Проекты

Описание инициативы (проектной идеи)

Проект направлен на изучение и последующее решение проблемы семенного воспроизводства ключевых видов хвойных деревьев на территории Российской Федерации. Он включает в себя поиск молекулярных механизмов, повышающих устойчивость репродуктивной сферы хвойных растений к действию высоких температур, а также температурных колебаний, связанных с изменениями климата и погодными аномалиями.
В средней полосе России климат быстро меняется. Пыление хвойных растений – сезонный процесс, который из-за потепления сдвигается на всё более ранние сроки и из-за этого может совпадать с периодами погодной нестабильности (в мае жаркие дни чередуются с резким похолоданием или даже заморозками). В этом случае в шишках формируется очень мало семян, то есть, эффективность воспроизводства хвойных деревьев из-за изменений климата снижается.
Кроме того, повышение температур может провоцировать нарушения в прорастании пыльцы и блокировать оплодотворение. На примере цветковых растений известно, что пыльца более чувствительна к температурным колебаниям, чем вегетативные ткани, а пыльца кустарников и деревьев значительно более чувствительна к повышенным температурам, чем у травянистых растений, что было показано в широкомасштабных исследованиях, но механизмы, лежащие в основе этой чувствительности, и пути ее преодоления не изучены.
При этом во многих регионах России хвойные породы деревьев занимают ключевое положение в структуре биогеоценозов и выступают основным источником сырья для лесозаготовительной и целлюлозно-бумажной промышленности. Таким образом их успешное воспроизводство необходимо для поддержания естественных экосистем и восстановления лесных массивов после вырубок и пожаров. Стабильность воспроизводства древесных массивов во многом зависит от способности хвойных растений к поддержанию нормального функционирования репродуктивной системы.
В ходе проекта будет исследовано влияние высоких температур на прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок различных представителей голосеменных, как широко распространённых, массовых лесообразующих видов, так и эндемичных видов, находящихся под угрозой исчезновения из-за изменений климата и антропогенного воздействия. Особое внимание будет уделено феномену "прайминга" пыльцы, то есть влиянию условий произрастания конкретного дерева на формирование устойчивости его пыльцы к стрессовому воздействию. В ходе исследования будут выявлены конкретные гены, которые обусловливают устойчивые и чувствительные фенотипы растений, произрастающих в условиях умеренного и более сурового климата, и соответствующие им белки, для идентификации которых будет использован протеомный анализ. У цветковых растений важную роль в репродукции также играют короткие пептиды, но для голосеменных такие данные отсутствуют. Поэтому в рамках данного проекта планируется провести биоинформатический поиск генов, кодирующих потенциальные регуляторные пептиды в транскриптомах хвойных из открытых баз данных.
План работы
1. Сбор растительного материала (пыльцы хвойных деревьев – лиственницы, сосны и пихты) на территориях с более и менее благоприятными климатическими условиями в пределах естественного ареала обитания.
2. Исследование зависимости эффективности прорастания пыльцы и скорости роста пыльцевой трубки широко распространённых, хозяйственно ценных и находящихся под угрозой видов хвойных от температуры.
3. Выявление зависимости чувствительности пыльцы к температуре от климатических условий на территориях, с которых собирался биологический материал (эффект прайминга).
4. Исследование действия высоких температур на протеом пыльцевых трубок сосны обыкновенной, произрастающей в умеренном климате и на севере ареала.
5. Поиск коротких секретируемых пептидов в открытых транскриптомных данных пыльцы голосеменных растений (ель, сосна, лиственница).
Реализация проекта позволит получить новые знания о молекулярных механизмах температурной устойчивости репродуктивной системы хвойных, что создает научную основу для разработки инновационных подходов к селекции и лесовосстановлению на территории России в условиях меняющегося климата. В результате будет создан список генов, связанных с устойчивостью пыльцы к повышенным температурам, который можно будет использовать при оценке посевного материала. Полученные данные будут опубликованы в виде статьи в научном рецензируемом журнале. В проекте участвуют специалисты в области физиологии растений, протеомики и биоинформатики. Материал для исследования планируется получать из ботанических садов России, в том числе Москвы и Петрозаводска.