Проекты

Краткое описание

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». Сохранение таких видов является важной задачей и нередко требует подбора специальных условий. Микробные сообщества ризосферы (ризобактерии) и прилегающих почв являются важным фактором, определяющим жизнедеятельность растений. Они могут стимулировать рост и улучшать питание растений за счет синтеза фитогормонов, витаминов и других вторичных метаболитов. Кроме того, ризобактерии могут подавлять фитопатогены различными способами. Например, путем продукции антибиотиков, ингибирующим рост патогенных организмов, либо конкурируя с ними за питательные вещества. Таким образом, изучение состава микробных сообществ и их вторичных метаболитов является важным направлением при создании условий, способствующих сохранению редких растений, восстановлению их популяций и потенциально развитию новых форм.
В ходе реализации Гранта Минобрнауки России № 075-10-2021-114 при участии членов команды данного проекта была проведена экспедиция на территорию Прибайкальского национального парка. В экспедиции были собраны образцы почвы и ризосферы растений, занесенных в Красную книгу. В лабораторных условиях из данных образцов было изолировано и протестировано на антибактериальную активность 303 бактериальных штамма, а также выделено и секвенировано 140 образцов метагеномной ДНК. Данный проект предполагает дальнейший более глубокий анализ полученных данных и образцов.
В ходе реализации проекта будет произведен анализ имеющихся данных секвенирования метагеномных образцов с целью определения биологического разнообразия микробных сообществ ризосферы и почв, ассоциированных с исчезающими видами растений (Astragalus olchonensis, Astragalus chorinensis, Vicia olchonensis, Hedysarum zundukii, Oxytropis triphylla, Oxytropis muricata, Oxytropis microphylla). Будет произведено секвенирование последовательностей 16S РНК изолированных бактериальных штаммов - золотой стандарт для бактериальной систематики, которое позволит получить данные о биологическом разнообразии почвенных микроорганизмов. Для штаммов с высокой антибактериальной активностью будет проведено полногеномное секвенирование (нанопоровым методом). Также штаммы будут протестированы на эффективность подавления роста фитопатогена Clavibacter tessellarius Ас-1406, вызывающего бактериальную мозаику пшеницы. В дополнение будут проведены эксперименты по определению механизмов антипатогенной активности. Анализ геномных и метагеномных последовательностей позволит нам найти биосинтетические кластеры активных метаболитов, способствующих формированию благоприятной для растений среды. Полученные данные будут представлять интерес как с научной точки зрения - как источник новых биологически активных соединений, так и с прикладной, позволяя разрабатывать стратегии сохранения исчезающих видов растений с использованием бактериальных культур для формирования благоприятных почвенных микробных сообществ.
В результате реализации проекта будет описано биологическое разнообразие почвенных микробных сообществ, ассоциированных с исчезающими видами растений. Будет составлена таблица найденных биосинтетических кластеров вторичных метаболитов с указанием происхождения метагеномного образца или бактериального штамма, а также возможной роли метаболита в формировании микробного сообщества и/или его воздействии на растения. Полученные геномные последовательности бактериальных штаммов будут загружены в базу данных аннотированных последовательностей ДНК открытого доступа. Дополнительно будут разработаны рекомендации по использованию бактериальных штаммов в качестве потенциальных продуцентов соединений стимулирующих рост растений, а также потенциальных антагонистов фитопатогенных микроорганизмов. Также будут разработаны рекомендации для посетителей Прибайкальского национального парка направленные на сохранение исчезающих видов растений и ассоциированных микробных сообществ, обеспечивающих их эффективный рост и размножение.
Команда проекта состоит из молодых ученых, специалистов в области молекулярной биологии, микробиологии и биоинформатики, неоднократно принимавших участие в реализации грантов РНФ и Минобрнауки, являющихся соавторами научных статей в авторитетных журналах. Практическая часть работ, в т.ч. нанопоровое секвенирование, будет реализована на базе Центра молекулярной и клеточной биологии АНООВО «Сколковский институт науки и технологий». Для студентов Сколковского института науки и технологий будет проведена просветительская лекция о микробиологических и молекулярно биологических подходах к сохранению исчезающих видов растений, заинтересованные студенты будут привлекаться к реализации практической части проекта.