской линии SGE. Исследуемые мутантные линии: SGEFix--1
(sym40), SGEFix--3 (sym26) и SGEFix--7 (sym27) характеризуются преждевременной деградацией
симбиотических структур – ранним старением клубеньков. В качестве маркерных «генов
старения» были выбраны гены цистеиновых (PsCyp1, PsCyp15a) и тиоловой (PsTPP) протеаз; ген
фактора транскрипции bZIP (PsATB2); ген гиббереллин 2-β-оксидазы (PsGAOx2), деактивирующей
гиббереллиновую кислоту; гены 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат синтетазы и оксидазы
(PsАСS2, PsАСО1), кодирующие ферменты синтеза этилена; ген альдегид оксидазы 3 (PsАО3),
продуктом которого является фермент синтеза абсцизовой кислоты.
С помощью ПЦР в режиме реального времени было показано повышение экспрессии
выбранных «генов старения» с увеличением возраста клубеньков родительской и мутантных
линий гороха. При этом в клубеньках мутантов уровень транскриптов анализируемых генов на
четвертой неделе после инокуляции был значительно выше, чем у родительской линии, в
клубеньках которой на данном сроке наблюдается пик азотфиксации. Уровень мРНК «генов
старения» в клубеньках родительской линии SGE значительно повышался только к шестой неделе
развития клубеньков.
Для выявления тканевой и клеточной специфичности был проведен анализ экспрессии
маркерных «генов старения» в инфицированных клетках с признаками старения и без таковых. С
помощью лазерной микродиссекции были вырезаны инфицированные клетки зоны азотфиксации
двух и четырех недельных клубеньков, а также инфицированные клетки зоны старения четырех
недельных клубеньков линии SGE. Было показано повышение уровня экспрессии генов PsCyp15a,
PsTPP, PsATB2, PsGAOx2, PsАО3 и PsАСО1 с увеличением степени деградации клеток клубенька.
При этом транскрипты PsCyp1 гена не были детектированы, а содержание мРНК PsАСS2 гена
снижалось при старении инфицированных клеток симбиотического клубенька.
Таким образом, показана позитивная регуляция процесса старения симбиотического
клубенька гороха этиленом, абсцизовой кислотой и транскрипционным фактором PsATB2,
негативная регуляция гиббереллиновой кислотой, а также активная роль в старении цистеиновых и
тиоловой протеаз.
Работа поддержана грантами Президента РФ (НШ-4603.2014.4) и РФФИ (14-04-00383).
111
P-53
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСКОНТАКТНОГО МЕТОДА ОТБОРА СЛЮНЫ У ДИКИХ
КАБАНОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА АЧС
Кудряшов Д.А., Синдрякова И.П., Бурдинская О.Н., Аронова Е.В., Чичикин А.Ю., Колбасов
Д.В.
Государственное Научное Учреждение Всероссийский Научно Исследовательский Институт
Ветеринарной Вирусологии и Микробиологии Россельхозакадемии
E-mail: sindiron@gmail.com
Сотрудниками института ранее была описана методика отбора проб слюны бесконтактным методом у
диких кабанов, согласно которой отбор проб проводится с использованием адсорбирующего
элемента без фиксации животного. Наиболее эффективным адсорбирующим элементом является
верёвочный жгут, изготовленный из синтетического материала и обработанный аттрактантом,
вызывающим гиперсаливацию. Апробацию метода на диких кабанах проводили на базе
охотхозяйства в Ярославской области в условиях естественного обитания кабанов. Кроме того, метод
был апробирован на домашних свиньях в условиях эксперимента. В слюне, отобранной
бесконтактным методом у экспериментально инфицированного подсвинка, геном вируса АЧС
выявляли, начиная с 4 суток после заражения.
В Смоленской, Воронежской, Нижегородской, Кировской и Липецкой областях уже ведётся
постоянный мониторинг на АЧС с использованием бесконтактного метода отбора проб слюны у
диких кабанов.
Материалы и методы
В работе использовали фрагменты жгутов в количестве 25 проб, присланные для
исследования из национального парка Смоленской и охотхозяйства Владимирской областей. Жгуты в
угодьях развешивали вблизи подкормочных площадок согласно методике, описанной в статье
Чичикина А.Ю. с соавт. Образцы жгутов были собраны в период с сентября 2014 по февраль 2015
года. При проведении лабораторных исследований по выявлению фрагментов генома вируса АЧС
использовали «Тест-систему для выявления ДНК вируса АЧС методом ПЦР в реальном времени»,
производства ГНУ ВНИИВВиМ Россельхозакадемии. Кроме того, пробы исследовали методом
гнездовой ПЦР.
Результаты
По итогам проведенной ранее экспериментальной
работы было предложено использование бесконтактного
метода отбора проб слюны для мониторинговых
исследований.
Во Владимирской и Смоленской областях в
предыдущие годы были зарегистрированы случаи
обнаружения вируса АЧС среди диких кабанов. Но на
территории обследованных угодий АЧС не выявляли.
При исследовании образцов жгутов с помощью
ПЦР-РВ для всех проб получили отрицательный
результат. Аналогичный результат регистрировали и при
постановке гнездовой ПЦР.
Заключение
Учитывая положительный результат экспериментальных исследований по выявлению генома
вируса АЧС в пробах слюны, отобранной бесконтактным методом, и успешный опыт применения
данного метода отбора слюны у диких кабанов в различных регионах РФ данный метод можно
рекомендовать как альтернативный при проведении мониторинговых исследований на АЧС среди
диких кабанов
112
P-54
ВЛИЯНИЕ АССОЦИАТИВНЫХ БАКТЕРИЙ НА РАСТЕНИЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ИХ НА
ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ
Соколова М. Г.1, Белоголова Г. А.2, Акимова Г.П.1
1
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и
биохимии растений СО РАН, Иркутск
2
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геохимии
им. А. П. Виноградова СО РАН, Иркутск
E-mail: SokolovaMG@sifibr.irk.ru
Вовлечение тяжелых металлов (ТМ) техногенного происхождения в биологический круговорот
веществ ухудшает условия существования живых организмов, так как их повышенные концентрации
оказывают негативное действие на функциональные системы. В настоящее время активно
разрабатываются препараты на основе симбиотических микроорганизмов для поддержания
естественного плодородия почвы, биоразнообразия в фитоценозах, уменьшения антропогенной
нагрузки на среду и повышение качества сельхоз продукции. Отмечается, что многие симбиотрофные
микроорганизмы обладают высокой устойчивостью к ТМ, участвуют в процессах их трансформации
в ризосфере и аккумуляции растениями.
В работе изучено влияние ассоциативных ризосферных бактерий Azotobacter и Bacillus,
входящих в состав бактериальных биопрепаратов азотобактерина, фосфобактерина и
кремнебактерина, на рост растений на загрязненных почвах и распределение ТМ в системе «почварастение». Исследуемые штаммы биопрепаратов – это концентраты чистых культур почвенных
бактерий 3-х видов: Азотобактерин (Azotobacter chroococcum), Фосфобактерин (Bacillus megaterium
var. Phosphaticum), Кремнебактерин (Bacillus mucilaginosus). Они являются экологически чистыми,
нетоксичными, безопасными для человека и животных стимуляторами роста растений. Биопрепараты
разработаны в Томском госуниверситете и предложены для апробации в условиях Южного
Прибайкалья на базе СИФИБР СО РАН.
Основными загрязнителями изучаемых почв на территории завода по производству мышьяка
были мышьяк, свинец и кадмий, а также ряд других тяжелых металлов значительно превышающих
ПДК. Исследование показало, что высокие концентрации As и ТМ отрицательно сказывались на
росте, развитии и физиологических процессах растений, растущих на загрязненных почвах.
Показано отличие в воздействии ризосферных бактерий на морфогенез растений и
мобилизацию тяжелых металлов при разной техногенной нагрузке. Коэффициент биологического
накопления мышьяка был выше в корнях растений, чем в надземной части и существенно снижался
при обработке почвы бактериальными препаратами по всем вариантам. Подвижность элементов в
системе «почва-растение» была существенно выше на загрязненной почве по сравнению с фоновым
участком, особенно Кб Pb и Co в корнях. По расчетам коэффициентов биологического накопления
бактеризация почвы ризосферными бактериями Azotobacter и Bacillus, входящими в состав
биопрепаратов азотобактерина, фосфобактерина и кремнебактерина снижала подвижность элементов
особенно на загрязненном участке. Последнее, вероятно, обусловлено тем, что ризобактерии
трансформируют или связывают ТМ в нерастворимые недоступные или менее токсичные для
растений комплексы.
Таким образом, ассоциативные бактерии оказывают положительное влияние на рост растений
на загрязненных ТМ почвах, снижая подвижность их, тем самым защищают растения от избытка
токсикантов в стрессовых условиях техногенного загрязнения.
113
P-55
ГЕНОМНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ
ВИДОВ
Стегний В.Н.
Томский государственный университет, Томск
E-mail: stegniy@res.tsu.ru
Современная научная селекция основана на сочетании традиционных подходов (искусственный
отбор, гибридизация, регуляция плоидности, инбридинг и инцухт, мутагенез) и новых принципов
(модальная селекция, трансгенез, генная и клеточная инженерия). При этом успех селекционной
работы в большой степени зависит от правильности выбора исходного материала (вида) с учетом
происхождения и эволюционного развития конкретных видов. Нередки случаи, когда виды растений
или животных, используемые как исходный материал, плохо реагируют на отбор вообще и по
требуемым хозяйственно ценным признакам в частности и не проявляют необходимого уровня
морфогенетической пластичности. Это может быть связано с особенностями генетической
конституции вида. Разработанная автором система геномных характеристик эволюционно лабильных
и эволюционно консервативных видов является основой для выбора исходного материала для
селекции. Филогенетически родственные виды существенно различаются между собой по разным
параметрам структурно-функциональной организации видовых геномов. Наличие адаптивного
хромосомного полиморфизма у видов эволюционно консервативных, занимающих терминальные
позиции в филетических линиях позволяет рассматривать их как наиболее перспективные для
внедрения в селекционную работу и наряду с ними следует отдавать предпочтение видам (среди
близкородственной группы), имеющим следующие параметры: меньшее число хромосом, низкий
уровень рекомбинации, диспергированные по хромосомам гетерохроматин и мобильные
генетические элементы, наличие диффузных хромоцентров.
114
P-56
ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ СТРЕССОУСТОЙЧИВОСТИ (BET И ACT) У ШТАММОВ
SINORHIZOBIUM MELILOTI РАЗНОГО ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Субботина А.Р., Мунтян В.С., Румянцева М.Л.
Лаборатория генетики и селекции микроорганизмов, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский
институт сельскохозяйственной микробиологии, шоссе Подбельского, 3, 196608, Пушкин-8, СанктПетербург, Россия
E-mail: genet@yandex.ru
Устойчивость люцерны к стрессовым факторам окружающей среды повышается при инокуляции их
определенными штаммами ризобий [1, 2]. Природные штаммы ризобий Sinorhizobium meliloti
существенно различаются по устойчивости к стрессовым факторам [2]. У клубеньковых бактерий
выявлены группы генов стрессоустйчивости (bet и аct), способствующие выживанию клеток ризобий
в условиях повышенной осмолярности среды, а также при низких значениях pH среды [3]. Целью
работы было изучение структурного полиморфизма групп генов bet и act у 201 штамма Sinorhizobium
meliloti, выделенных в 4-х генцентрах люцерны (ГЦ), а также 44 штаммов из почв с/х полей РФ.
Анализ полиморфизма 4-х маркеров (betA, betB, betB2, аctS), выявил 31 bet-act-генотип, из
которых А-тип (сходен со структурой генов тест-штамма Rm1021) доминировал с частотой 0.5 в
выборке штаммов из ГЦ. Еще два генотипа, с измененными структурами генов betB и actS и betA,
betB и actS, встречались в выборке штаммов ГЦ с частотой 0.1, тогда как остальные 28 генотипов – у
единичных изолятов. Указанные выше три bet-act-генотипа также встречались в выборке штаммов из
с/х полей с частотами 0.32, 0.3 и 0.38, соответственно.
Среди солеустойчивых и солечувствительных штаммов ГЦ доминировала типовая структура
генотипа, однако в группе солеустойчивых достоверно чаще встречались штаммы с измененными
betA, betB и actS, а в группе солечувствительных – с измененными betB и actS генами.
Солеустойчивые штаммы из с/х полей были представлены преимущественно bet-act-генотипом, в
котором структурные изменения имели все гены bet-оперона и act ген, а солечувствительные имели
типовые аллели bet и act генов.
Установлено, что солеустойчивые изоляты из центров разнообразия растений-хозяев имели
наивысший уровень полиморфизма (H=1.9 и 1.75 для штаммов из Приаралья и из района Северного
Кавказа, соответственно), а солеустойчивые изоляты генцентра, подверженного экстремальному
засолению (район Челкары в Приаралье) и солечувствительные изоляты из с/х полей – наименьший
(Н=1.09 и 0.4, соответственно). Таким образом, полученные результаты являются принципиально
новыми данными о генотипическом полиморфизме генов, детерминирующих адаптивный потенциал
клубеньковых бактерий.
Работа поддержана грантами РФФИ 15-04-09295а и 14-04-01441а.
Список используемой литературы:
1. Ибрагимова М.В. и др., 2006;
2. Румянцева М.Л., Мунтян В.С. и др., 2015;
3. Glenn et al., 2004.
115
P-57
СИСТЕМА СОРТОВ ПШЕНИЦЫ В РАЗРЕЗЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО
РАЙОНИРОВАНИЯ РЕГИОНА
Сюков В.В., Шевченко С.Н., Мадякин Е.В.
ФБГНУ «Самарский НИИСХ»
E-mail: vsyukov@mail.ru
Подробный анализ почвенных, геолого-ландшафтных, геоботанических и климатических разностей
по территории Самарской области позволил нам сформировать семь основных агроэкологических
мезазон. Опираясь на концепцию адаптивного растениеводства, нами была поставлена задача создать
адресно для каждой из этих мезазон систему сортов с/х культур. Целенаправленный отбор по ряду
ярко выраженных признаков (устойчивость к грибным заболеваниям, высота растения и
устойчивость к полеганию, устойчивость к прорастанию зерна, продолжительность вегетационного
периода) позволяет целенаправленно создавать сорта для соответствующего комплекса условий
среды. Однако по большинству количественных признаков, для фенотипического проявления
которых велик вклад эпигенетической составляющей, вести такой отбор сложно. Предлагается
использовать комплекс статистических методов на фоне экологического градиента для оценки
симилярности генотип-средовых откликов генотипов на смену факторов среды. Наиболее
эффективным методом являются методы многомерного шкалирования (метод главных компонент и
визуализация многомерного шкалирования в координатах двух главных компонент, би-плот анализ).
Используя эти подходы, мы провели анализ комплекса сортов озимой пшеницы, яровой мягкой и
яровой твёрдой пшеницы по специфическому генотип-средовому отклику, и локализовали кластеры
сортов по агроэкологическим мезезонам региона.
116
P-58
УГЛЕВОД-БЕЛКОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В МИКОПЛАЗМЕННОМ ПАТОГЕНЕЗЕ
РАСТЕНИЙ
Токовенко И.П., Коробкова К.С.
Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К.Заболотного НАН Украины, Д03680,Киев МСП, ул.
Академика Заболотного,154
E-mail: tira@bigmir.net
Известно, что микоплазмозы наносят большой ущерб растениеводству. Потери урожая от
микоплазменных болезней могут достигать 25 %. Среди распространенных микоплазменных
болезней растений наиболее вредоносным, приводящим к 60 – 80 % потерь урожая, является
заболевание бледно-зеленой карликовости пшеницы (БЗК), возбудителем которого является
Acholeplasma laidlawii var.granulum штамм 118. В инициации патологического процесса особая роль
принадлежит уникальному механизму межклеточного распознавания, в основе которого лежит
углевод-белковое взаимодействие с непосредственным участием в этом процессе углеводсвязывающих белков – лектинов. Поэтому изучение углевод-белкового взаимодействия
фитопатогенной ахолеплазмы A. laidlawii var.granulum шт.118 с растительными клетками является
одной из актуальных, основных и первоочередных задач.
Нами исследована углеводная специфичность лектинов фитопатогенной ахолеплазмы A.
laidlawii var.granulum шт.118, а также изучена углеводная специфичность лектинов здоровых и
инфицированных этой ахолеплазмой каллусов сахарной свеклы. При этом выявлена их различная
активность по отношению к использованным углеводам. Так, при изучении углеводной
специфичности лектинов A. laidlawii var.granulum шт.118 установлено, что лектины этой ахолеплазмы
оказались высокоспецифичными к α - метил – D - глюкозиду, а также к D – галактозамину . НСl ,
рафинозе, D - глюкозамину . НСl и D – маннозе. Лектины контрольных образцов исследованных
каллусов были специфичными к мелибиозе (Gal 1 – 6 Glc) и мальтозе (Glc 1 – 4 Glc), в то время как у
лектинов из каллусов, инфицированных A. laidlawii var.granulum шт.118 была обнаружена
специфичность к D –алозе, N - ацетил- D -глюкозамину, D - глюкозамину . НСl , L - ксилозе и L рибозе. При исследовании динамики лектиновой активности каллусов сахарной свеклы,
инокулированных ахолеплазмой, показано, что активность лектинов клеточных культур сахарной
свеклы увеличивалась в 4,5 раз в первые часы после инфицирования, что свидетельствует о
включении защитных механизмов в ответ на инфицирование патогеном и подтверждается
значительным увеличением активности лектинов в первые часы после инокуляции ахолеплазмой.
Полученные данные свидетельствуют о неспецифическом ответе растительных клеток на
действие патогена, а также свидетельствуют об участии лектинов в регуляции защитных реакций
растительных клеток при инфицировании их патогеном.
117
P-59
АССОЦИАТИВНЫЕ БАКТЕРИИ AGROBACTERIUM TUMEFACIENS РИЗОПЛАНЫ
ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР
Фунг Тхи Ми1, В.Т. Емцев1, Л.А. Поздняков2, Н.А. Манучарова2, О.В. Селицкая1
1
Российский государственный аграрный университет-МСХА имени К.А.Тимирязева
2
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова
E-mail: phungthimy87@gmail.com
В последние время интерес к исследованию ассоциативных азотфиксирующих бактериям,
существенно вырос, так как эти бактерии, обитая на корнях растений, улучшают их азотное питание,
стимулируют рост, а также обеспечивают защиту от фитопатогенов и способствуют адаптации
растений к стрессовым факторам.
Объектами исследования являются ассоциативные бактерии ризопланы 2 видов овощных
культур, выращиваемых в условиях северного Вьетнама: водяной шпинат (Ipomoea aquatica) и
разнолистная капуста (Brassica integrifolia), которые ранее не изучались в подобных исследованиях.
Впервые из ризопланы этих овощных растений выделено 227 чистых бактериальных культур.
Среди этих культур были отобраны штаммы, проявляющие наиболее высокую способность
активировать развитие проростков тестовых растений, а также стимулировать их рост и проявлять
высокую азотфиксирующую активность как в чистых культурах, так и непосредственно на корнях
живых растений. Определение филогенетического положения наиболее активных изолятов на
основании секвенирования гена 16S рРНК показало, что они принадлежат к семейству Rhizobiaceae
филогенетической группы Alphaproteobacteria и наиболее близки к типовому штамму рода
Agrobacterium – A. tumefaciens, что было подтверждено по физиолого-биохимическим признакам.
Таким образом, выделенные нами штаммы A. tumefaciens, известного как фитопатоген, выступают в
качестве ассоциативных азотфиксаторов и, более того, оказывают положительный эффект на рост и
развитие культурных растений. Данный эффект был проверен в условиях вегетационного опыта.
Проведенные вегетационные опыты с выделенными штаммами A. tumefaciens показали, что
некоторые из них (прежде всего, F12, выделенный из ризопланы B. integrifolia) оказывают сильное
положительное влияние на условия азотного питания культурных растений и содержание азота в
стеблях и готовой продукции.
118
P-60
СЕЛЕКТИВНЫЙ ОТБОР КЛУБЕНЬКООБРАЗУЮЩИХ ЕДИНИЦ В БОБОВОРИЗОБИАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ГОРОХА, БОБОВ, ЧИНЫ И ЧЕЧЕВИЦЫ
Хапчаева С.А.1, Зотов В.С.1, Дидович С.В.2
1
2
ФГБУН Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН, Москва, Россия,
ГБУ РК «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма», Симферополь,
Республика Крым, Россия
E-mail: sakhapchaeva.1990@gmail.com
Данная работа нацелена на выявление специфичности во взаимодействии между бобовыми растениями
трибы Vicieae и ризобиями различных хромосомных и симбиотических генотипов. Была проведена
молекулярно-генетическая оценка полиморфизма и специфичности клубенькообразования в бобоворизобиальной системе гороха, бобов, чины, чечевицы посредством скрининга 96 клубенёк образующих
единиц (КлОЕ) с использованием фингерпринтинга hin-регион ПЦР на базе родоспецифичного маркера
(Зотов с соавт., 2011) и RFLP симбиотического nodD-гена. Идентификацию КлОЕ проводили путём
сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей гена β-субъединицы ДНК-зависимой
РНК полимеразы (rpoB). Растения ГПИ (группа перекрестной инокуляции) выращивались в условиях
полевого опыта (в Подмосковье) с предпосевной обработкой смесью ризобий различных генотипов
(sym, chr).
Посредством анализа хромосомного маркера rpoB все исследуемые образцы КлОЕ были
отнесены к виду Rhizobium leguminosarum и выявлены 8 генотипов ризобий. Наиболее
распространёнными оказались ризобии, сходные по генотипу с интродуцированными штаммамиинокулянтами. По данным RFLP nodD-гена выявлено 4 симбиотипа клубенькообразующих единиц.
При этом у всех опытных растений наблюдалась явная предрасположенность к sym-4 симбиотипу, в
два раза реже встречались ризобии с sym-2 генотипом. Ранее при работе с чистыми культурами
коллекционных штаммов нами было установлено, что симбионты растений ГПИ относятся к двум
генотипам: I/A и I/B, причём для изолятов ризобий бобов в подавляющем большинстве случаев
характерен I/B, а у изолятов гороха преобладает I/А генотипы (Пунина с соавт., 2013; Khapchaeva et
al., 2013). При проведении скрининга КлОЕ в настоящем опыте было выявлено 4 генетических
профиля: I/A, I/B и два новых – Ia (250 bp) и HF /Heavy Fragment/ (1300 bp). Интересен тот факт, что
два новых «артефактных» hin-регион генотипа стали детектироваться в случае работы с тотальной
ДНК клубеньков. Большая часть КлОЕ (70%) представлена тремя «комплексными» (chromosome и
symbiotic) генотипами ризобий, встречаемость остальных КлОЕ носит случайный характер.
Симбиотические плазмиды четвёртого типа были обнаружены у всех КлОЕ Ia- и большинства I/Bгенотипа по hin-региону. Sym-плазмиды второго типа присутствовали в большинстве КОЕ I/Aгенотипа по hin-региону. Для растений бобов (Vicia faba) характерна сцепленность хромосомного hinмаркера Ia - и I/B-генотипов с четвёртой группой по симбиотическому nodD-гену. Для растений
гороха (Pisum sativum) наблюдается корреляция I/A-генотипа со второй группой sym-генотипа по
nodD-гену. Хромосомной ризобиальной предпочтительности у растений чины и чечевицы не
наблюдалось. Структура hin-региона, а также его сцепленность с nodD-геном даёт основание
предположить, что вышеупомянутые «артефактные» генотипы Ia и HF возникают в случае, когда
клубенёк у растений ГПИ в своём составе несёт «неблагоприятную» (sym-1 и sym-3) плазмиду, т.е.
находится под селективным отбором со стороны растения. Полученные результаты можно
использовать при направленной селекции клубеньковых бактерий наиболее «подходящих»
определённому виду (сорту) бобовых растений из ГПИ, что позволит создавать локально наиболее
эффективные и стабильные растительно-микробные системы.
Данная работа проводилась в рамках договора о научном сотрудничестве между
Институтом биохимии им. А.Н. Баха и отделом микробиологии Института сельского хозяйства
Крыма при финансовой поддержке грантов РФФИ (14-44-01621 р_юг_а и 15-29-01272 офи_м).
119
P-61
ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИОПРЕПАРАТА ФОСФОЭНТЕРИН
ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
Чайковская Л.А.
ГБУ РК «НИИ сельского хозяйства Крыма»
E-mail: ludachaika@mail.ru
Применение микробных удобрительных препаратов в агротехнологиях выращивания
сельскохозяйственных культур - один из важных аспектов современного земледелия.
Микроорганизмы, являющиеся основой этих препаратов, не только улучшают минеральное питание
растений за счет фиксации атмосферного азота или трансформации труднорастворимых фосфатов, но
также могут быть продуцентами физиологически активных соединений (аминокислот, фитогормонов,
антибиотиков), повышающими рост, развитие растений и качество продукции. В отделе
микробиологии НИИ с/х Крыма создан препарат Фосфоэнтерин на основе почвенной бактерии
Enterobacter nimipressuralis 32-3, которая способна к трансформации труднорастворимых фосфатов
(минеральных и органических) и является активным продуцентом фитогормонов (ИУК, цитокининов,
гиберрелинов).
Цель наших исследований состояла в изучении влияния совместного применения
предпосевной бактеризации семян (Фосфоэнтерин) и различных доз минеральных удобрений на
урожайность пшеницы озимой и ячменя ярового в агроклиматических условиях южной Степи
Украины. Полевые опыты проведены на опытных участках Крымского агропромышленного колледжа
(чернозем южный тяжелосуглинистый, Симферопольский р-н) и Института земледелия южного
региона НААН Украины (темно-каштановая солонцеватая среднесуглинистая почва, Херсонская
обл.). Ячмень яровой сорта Сталкер выращивали на темно-каштановой почве на 3 фонах: без
внесения удобрений, N30P30К0, расчетная доза удобрений (N57P0K0). Пшеница озимая сорта Фантазия
одесская выращена на черноземе южном, опыты проведены на 4 фонах: без удобрения и при
внесении аммофоски из расчета P30, P60, P90. Повторность опытов – четырехкратная, в контроле не
проводили предпосевную бактеризацию семян.
По результатам трехлетних исследований установлено, что бактеризация повышала зерновую
продуктивность ячменя ярового по сравнению с контролем на всех изученных фонах: без внесения
удобрений и N30P30К0 – 10 %, расчетная доза удобрений (N57P0K0) – 20 %. Согласно экономической
оценке применения Фосфоэнтерина, дополнительные затраты, связанные с бактеризацией,
многократно окупаются эффектом ее воздействия. Экономическая эффективность применения
Фосфоэнтерина на неудобренных участках, на фоне N30P30К0 и расчетной дозы удобрений превышала
контрольные показатели: уровень рентабельности возрастал на 9 %, 10 % и 22 %; себестоимость
зерна снизилась на 7 %, 8 % и 15 % соответственно.
Анализ результатов урожайности пшеницы озимой (среднее за 3 года) показал, что
применение Фосфоэнтерина для предпосевной бактеризации семян в почвенно-климатических
условиях Крыма является эффективным приемом повышения зерновой продуктивности. Она
возрастала по сравнению с контролем на каждом изученном фоне: без удобрения – 8 %, P30 - 31 %,
P60 - 21 %, P90 - 18 %. Расчеты экономической и энергетической эффективности предпосевной
бактеризации показали, что наиболее целесообразным является ее совмещение с внесением
аммофоски в дозе P30. Установлено, что при этом возрастает не только количество, но и качество
зерна: содержание белка достигает 12 %, клейковины – 28 % против 10 % и 21 % в контроле
соответственно.
Таким образом, выявлено положительное воздействие предпосевной бактеризации семян
(микробный препарат Фосфоэнтерин) на зерновую продуктивность пшеницы озимой и ячменя
ярового в агроклиматических условиях Крыма и Херсонской области.
120
P-62
МОЗАИЧНОСТЬ АКСЕССОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГЕНОМАХ ПРИРОДНЫХ ШТАММОВ
SINORHIZOBIUM MELILOTI
Черкасова М.Е., Мунтян В.С., Румянцева М.Л.
Лаборатория генетики и селекции микроорганизмов, ФГБНУ Всероссийский научноисследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии, шоссе Подбельского 3, 196608,
Пушкин, Санкт-Петербург, Россия
Е-mail: genet@yandex.ru, mariiacherkasova@mail.ru
Sinorhizobium meliloti – повсеместно встречающийся почвенный вид бактерий, способный вступать в
азотфиксирующий симбиоз с бобовыми растениями из группы перекрестной инокуляции люцерны.
Для S. meliloti характерен многокомпонентный геном, состоящий из нескольких репликонов хромосомы и плазмид. До недавнего времени гены, локализованные на хромосоме, рассматривали
как коровый геном, однако исследования последних лет показали, что в составе хромосомы
присутствуют различной протяженности аксессорные элементы, например геномные острова.
Целью работы было изучить мозаичность аксессорных элементов генома у 184 природных
штаммов S. meliloti, различавшихся по стрессоустойчивости и выделенных в двух географически
удаленных центрах генетического разнообразия люцерны (ПАГ – Приаральский генцентр и СКГ –
Северо-Кавказский генцентр), на примере аксессорных элементов генома – геномных островах
Sme21T, Sme19T и Sme80S, которые впервые были выявлены и описаны в хромосоме тест-штамма
S.meliloti Rm1021. Показано, что вариант аксессорного генома, включающий три острова, встречался
менее чем у 4% природных штаммов. Наиболее часто у природных штаммов присутствовал один или
два изучаемых острова (41,2 и 11%, соответственно). В тоже время геномы существенной части
штаммов не имели островов (43,9%). Встречаемость островов также оценили в группе штаммов (доля
от выборки 0,39) определенного типа корового генома, который определяли на основании
комбинированного анализа полиморфизма rrs-rrl рибосомальных оперонов (16S-23S РНК),
последовательностей гена leuB, вовлеченного в общий метаболизм и генов betBC, ответственных за
формирование ответа на гиперосмотический стресс. Оказалось, что наличие или отсутствие островов
в геномах штаммов данной группы было сходным с таковым во всей выборке (2,8%, 28,9%, 16,7% и
41,7%, соответственно).
Выявлена специфика наследования геномных островов в географически различных
популяциях. Анализ показал, что остров Sme80S характерен для геномов штаммов из ПАГ (района
подверженного засолению), а Sme21T – для штаммов из СКГ. Полученные данные позволили
предположить, что эти острова влияют на приспособленность клубеньковых бактерий к стрессовым
воздействиям.
Анализ внутренней структуры островов in silico выявил, что некоторые последовательности
или их части, гомологичные расположенным в островах, можно встретить в других частях генома,
что позволяет предположить закрепление генов, привнесенных на островах в структуре
многокомпонентного генома S. meliloti. Представляет интерес оценить взаимосвязь структуры
геномных островов с их функциональной ролью.
Работа поддержана грантами РФФИ 15-04-09295а и 14-04-01441а.
121
P-63
ПОЛНОПРОФИЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МИКРОБИОМОВ ДВУХ СОПРЯЖЕННЫХ ПОЧВ
ПОЛУПУСТЫНИ ПРИКАСПИЙСКОЙ НИЗМЕННОСТИ
Чернов Т.И., Тхакахова А.К., Лебедева М.П., Кутовая О.В.
ФГБНУ Почвенный институт им. М.В. Ломоносова
E-mail:chern-off@mail.ru
Большинство молекулярно-биологических исследований почвенных микробиомов рассматривают
лишь верхние 20-25 см почвы, что не позволяет судить о почве как о единой системе от поверхности
до материнской породы. По мнению авторов данной работы, более ценным для выявления
взаимосвязи структуры почвенных микробиомов с экологическими факторами является
сравнительный анализ микробных сообществ всех горизонтов почвенного профиля, различающихся
по своим свойствам.
Целью данного исследования был сравнительный анализ прокариотных биомов почвенных
горизонтов двух контрастных почв полупустынного почвенного комплекса.
Объектами исследования являлись профили двух почв целинного участка в северно-западной
части Прикаспийской низменности. Почвенные разрезы были заложены на противоположных
элементах микрорельефа – солонец на микроповышении и лугово-каштановая почва в западине
глубиной около 20 см. Образцы почвы отбирались из средних частей выделенных горизонтов,
проводилось выделение из них тотальной ДНК и секвенирование гена 16S рРНК а также анализ
агрохимических свойств почвенных образцов. Обработка данных проводилась при помощи
программы QIIME.
Разнообразие прокариотного сообщества (согласно количеству обнаруженных ОТЕ, индексов
Шеннона и Chao1) в солонце падает в нижних горизонтах профиля, кроме того, выявлено его резкое
уменьшение в солонцовом горизонте, характеризующемся высокой плотностью, тяжелым
гранулометрическим составом и высоким содержанием обменного натрия. В каштановой почве
наблюдалось лишь незначительное снижение разнообразия вниз по профилю. В горизонтах с низким
разнообразием доминируют протеобактерии семейств Enterobacteriaceae, Pseudomonadaceae и
Sphingomonadaceae. В верхних горизонтах солонца и каштановой почвы, несмотря на существенно
различающиеся агрохимические свойства и разный состав растительности на поверхности этих почв,
разнообразие и таксономический состав прокариот различались слабо. Анализ бета-разнообразия по
методу UniFrac выявил схожесть прокариотного населения верхних горизонтов двух почв и
увеличивающуюся разницу между ними в нижних горизонтах.
По мнению авторов, особенности структуры микробиомов исследованных почв объясняются
не значениями отдельных показателей, считающихся основными экологическими факторами для
микробиоты (pH, содержание органического вещества), а водным режимом этих почв, играющим
роль лимитирующего фактора в аридных экосистемах. Данный вывод основывается на анализе
совокупности почвенных горизонтов исследованных почв и был бы невозможен при исследовании
лишь поверхностного горизонта.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 15-04-00918 А.
122
P-64
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА СВОЙСТВА КОНИДИЙ
ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОДУЦЕНТА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ ASPERGILLUS NIGER В
ПРОЦЕССЕ ХРАНЕНИЯ
Шарова Н.Ю.
ФГБНУ ВНИИПД
E-mail: vniipakk55@mail.ru
Представлены результаты исследований влияния низкой температуры -12 оС, -18 оС, -80 оС и -150 оС
на свойства конидий штамма – продуцента лимонной кислоты Aspergillus niger Л-4. Установлено, что
свойства конидий в процессе хранения зависят от формы закладки спор. Споровый материал в виде
воздушно-сухих конидий менее подвержен холодовому стрессу. Присутствие глицерина в качестве
криопротектора отрицательно сказывается на всхожести конидий. Его использование для хранения
спорулирующего мицелия способствует повышению биосинтетической активности продуцента. В
условиях холода аспергилл синтезирует полиолы. В клетках изменяется соотношение альдогексоз и
гексулоз. Собственные криопротекторы наряду с глицерином способствуют сохранению
направленности биосинтеза и активизации альдолазы. Использование низких температур позволяет
сохранять стабильность штамма Aspergillus niger Л-4 и модифицировать метод хранения спорового
материала с целью увеличения срока хранения.
123
P-65
ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНОМОВ ЦИАНОБАКТЕРИЙ
Шестаков С.В.
Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН
E-mail: shestakovgen@mail.ru
К 2015 году определены нуклеотидные последовательности полных геномов более 60 видов/штаммов
цианобактерий (ЦБ). На основе использования методов сравнительной филогеномики получена
информация об эволюционной истории различных групп ЦБ. Построена схема последовательных
этапов эволюции ЦБ в биогеохимическом масштабе. Рассмотрены альтернативные направления
геномных преобразований, определяющих экофизиологическую диверсификацию морских видов ЦБ.
Биоинформационный анализ геномов Prochlorococcus свидетельствует о том, что они
сформировались в ходе редукционной эволюции. Для этой группы ЦБ характерно отсутствие
мобильных элементов, минимизация числа паралогичных генов и высокий уровень мутабильности,
обусловленный ограниченными возможностями репарации ДНК. Редукция генома выявлена у
некультивируемой азотфиксирующей цианобактерии UCYN-2, утратившей гены фотосистемы II и
синтеза некоторых аминокислот и факторов роста, которые она получает от партнеров в экосистеме,
являясь криптическим симбионтом. Другая группа ЦБ с большими геномами (Crocosphaera watsonii,
Trichodesmium и др.) отличается низким уровнем генного полиморфизма, экспансией генных
семейств, высокой частотой геномных перестроек с участием большого набора транспозаз. У
симбиотических/ассоциативных ЦБ эволюция геномов шла комбинированным путем: с утратой
лишних генов, функции которых компенсировались ресурсами партнера (Raphidopsis brokii) и с
расширением генного репертуара (Nostoc punctiforme и др.), необходимого для оптимизации
взаимодействия с растением в симбиотическом и ассоциативном сообществе.
Работа поддержана грантом программы Президиума РАН «Эволюция органического мира и
планетарных процессов».
124
P-66
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ СИМБИОТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
АРБУСКУЛЯРНОЙ МИКОРИЗЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МУТАНТОВ СИЛЬНО
МИКОТРОФНОЙ ЛЮЦЕРНЫ ХМЕЛЕВИДНОЙ
Юрков А.П.1,2, Гапеева Н.В.1, Якоби Л.М.1
1
2
ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург), Россия
ФГБОУ ВПО Российский государственный гидрометеорологический университет (СанктПетербург), Россия
E-mail: yurkovandrey@yandex.ru
Арбускулярная микориза (АМ) является одной из наиболее распространенных форм растительномикробных взаимодействий. Этот симбиоз образуют более 80% видов наземных растений с грибами
отдела Glomeromycota. Значимость АМ в экосистемах трудно переоценить. Грибы АМ усиливают
поступление микро- и макроэлементов (особенно фосфора) в растения, повышают их адаптацию к
стресс-факторам среды, влияют на гормональный статус растения. Однако в силу ряда причин до сих
пор остаются неясными механизмы, контролирующие симбиотическую эффективность АМ.
С этой целью авторами проведен отбор модельного растения-хозяина. Показан существенный
межпопуляционный и внутрипопуляционный полиморфизм по симбиотической эффективности
люцерны хмелевидной с грибом АМ Glomus intraradices. Это позволило селектировать сильно
микотрофную линию люцерны (MlS-1). На линии MlS-1 был проведен химический мутагенез
этилметансульфонатом с получением мутантов с дефектами в развитии АМ. Стабильность
наследования признаков проверена до поколения М10. В числе полученных мутантов впервые
получен мутант люцерны хмелевидной – бобового растения с образованием неэффективной
арбускулярной микоризы. Результаты исследований свидетельствуют о возможности использования
полученной мутантной растительной линии для изучения механизмов, контролирующих
симбиотическую эффективность АМ. С помощью трансмиссионной электронной и конфокальной
микроскопии симбиотических структур у мутанта планируется установить морфотип формируемой
АМ.
Исследования поддержаны грантом Президента РФ (договор МК-5964.2013.4).
125
P-67
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ШТАММОВ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ В УСЛОВИЯХ
ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ
Яковлева М.Т.
ФГБНУ Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
677001, г. Якутск, ул. Бестужева-Марлинского 23/1
E-mail: maryatimofeevna@mail.ru
Изучены биопрепараты на основе штаммов клубеньковых бактерий из Национальной коллекции
ВНИИСХ микробиологии г. Санкт-Петербурга.
В условиях мерзлотных таежных палевых осолоделых почв Центральной Якутии применение
биопрепаратов на основе штаммов клубеньковых бактерий способствует повышению урожайности
зеленой массы люцерны, улучшают деятельность симбиотического аппарата растений, повышает
качество люцернового корма, снижают затраты на производство растительного белка.
Инокуляция люцерны бактериальным препаратом на основе штаммов клубеньковых
бактерий (посев и бактеризация штаммами клубеньковых бактерий произведена в 1997г., учет 2010г)
оказала положительное влияние на урожайность зеленой массы люцерны серповидной сорта
Якутская желтая, которая составила 35т/га, что на 20% выше, чем в контрольном варианте. У
варианта с инокуляцией штаммом 423б содержание сырого протеина составило 20,6% на абсолютно сухое вещество, тогда как у контроля – 18,7%, сырой клетчатки 22,7%, 23,7%, соответственно, что
соответствуют, или приближается к стандарту на сено первого класса. По кормовой ценности
лучшим был вариант со штаммом 5562. В которых сбор переваримого протеина составил
соответственно 174 и 182г. в среднем за годы исследований биоэнергетический коэффициент в
опытных вариантах составил 8,5, в контрольном варианте– 7,4. Почва опытного участка –
мерзлотная таежная, палевая, среднесуглинистая. Содержание гумуса до посева люцерны в пахотном
слое - 2,67 %, с глубиной его содержание уменьшается до 0,44 %. В сравнении с агрохимическим
составом почвы до посева семян (1997 г.) разница по содержанию гумуса в почве в среднем по опыту
составляет 1,0 %. В зависимости от вариантов, содержание гумуса в пахотном слое под травостоем
люцерны после 15 лет инокуляции колеблется от 0,34 -0,4%, от исходных данных 1,22%. При этом,
расход фосфора на инокулированных вариантах меньше и отмечено снижение содержание общего
азота, наблюдается накопление калия, что характерно для мерзлотных почв
126
P-68
АССОЦИАТИВНЫЕ БАКТЕРИИ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ
ПРОДУКТИВНОСТИ РИСА
Якубовская А.И.
ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения» 420059
E-mail: midyza_kiss@mail.ru
Одним из факторов биологизации земледелия является применение биопрепаратов на основе
эффективных штаммов микроорганизмов различной функциональной направленности.
Из апикальной части корней (по принципу элективности) выделены штаммы ассоциативных
с растениями риса бактерий родов Enterobacter, Flavobacterium, Pseudomonas. Штаммы имеют
комплекс полезных свойств: стимуляция развития проростков и роста растений, азотфиксация,
фосфатмобилизация.
Интродукция перспективных штаммов в ризосферу способствовала увеличению
биометрических показателей развития растения, повышению устойчивости к температурному стрессфактору, что выразилось в прибавке урожая на 45% и уменьшении пустозерности до 40%. При этом
активизируются микробиологические процессы в ризосфере растений. Отмечена тенденция
повышения численности аммонификаторов, диазотрофов и микроорганизмов – деструкторов
целлюлозы. Респирация ризосферной почвы увеличивалась в 2–4 раза, каталазаная активность
возрастала на 12,3–101,5%. Численность фосфатмобилизирующих бактерий в ризосфере
коррелировала с урожайностью риса (r = 0,8).
Ключевые слова: ассоциативные микроорганизмы, растения риса, интродукция, ризосфера.
127
P-69
ОПТИМИЗАЦИЯ СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БИОУДОБРЕНИЯ НА ОСНОВЕ
ЭФФЕКТИВНОГО КОНСОРЦИУМА МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ ДЛЯ
РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ РТ
Яппаров А.Х., Дегтярева И.А.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Татарский научноисследовательский институт агрохимии и почвоведения»
E-mail: niiaxp2@mail.ru
Из различных типов почв Республики Татарстан выделены 15 ассоциаций углеводородокисляющих
микроорганизмов. Отобран эффективный консорциум микроорганизмов-деструкторов, способный
активно расти в присутствии нефтепродуктов до 12% от массы почвы. Входящие в его состав штаммы
идентифицированы и депонированы в Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов
сельскохозяйственного назначения Российской академии сельскохозяйственных наук: Pseudomonas
stutzeri Р-1026 (RCAM02107), Achromobacter insolitus А-102 (RCAM02108) и Achromobacter
xylosoxidans А-10 (RCAM02109). Эти штаммы утилизируют различные углеводороды – дизельное
топливо, мазут, вакуумную газоль, гексан, толуол. При рекультивации микроорганизмы-деструкторы
консорциума активно встраиваются в естественную популяцию, быстро адаптируются и эффективно
разлагают углеводороды, ускоряя процесс возврата почв в сельскохозяйственный оборот в 3 раза.
128
P-70
ISOLATION AND IDENTIFICATION OF PEA ENDOPHYTIC BACTERIA POSSESSING
AGRONOMICALLY BENEFICIAL TRAITS FROM A NUMBER OF PEA GENETIC LINES
Afonin A.M.1,2, Sulima A.S. 1, Akhtemova G.A. 1, Zhukov V.A. 1, Borisov A.Yu. 1,
Tikhonovich I.A.1
1
Laboratory of Genetics of Plant-Microbe Interactions, All-Russia Research Institute for Agricultural
Microbiology, Podbelsky chaussee 3, 196608Saint-Petersburg – Pushkin, Russia
2
Saint-Petersburg State University, Universitetskaya emb. 7-9, 199034, Saint-Petersburg, Russia
Е-mail: afoninalexeym@gmail.com
Some bacteria possess an ability to use internal environment of plants (endosphere) as an ecological niche.
Bacteria that do not cause diseases or affect plant growth and development while living in the endosphere are
called endophytic bacteria. Each of more than 300 000 existing plant species might potentially be a host for
one or more endophytic microorganisms that could be fungi or bacteria. As of now plant microbiomes are
mostly an unexplored wilderness.
Objective of this study was to isolate the culturable endophytic bacteria of garden pea (Pisum sativum
L.) and investigate the properties of these bacteria for development of microbial fertilizers.
Endophytic bacteria were isolated from stems and seeds of the followng genotypes of pea: JI 2822,
VIR 8274, cv. «Triumph». Seeds and stems were sterilized in 70% ethanol and sodium hypochlorite and
were subsequently placed on solid agar media TSA, 1/20 TSA, R2A, Kings medium, and MPA with glycerol.
135 strains were isolated in total, and 18 of them possessed agronomically-beneficial traits (plant
growth promoting activity, production of auxin-like compounds production, fungicidal and antibiotic
activity). Molecular identification of these strains was executed by sequencing V1-V9 variable regions of
16S rDNA amplified with universal primers.
Identified strains belonged to 8 genera: Bacillus (majority of strains), Stenotrophomonas,
Microbacterium, Paenibacillus, Kocuria, Staphylococcus, Micrococcus, Actinobacterium.
Thus, bacteria of pea microbiome are mostly Gram-positive. The most of strains possessing
agronomically-beneficial traits belong to the genus Bacillus.
Analysis of other pea lines and of taxonomical composition of endomicrobiome using additional
semantides is planned as a further step of the work.
This research was supported by grants of the President of the Russian Federation (NSh-4603.2014.4)
and RFBR (14-04-32289).
129
P-71
STRUCTURE OF RHIZOSPHERIC MICROBIAL COMMUNITIES IN DIFFERENT SUBSTRATES
Akhtemova G.A., Zhernakov A.I., Afonin A.M., Loshakova K.A., Merzlyakova Ya.V.,
Zhukov V.A., Borisov A.Yu., Tikhonovich I.A.
Laboratory of Genetics of Plant-Microbe Interactions, All-Russia Research Institute for Agricultural
Microbiology, Podbelsky chaussee 3, 196608, Saint-Petersburg – Pushkin, Russia
E-mail: ahgulya@yandex.ru
The microbiome compositions of sod-podzolic loamy soil (Belogorka, Leningrad region) and of filtrationwash precipitate (FWP) from a sugar processing plant (Zalegoshinsky sugar plant, Orel region) were studied.
Traditional crops, namely pea (Pisum sativum L.) and wheat (Triticum aestivum L.) were grown in these
substrates.
Analysis of taxonomical composition of soil microbiome involved the following methods:
pyrosequencing analysis (454-sequencing, GS Junior, Roche) of 16S-rDNA (for prokaryotic organisms)
amplicon libraries (constructed from DNA isolated from growth substrates) in combination with RT-PCR.
Total number of diagnostic DNA fragments for prokaryotic organism in soil was 1x1010, two times
higher than that in FWP - 6,0x109 (per 1 gram of substrate). There were 16 bacterial phyla in plantless FWP
with Proteobacteria and Actinobacteria dominating, and 10 phyla in plantless soil, with Proteobacteria and
Verrucomicrobia dominanting. Thus, raw growth substrates differ both in total number of microorganisms
and in composition of prokaryotic microbiome.
In soil samples taken after plant vegetation 13 bacterial phyla were identified, most dominant being
Proteobacteria and Verrucomicrobia after pea vegetation and Proteobacteria with Actinobacteria after wheat
vegetation. In FWP Actinobacteria and Proteobacteria were dominant after pea vegetation, while
Verrucomicrobia was almost absent. In FWP after wheat vegetation, on the other hand, Verrucomicrobia was
dominant along with Proteobacteria.
Total number of diagnostic DNA fragments for fungi in soil and in FWP was almost the same:
1,5х108 and 1,3х108, respectively. In substrates after vegetation the numbers increase 2,7 times for soil and
3,5 times for FWP. Fungal microbiome (evaluated by ITS amplicon libraries sequencing) consisted of 2
phyla: Ascomycota and Basidiomycota, and was identified only to the level of fungal orders. Orders
Hypocreales and Tremellales dominated in soils, while Hypocreales and Glomerellales were dominant in
FWP microbiome.
Similar results were obtained by cultivating microorganisms on solid media. Data obtained with
molecular biology methods are in accordance with data obtained with classical methods. Yield of both pea
and wheat is two times higher in FWP than in soil, correlating with the microbial diversity levels. Thus,
microbial biodiversity of a substrate is an important diagnostic feature.
This study was supported by grant of the President of the Russian Federation (НШ-4603.2014.4).
130
P-72
GENETIC MAPPING OF PEA (PISUM SATIVUM L.) SYMBIOTIC GENES
Kriukov A.A., Zhukov V. A., Tikhonovich I. A.
Laboratory of Genetics of Plant-Microbe Interactions, All-Russia Research Institute for Agricultural
Microbiology, Podbelsky chaussee 3, 196608, Saint-Petersburg – Pushkin, Russia
Е-mail: rainniar@rambler.ru
Pea (Pisum sativum L.) is one of the most valuable agricultural legume crops and therefore the study of the
genetic control of the interaction of pea with beneficial soil microorganisms is an actual problem of modern
biology. In the Laboratory of Genetics of Plant-Microbe Interactions of All-Russia Research Institute for
Agricultural Microbiology we perform genetic mapping of a number of pea symbiotic genes using genespecific molecular markers. In the present work the genes Sym5, Sym16 and Sym32 were mapped in relation
to markers with known position in the genome ("anchor markers"). Location of gene Sym5 was confirmed in
the I linkage group (between markers PSU81288 (distance between the marker and the gene 13,5 cM) and
AS-2 (35,0 cM)). The gene Sym16 has been mapped in relation to markers PGD (23,1 cM) and Rbcs (20,3
cM) in the V linkage group. The most significant progress has been made in mapping the gene Sym32, which
has been localized by us on genetic map in relation to 6 markers within the range of 1,2 cM. Gene-specific
markers that flank Sym32 are homologous to genes Medtr3g079330.1 and Medtr3g080240.1 of Medicago
trunactula Gaertn. The newly identified gene SymCRK (Medtr3g079850.1) of M. truncatula is located
between said genes and therefore it is considered by us as the most likely candidate for Sym32 ortholog. To
check this hypothesis, the gene homologous to SymCRK was sequenced in pea mutant line RisFixO, carrying
mutated Sym32 gene, and point mutation in the 3rd exon was found that lead to amino acid change G341D.
There are some more pea symbiotic genes with unknown location in genome; work on mapping genes
Sym23, Sym24 and Sym25 is underway.
The study was supported by RFBR (№13-04-01703_a), the grant of the President of the Russian
Federation (NSh-4603.2014.4 ) and RSF (№14-24-00135).
131
P-73
COMMUNICATION AND EVOLUTION IN PLANT-MICROBE INTERACTIONS
Ben Lugtenberg
Leiden University, Department of Molecular Microbiology and Biotechnology, Sylvius Laboratory,
Sylviusweg 72, 233 BE Leiden, The Netherlands
E-mail: Ben.Lugtenberg@gmail.com
I will treat selected topics of the field of plant-microbe interactions in which communication between the
partners and / or evolution of that communication will be described at the molecular level. Examples include
the following. 1) the initiation of nodulation. 2) evolution of the type three secretion system (TTSS) from
flagellum via a needle used to suck nutrients from the plant to a syringe which injects proteins into the host
cell. 3) the arms race between pathogens and plants. 4) biofilms (Costerton / Kolter) to microbiome. 5) the
dual role of strigolactones in attracting plant enemies as well as plant beneficial microbes, and 6) bacterial
life in oil.
132
P-74
GENES THAT ENCODE NCR-PEPTIDES IN PISUM SATIVUM L.
Prakhova M.S., Sulima A.S., Zhukov V.A., Tikhonovich I.A.
Laboratory of Genetics of Plant-Microbe Interactions, All-Russia Research Institute for Agricultural
Microbiology, Podbelsky chaussee 3, 196608, Saint-Petersburg – Pushkin, Russia
E-mail: marinich5@rambler.ru
Nodule-specific cysteine rich peptides (NCR-peptides) are short (60-90 amino acids) and very variable
cysteine rich proteins. NCR-peptides act as signal molecules during formation of nitrogen fixing nodules in
some legumes, directing differentiation of bacteria in nodules into symbiotic form – bacteroids.
556 genes encoding NCR-peptides, which are expressed in nodules, were identified in a model
legume Medicago truncatula Gaertn. More than 20 years ago a few nodule-specific genes, now referred to as
NCR-peptide genes, were described for an agriculturally valuable crop - Pisum sativum L. Sequences of
NCR-peptide genes are noticeable for the fact that between two species of legumes it is impossible to find a
pair of orthologous NCR-peptide-encoding genes. Therefore, in this study, identification of NCR-peptides
gene sequences was performed by analysis of whole transcriptome of pea nodules that was assembled earlier
on the base of RNAseq on Illumina GA II X.
Homology with early nodulin genes and known NCR-peptide genes of M. truncatula was used to
search candidate genes among the pea nodule transcriptome using the BLASTN and tBLASTN algorithms.
For each detected transcript corresponding amino acid sequence was deduced. At this moment, more than 80
genes which may encode pea NCR-peptides are described, and the search for novel genes of this family is in
progress.
Identification of differentially expressed NCR-peptide genes in the set of pea mutant lines impaired
in nodulation is planned as a next step of the study.
The study was supported by RFBR (№№13-04-01702-а, 13-04-01703-a and 14-04-01442-а), the
grant of the President of the Russian Federation (NSh-4603.2014.4 ) and RSF (№14-24-00135).
133
P-75
CARBOHYDRATE SIGNALS AND RECEPTORS INVOLVED IN LEGUMERHIZOBIUM SYMBIOSIS
Jens Stougaard
Centre for Carbohydrate Recognition and Signalling, Department of Molecular Biology and Genetics,
Aarhus University, Gustav Wieds Vej 10, DK-8000 Denmark.
E-mail: stougaard@mbg.au.dk
Rhizobial Nod factors and surface polysaccharides are involved or required for establishing functional
infected root nodules. In the model legume Lotus japonicus seventeen LysM receptor kinases could be
involved in perception of Nod-factors, chitin or other signal molecules. The possible role of these LysM
type serine/threonine receptor kinases in plant-microbe interaction will be discussed. Genetic and
biochemical approaches for investigating the function of LysM receptors in perception of rhizobial
signals will be presented and a model for two-step recognition of rhizobial bacteria highlighted.
134
P-76
THE “ELUSIVE” GENE SYM2 CONTROLS THE SPECIFICITY OF SYMBIOSIS BETWEEN
“AFGHAN” VARIETIES OF PEA (PISUM SATIVUM L.) AND NODULE BACTERIA
Sulima A.S., Zhukov V.A., Borisov A.Y., Tikhonovich I.A.
Laboratory of Genetics of Plant-Microbe Interactions, All-Russia Research Institute for Agricultural
Microbiology, Podbelsky chaussee 3, 196608, Pushkin 8, Saint-Petersburg, Russia
E-mail: sulan555@mail.ru
Leguminous plants (family Fabaceae) are able to grow in the soil/substrate without any combined
nitrogen due to the fixation of atmospheric nitrogen (N2) by their symbiotic nodule bacteria collectively
called rhizobia. The legume-rhizobial symbiosis demonstrates high level of genetic and metabolic
integrity, which implies specific mutual recognition of partners.
The specificity of legume-rhizobial symbiosis mostly depends on the structure of the bacterial
signal molecule (Nod-factor), which is recognized by plant receptor kinases of LysM-RLK family.
Several genotypes within the pea (Pisum sativum L.) species originating from Middle East (region of
Afghanistan) differ in their ability to perceive the Nod-factor structure, which results in their increased
selectivity for bacterial symbionts. Plant gene controlling this trait was discovered more than 80 years ago
and named Sym2. To date, Sym2 was mapped in I linkage group of pea genome, but its nucleotide
sequence, as well as the structure and function of its protein, remain unknown.
In the present study we identified a previously unknown pea gene LykX, which has a number of
characteristics of Sym2. LykX is localized in I linkage group and encodes a receptor kinase potentially
capable of binding Nod-factor. There are two specific alleles of Sym2 leading to amino acid substitutions
in corresponding protein which correlate with the high selectivity in legume-rhizobial symbiosis. Thus,
LykX is considered the most likely candidate for the Sym2.
For a further description of the role of LykX in symbiosis we perform the TILLING analysis on
pea mutant collection (in collaboration with INRA-URGV, France). 23 mutant families were identified,
with 8 mutations presumably disrupting the function of LykX protein (according to the in silico
prediction; SIFT program). We intend to conduct the allelism test between mutant LykX and Sym2. A
positive test result will be the final confirmation of the hypothesis about LykX being Sym2.
The work was supported by RFBR grants 14-04-32289 and 15-29-02737.
135
P-77
ANTAGONIST OF POTATO COMMON SCAB PATHOGEN INCREASES MICROBIAL
DIVERSITY IN RHIZOSPHERE
Kelloniemi J.1, Hiltunen L.1, Valkonen J.2
1
2
Natural Resources Institute Finland (Luke), Oulu
Department of Agriculture Sciences, University of Helsinki, Helsinki, Finland
E-mail: jari.valkonen@helsinki.fi
Common scab disease caused by certain Streptomyces species on potato tubers is difficult to control. Yield
losses can be substantial. Besides pathogenic Streptomyces species, common scab lesions on tubers were
found to inhabit non-pathogenic strains, of which some are antagonistic to the pathogenic strains. One
antagonistic strain reduced scab symptoms by 30% in a susceptible potato cultivar and nearly eliminated
scab from a tolerant cultivar in field experiments carried out over six years. Influence of this antagonist on
the microbial populations in potato rhizophere was investigated. DNA was extracted from the soil, a 364
nucleotides long fragment of the 16S-rRNA gene including the hypervariable V3 and V4 regions was
amplified with universal primers, and the amplicons were deep-sequenced. Genetic diversity of the bacterial
community was interpreted based on 206,000 sequences per sample. Sequences with 97% or higher identity
were considered to belong to the same operational taxonomic unit (OTU) or “species”. Repeating the
antagonist treatment in two or three subsequent years increased microbial diversity significantly, which was
associated with reduced severity of common scab symptoms.
136
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ИМЕН (INDEX OF NAMES)
Агафонов Е.В.
Агеева М.В.
Азарова Т.С.
Акимова Г.П.
Актокалова Ж.Е.
Алексеев К.В.
Алещенкова З.М.
Андреева Н.А.
Андронов Е.Е.
Антонец К.С.
Аронова Е.В
Артемьева О.А.
Архипова Т.Н.
Архипченко И.А.
Асатурова А.М.
Баганова М.Е.
Багиров В.А.
Баймиев Ал.Х.
Баймиев Ан.Х.
Бартенева Л.С.
Белецкий А.В.
Белимов А.А.
Белоголова Г.А.
Беспалова Л.А.
Благова Д.К.
Бойкова Н.В.
Борисов А.Ю.
Бражник Е.А.
Брем Г.
Брусенцев А.Е.
Бурдинская О.Н.
Бурыгин Г.Л.
Вайшля О.Б.
Васильчиков А.Г.
Вершинина З.Р.
Веселова С.В.
Вечерский М.В.
Волобуева О.Г.
Воробейков Г.А.
Воробьев Н.И.
Высоцкая Л.Б.
Габбасова И.М.
Гапеева Н.В.
Гладырь Е.А.
Гоголев Ю.В.
Голиченков М.В.
Гольдин Е.Б.
Гончаров Н.П.
Горгулько Т.В.
Горшков В.Ю.
Гридасова О.В.
Гритчин М.В.
Гришечкина С.Д.
Груздев Е.В.
19
9
41, 102
113
62
57
58
59
16, 31, 76, 83, 107, 110
30, 60
112
5
21, 66
61
4
39, 41
5
6, 64, 86
6
82
32
41, 102
113
41
64
43
2, 29, 39
23, 73, 87
13
7
112
43
19, 62
29
64, 86
63, 95
37
65
24
8, 31, 107, 108
21, 66
66
125
5, 13
9
37, 83
67
10
68
9
77
75
69
32
137
Губаев Р.Р.
Гужвин С.А.
Гулий О.И.
Гуменко Р.С.
Гусев И.В.
Даминова А.Г.
Двалишвили В.Г.
Дегтярева И.А.
Демченко К.Н.
Денискова Т.Е.
Дидович С.В.
Доманина И.В.
Донская М.В.
Драгавцев В.А.
Дубина М.В.
Дубяга В.М.
Дударева Л.В.
Евсеева Н.В.
Елисеев В.В.
Емцев В.Т.
Ефимов В.М.
Жарикова Н.В.
Железова А.Д.
Жернаков А.И.
Жуков В.А.
Журенко Е.Ю.
Завалин А.А.
Заплаткин А.Н.
Зиновьева Н.А.
Зиновьева Н.А.
Зотиков В.И.
Зотов В.С.
Иванов А.Л.
Иванова Е.А.
Иванова Е.С.
Иванова К.А.
Игнатов А.Н.
Игнатов О.В.
Ильина Л.А.
Ильина Л.П.
Инге-Вечтомов C.Г.
Йылдырым Е.А.
Кадников В.В.
Какишев М.Г.
Каменева И.А.
Карасев Е.С.
Караулова Л.Н.
Картыжова Л.Е.
Китаева А.Б.
Кленовицкий П.М.
Клименко Н.И.
Клименко Н.Н.
Клименко О.Е.
Кобялко В.О.
Ковалев Н.Г.
Кожемяков А.П.
Козьмин Г.В.
9
19
11
6
5
9
5
128
78
5
70, 119
44
29
28
57
4
91
43
45
118
10
92
71
85
85
92
12
39
5
13
29
119
14
16, 71
6
72
15
10
23, 73, 87
18
30
23, 73, 87
32
110
75, 79
76
77
58
78
5
79
80
79, 81
34
103
19
34
138
Кокорина А.Л.
Колбасов Д.В.
Колодяжный А.Ю.
Коломиец Э.И.
Комов В.П.
Кононенко А.Н.
Коноплева Г.Н.
Копытина Н.И.
Корниенко А.В.
Коробкова К.С.
Коробов В.В.
Косолапов В.М.
Костина Н.В.
Костюнина О.В.
Котова А.А.
Кравченко Л.В.
Круглов Ю.В.
Крыжко А.В.
Кудоярова Г.Р.
Кудряшов Д.А.
Кузнецова Л.Н.
Кузнецова Т.А.
Кузьмина Л.В.
Кулаева О.А.
Кутовая О.В.
Лавина А.М.
Ладатко В.А.
Лактионов Ю.В.
Лаптев Г.Ю.
Лебедев В.Н.
Лебедева М.П.
Левитин М.М.
Лисина Т.О.
Лобачев Ю.В.
Лоскутов С.И.
Лукин А.Л.
Лутова Л.А.
Мадякин Е.В.
Макарова Л.Е.
Макарова Н.М.
Максимов И.В.
Манучарова Н.А.
Мараева О.Б.
Марданов А.В.
Маркушева Т.В.
Масленникова С.Н.
Маслиенко Л.В.
Масютенко Н.П
Матишов Д.Г.
Матора Л.Ю.
Мелентьев А.И.
Мельников Ю.Н.
Мельничук Т.Н.
Мирошникова М.П.
Михайленко И.М.
Москалевская Ю.П.
Мунтян В.С.
19
112
31
20
57
89
75
59
82
117
92
35
37, 83
13
37
41
83, 89, 107
84
21, 66
112
84
37
66
85
16, 71, 122
64, 86
21
19
23, 73, 87
23
122
25
89
43
102
90
26
116
91
41, 102
63, 95
109, 118
90
32
92
39
93
77
18
43
21, 94
82
27
65
28
31
106, 115, 121
139
Нагиева А.Г.
НаумкинаТ.С.
Наумова Е.И.
Нигматуллина Л.Р.
Нижников А.А.
Никифорова Т.А.
Новикова Н.И.
Нужная Т.В.
Овсиенко О.Л.
Онищук О.П.
Орлова А. Г.
Орлова О.В.
Павлов А.Н.
Павлова М.Д.
Пархоменко Т.Ю.
Пасичник Л.А.
Патыка В.Ф.
Патыка Н.В.
Першина Е.В.
Петрова О.Е.
Пименов Е.П.
Пинаев А.Г.
Пищик В.Н.
Поздняков Л.А.
Попов А.А.
Попова Т.А.
Приходько С.И.
Проворов Н.А.
Пузырева М.Л.
Пухальский Я.В.
Рабинович Г.Ю.
Равин Н.В.
Рапина О.Г.
Рожмина Т.А.
Румянцева М.Л.
Русакова И.В.
Рыков Р.А.
Савельев Н.И.
Савельева Н.Н.
Саксаганская А.С.
Санжарова Н.И.
Саруханов В.Я.
Свиридова О.В.
Селицкая О.В.
Семенихина Л.В.,
Семенов А.М.
Семенов М.В.
Сербаева Э.Р.
Сергалиев Н.Х.
Сермягин А.А.
Серова Т.А.
Сидорова Т.М
Симаров Б.В.
Синдрякова И.П.
Скачков С.И.
Смирнова И.И.
Смирнова Ю.Д.
110
29
37
64, 86
30, 60
57
23, 73, 87
63, 95
96
76
19, 97
31, 107
34
4
99
100
100
31, 83
16
9
34
110
107
118
107
19
101
8, 107
2, 62
102
103
32
97
104
33, 106, 115, 121
107
5
105
105
106
34
34
107
101, 118
82
108
109
86
110
13
111
4
33, 76
112
82
75
103
140
Соколов О.И.
Соколова М. Г.
Соколова М.К.
Соколова О.Н.
Солдатова В.В.
Стегний В.Н.
Степаненко И.Л.
Степанова Г.В.
Субботина А.Р.
Сюков В.В.
Тиммерс Т.
Тихонович И.А.
Ткаченко О.В.
Токовенко И.П.
Тхакахова А.К.
Умаров М.М.
Федоренчик А.А.
Филиппова В.А.
Фунг Тхи Ми
Хапчаева С.А.
Харзинова В.Р.
Хлесткина Е.К.
Цыганов В.Е.
Чайковская Л.А.
Чеботарь В.К.
Чемерис А.В.
Черкасова М.Е.
Чернов Т.И.
Чижевская Е.П.
Чичикин А.Ю.
Чумаков М.И.
Чураков А.А.
Шавейко И.В.
Шапошников А.И.
Шарова Н.Ю.
Шевченко С.Н.
Шестаков С.В.
Штарк О.Ю.
Щеголев С.Ю.
Щербаков А.В.
Щербакова Е.Н.
Эльконин Л.А.
Юрков А.П.
Якоби Л.М.
Яковлева М.Т.
Якубовская А.И.
Яппаров А.Х.
Ясаков Т.Р.
Яхно В.В.
11
113
11
23, 73, 87
23, 73, 87
114
10
35
115
116
78
29, 36, 41, 85
43
117
71, 122
37, 83
58
23, 73, 87
118
119
13
38
72, 78, 85, 111
120
39
64
121
16, 71, 122
76
112
40
19
58
41, 102
123
116
124
29, 42
43
39
39
44
125
125
19, 126
75, 127
128
92
45
Afonin A.M.
Akhtemova G.A.
Akopian J.A.
Andronov E.E.
Azarova T.S.
Belimov A.A.,
Berg G.
129, 130
129, 130
52
52
46
46, 48, 52
51
141
Borisov A.Y.
Brewin N.J.
Bullitta S.
Chebotar V.
Demchenko K.
Dodd I.
Dolgikh E.
Heyman H.M.
Hiltunen L.
Ivanova K.
Kelloniemi J.
Kimeklis A.K.
Kirienko A.
Kitaeva A.
Kriukov A.A.
Kulaeva O.
Kusakin P.
Kuznetsova I.G.
Litvinsky V.A.
Loshakova K.A.
Lugtenberg B.
Makarova N.M.
Merzlyakova Ya.V.
Meyer M.A.
Meyer M.J.J.
Meyer N.L.
Nosikov V.V.
Piluzza G.
Pinaev A.G.
Popov K.P.
Porozov Y.
Prakhova M.S.
Puhalsky Y.V.
Pukhaev A.R.
Ratet P.
Rybakova D.
Safronova V.I.
Sazanova A.L
Semionova E.S.
Senejoux F.
Serova T.
Shaposhnikov A.I.
Stougaard J.
Sulima A.S.
Tikhonovich I.A.
Timmers T.
Tsyganov V
Tsyganova A.
Valkonen J.
Vishnyakova M.A.
Willems A.
Zavalin A.A.
Zhernakov A.I.
Zhukov V.A.
55, 129, 130, 135
47, 54
48
50
53, 54
48a
49
50
136
54
136
52
49
53, 54
131
55
54
52
46
130
132
46
130
50
50
50
46
48
52
52
49
133
46
52
55
51
46, 48, 52
52
46
50
54
46
134
129, 133, 135
46, 55, 129, 130, 131, 133, 135
53, 54
53, 54
54
136
46
52
46
55, 130
55, 129, 130, 131, 133, 135
142