Проекты

Краткое описание

Уникальная экосистема Байкальского региона является местом обитания множества эндемичных и занесённых в Красную книгу видов растений. Их сохранение требует создания особых условий, ключевую роль в которых играют почвенные микробные сообщества, а именно ризобактерии. Эти бактерии стимулируют рост растений, улучшают их питание и подавляют фитопатогены, выступая естественными защитниками.
Проект основан на значительном научном заделе. В рамках предыдущего гранта Минобрнауки России (№ 075-10-2021-114) при участии членов команды были собраны образцы почвы и ризосферы редких растений; из них выделена и секвенирована метагеномная ДНК и изолированы бактериальные штаммы. На основе полученных материалов была сформирована уникальная коллекция, включающая 303 бактериальных штамма и 140 секвенированных образцов метагеномной ДНК. Цель текущего проекта — углублённый анализ этих образцов, позволяющий перейти от фундаментального описания природных микробных сообществ к практическим решениям в сфере охраны природы.
Основные этапы работы:
1. Комплексный молекулярный анализ.
Будет проведено секвенирование 16S рРНК бактериальных изолятов, полногеномное секвенирование наиболее активных изолятов, а также анализ метагеномных данных. Это позволит охарактеризовать таксономическое и функциональное разнообразие микробных сообществ, ассоциированных с конкретными редкими видами растений.
2. Поиск полезных свойств.
Штаммы будут протестированы на подавление роста опасного фитопатогена Clavibacter tessellarius. При помощи биоинформатического анализ будут предсказаны биосинтетические кластеры, ответственные за продукцию полезных для растений метаболитов и соединений с антибактериальными свойствами.
3. Создание практических рекомендаций на основе полученных научных данных.
На основе полученных данных мы разработаем:
3.1. Научные рекомендации для специалистов, а именно каталог перспективных бактериальных штаммов-продуцентов, стимулирующих рост растений и подавляющих патогены.
3.2. Просветительские материалы для посетителей Национального парка, а именно понятные правила поведения, объясняющие важность сохранения не только самих растений, но и их невидимой почвенной микрофлоры.
Ожидаемые результаты:
1. Описано биоразнообразие почвенных микробных сообществ, ассоциированных с исчезающими растениями
2. Создана таблица-каталог прогнозируемых биологически активных метаболитов.
3. Геномные последовательности депонированы в открытые базы данных.
4. Разработаны и готовы к внедрению два комплекса рекомендаций (для профессионалов и для посетителей парка).
Команда и инфраструктура:
Проект выполняет команда молодых ученых с обширным опытом участия в грантах РНФ и Минобрнауки. Таким образом, проект нацелен на создание научной основы для инновационных биотехнологических подходов к сохранению биоразнообразия Байкальского региона, сочетая передовые методы молекулярной биологии с непосредственными задачами заповедного дела и экологического просвещения.

Цель

1. Разработать научно-обоснованные подходы к сохранению исчезающих видов растений Прибайкальского национального парка на основе комплексного изучения биоразнообразия и функционального потенциала ассоциированных с ними почвенных микробных сообществ.

Задачи

1. Описание родового биоразнообразия бактериальных сообществ ризосферы редких растений.
2. Создание научной базы и системы коммуникации для развития микробиологических подходов к сохранению исчезающих видов растений
3. Повышение осведомленности посетителей Прибайкальского национального парка и студентов профильных направлений о проблемах и подходах к сохранению исчезающих видов растений в заповедных зонах.

Обоснование социальной значимости

Проект направлен на сохранение уникальных экосистем Прибайкальского национального парка. Географическое положение, а также сложные геологические и топографические особенности Байкальского региона сформировали уникальную и устойчивую экосистему. Она характеризуется высоким биоразнообразием растений, включая реликтовые, эндемичные и занесённые в «Красную книгу Российской Федерации». Семейство Бобовые является одним из крупнейших во флоре Байкальского региона с большим количеством редких эндемичных и реликтовых видов (Astragalus olchonensis, Vicia olchonensis, Hedysarum zundukii, Oxytropis triphylla, Astragalus chorinensis, Oxytropis muricata, Oxytropis microphylla и др). Большая часть этих видов встречается в виде изолированных популяций, численность которых снижается из-за антропогенного воздействия, низкого генетического разнообразия, природно-климатических изменений. Сохранение таких видов является важной задачей и нередко требует подбора специальных условий.

Прямое взаимодействие с этими экосистемами имеют две ключевые группы людей:
-Ученые-ботаники, чьей профессиональной задачей является предотвращение сокращения популяций и поиск эффективных методов их восстановления.
-Посетители Парка, чье нерегулируемое поведение (сход с троп, устройство стоянок, сбор растений), может приводить к деградации этих хрупких сообществ.

Сокращение численности исчезающих видов растений напрямую связано с состоянием и разнообразием микробных сообществ ризосферы. Рекреационная нагрузка из-за бессистемного движения туристов уплотняет почву, приводя к гипоксии корней, нарушению водного режима и, что наиболее важно для нашего проекта, – к уничтожению и изменению состава ризосферных микробных сообществ, влияя на питание, защиту от патогенов и стрессоустойчивость растений. Растения - эндемики адаптированы к специфическим, часто олиготрофным (бедным) почвам. Их естественное возобновление затруднено, а попытки реинтродукции и укрепления популяций нередко оказываются неэффективными из-за игнорирования ключевой роли почвенных микроорганизмов-симбионтов, отсутствующих в местах посадки, а также из-за нарушения баланса микробных сообществ, способствующего развитию бактериальных фитопатогенов.
В рамках предыдущего гранта при участии авторов проекта была сформирована уникальная база, включающая 303 бактериальных штамма и 140 секвенированных метагеномных образцов, выделенных из ризосферы и прилегающих почв краснокнижных растений. Все целевые виды растений, из ризосферы и почв которых были получены образцы, находятся под охраной государства; однако существующие меры по их восстановлению, не учитывающие почвенно-микробиологические факторы, остаются малоэффективными. Проведённые нами предварительные опросы потенциальных посетителей природных территорий выявили низкую осведомлённость о роли микробных сообществ в жизнедеятельности растений и возможных мерах по их сохранению.

В рамках проекта на основе полученных научных данных, включающих описание микробных сообществ почв и ризосферы исчезающих видов растений, а также анализ их биосинтетических кластеров генов, ответственных за синтез полезных для растений метаболитов и антибактериальных соединений, будут разработаны практические рекомендации для двух целевых групп — учёных-ботаников и посетителей парка. Эти рекомендации будут направлены на поддержание и восстановление локальных экосистем растений и ассоциированных с ними микробных сообществ.

География проекта

Прибайкальский национальный парк

Объекты природы и (или) люди,
для которых будет реализован проект

1. Микробные сообщества почв, ассоциированные с эндемичными и исчезающими видами растений Прибайкальского национального парка и их вторичные метаболиты
2. Посетители Прибайкальского национального парка
3. Ученые и специалисты в сфере сохранения исчезающих видов растений и ассоциированных микробных сообществ