Лаборатория физиолого-биохимической адаптации растений была создана в 2009 году на базе лаборатории технической биохимии и объединила несколько научных групп, усилия которых направлены на изучение биохимических, физиологических, генетических, агрохимических и экологических аспектов адаптации различных культурных растений к неблагоприятным условиям произрастания.

 Одно из важных направлений работы лаборатории – картирование в геноме мягкой пшеницы локусов количественных признаков (ЛКП),  связанных с устойчивостью к засухе. Мы тесно сотрудничаем с учеными из Института цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск) и  Института генетики культурных  растений им. Лейбница (Гатерслебен, Германия), и используем разнообразные генетические коллекции и картирующие популяции мягкой пшеницы.  В результате совместной работы было показано, что, по меньшей мере, в двух регионах генома D пшеницы, на хромосомах 2D и 7D, локализованы ЛКП, предположительно, регулирующие сеть генов, активирующихся при водном стрессе (Рисунок 1). Микросаттелитные маркеры Xgwm539 на хромосоме 2D и Xgwm111 на хромосоме 7D могут быть рекомендованы для использования в маркер-опосредованной селекции для повышения эффективности  селекции на засухоустойчивость (Osipova et al., 2016).

Рисунок 1. Регионы в геноме D мягкой пшеницы, обогащенные локусами количественных признаков (ЛКП), связанными с вариабельностью ключевых признаков фотосинтеза, биомассы побега и активности антиоксидантных ферментов в условиях оптимального полива (голубой цвет) и вододефицита (красный цвет). Стрелки показывают позицию на хромосоме максимального ЛОД-балла.

В область научных интересов лаборатории входит также исследование процессов формирования белкового матрикса клейковины пшеницы, ее технологическое качество (Osipova et al., 2012) и механизмы адаптации растений пшеницы, связанные с липидным метаболизмом (Пермякова и др., 2017). Лаборатория активно участвует в работе Европейского общества по анеуплоидии пшеницы (EWAC) и крупных международных форумах по генетике пшеницы.

Важнейшим селектируемым признаком при создании сортов озимых зерновых культур для условий Восточной Сибири является зимостойкость. Мы установили, что

- погодные условия осеннего периода в условиях лесостепной зоны Иркутской области в большинство исследуемых лет благоприятствовали формированию зимостойкого состояния у озимых культур;

- продолжительность осеннего развития растений и их возраст к уходу в зиму в значительной степени определяют успех перезимовки. Молодые растения, как правило, более морозостойки;

- выявлены видовые различия по содержанию дегидринов в узлах кущения озимых культур (Рисунок 2). Более высокая зимостойкость озимого тритикале и озимой ржи по сравнению с пшеницей, вероятно, определяется содержанием полипептидов с молекулярной массой 29 у тритикале и 55,3 у ржи кДа на протяжении зимнего периода (Pomortsev et al., 2017);

Рисунок 2. Дегидрины, выделенные из термостабильной фракции белков узлов кущения озимых зерновых культур. A, B, C, D – образцы отобраны 25 ноября, 20 февраля, 3 марта и 30 марта, соответственно. Т– озимое тритикале, W – озимая пшеница; R– озимая рожь.

 

- различия между видами озимых культур в содержании свободного пролина (Катышева и др., 2015), водорастворимых углеводов, оводнённости тканей, интенсивности дыхания наиболее чётко проявляются в конце зимовки, в критический для выживания растений период (Рисунки 3, 4);

Рисунок 3. Жизнеспособность озимых ржи, тритикале и пшеницы в полевых условиях, %	Рисунок 4. Содержание свободного пролина в узлах кущения в конце зимовки, мкМ/г сухой массы

- озимые рожь, пшеница и тритикале реализуют сходный механизм формирования зимостойкости, имеющий небольшие количественные и качественные отличия в зависимости от этапа подготовке к зимовке, зимовке и весеннего выхода из неё.

Большое внимание в лаборатории уделяется изучению зимостойкости яблони в условиях Южного Предбайкалья и выяснению её физиолого-биохимических основ. История промышленного садоводства в Восточной Сибири насчитывает больше 50 лет. Главную роль в расширении территории выращивания яблони сыграло привлечение в селекцию сибирской ягодной яблони Malus baccata (L.) Borkh. За короткий срок усилиями сибирских селекционеров было создано более 200 сортов яблони для разных регионов Сибири. Многолетнее изучение яблони (230 видов, форм и сортов) в условиях Южного Предбайкалья позволило установить, что зимостойкость деревьев тесно сопряжена с хозяйственно-ценными признаками (Рисунок 5). Плоды зимостойких яблонь отличаются присутствием небольшой горечи (терпкости), небольшими размерами, ранними сроками созревания. Деревья имеют ярко выраженную периодичность плодоношения и высокую  способность к регенерации (Раченко и др., 2013; Раченко и др., 2016).

 

Рисунок 5. Хозяйственно ценные признаки яблони, сопряженные с зимостойкостью.

Подробно изучен полифенольный профиль плодов яблони сибирской и ее полукультурных гибридов F1, F2 и F3. Показано, что химический состав полифенолов плодов яблони сибирской в целом характерен для рода Malus, но при этом имеет четко выявляемые особенности: низкое содержание флаван-3-олов и производных коричной кислоты; высокое содержание процианидина В1, флоридзина, антоцианов, гликозидов кверцетина. Уникальной особенностью яблони сибирской является низкое содержание флавоноида эпикатехина (Рисунок 6). Процианидин В2 не был обнаружен ни в кожуре, ни в пульпе плодов яблони  сибирской. При скрещивании с яблоней домашней в плодах полученных сортов существенно изменяется соотношение содержаний флаван-3-олов за счет появления в тканях процианидина В2 и увеличения содержания (-)-эпикатехина (Rudikovskaya et al., 2015).

В молекулярно-генетических исследованиях яблони сибирской лаборатория сотрудничает с учеными из Swedish University of Agricultural Sciences.

Рисунок 6. Индивидуальный масс-спектр флавоноида эпикатехина

В лаборатории проводится большая селекционная работа по отбору генотипов культурных растений с улучшенными характеристиками продуктивности и устойчивости. В ближайшей перспективе - передача в государственное сортоиспытание ультраскороспелого сорта сои (Рисунок 7А) и озимого тритикале (Рисунок 7В).

А	Б

Рисунок 7. Посевы сои (А) и тритикале (Б) на опытно-экспериментальном участке СИФИБР, д. Тунгуй, Заларинский район.

Наряду с селекционными работами проводятся исследования по разработке технологий выращивания новых культур и сортов применительно к условиям Предбайкалья (Рисунок 8). Изучаются пути рационального использования почвенного плодородия и управление им посредством средообразующего потенциала полевых культур и соответствующих агротехнологий. На основе полученных знаний разрабатываются практические рекомендации по оптимизации минерального питания и продукционного процесса растений с учетом почвенно-климатических условий (Зорина, Соколова, 2016; Соколова и др., 2017).

А	Б

Рисунок 8. Делянки сои на опытно-экспериментальном участке СИФИБР, д. Тунгуй, Заларинский район. Изучение сроков посева (А) и влияние обработки гербицидами (Б).