Создана в 1993 г. как лаборатория «Фитоиммунологии». До 2006 г. лабораторией руководил д.б.н., проф. А.С. Романенко. За указанный период усилия подразделения были сосредоточены на выяснении механизмов патогенеза и защитных ответов растений (картофель) при инфицировании бактериальным возбудителем кольцевой гнили клубней и вилта надземной части. Было показано присутствие рецепторных детерминант в клеточных стенках и на плазматической мембране клеток растений к экзополисахаридам (ЭПС) возбудителя, химическое строение которых также было установлено, выявлена прямая связь количества и состава таких рецепторов с устойчивостью сорта. Обнаружены, в ответ на инфицирование, более эффективное поддержание рН-гомеостаза и возрастание активности пероксидаз в клеточных стенках клеток растений резистентного сорта по сравнению с восприимчивым сортом картофеля. Начаты исследования по выявлению и определению биохимических свойств аденилатциклаз – ключевых ферментов аденилатциклазной сигнальной системы растений, в связи с их ролью в защитных ответах на биотический и абиотический стрессоры. Установлено, что многие виды растений, в том числе употребляемых в пищу, могут являться резервуарами патогенных для человека и животных бактериальных микроорганизмов без потери последними инфекционного начала.

С 2006 по 2013 г. заведование лабораторией осуществлял д.б.н. Е.Г. Рихванов. Основное направление работы лаборатории в тот период было сосредоточено на выявлении молекулярных механизмов клеточной дифференцировки, иммунитета и онкогенеза, взаимодействии растений и микроорганизмов при действии биотических и абиотических стрессоров и молекулярных основах фитопатогенеза.

В этот период было установлено, что при поражении растений картофеля возбудителем кольцевой гнили Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus (Cms) в передаче как внутриклеточного, так и дистанционного «сигналов тревоги» активная роль принадлежит аденилатциклазной сигнальной системе. Впервые показано, что устойчивость сорта картофеля к бактериозу прямо коррелирует со степенью активации мембраносвязанной и растворимой форм аденилатциклазы. Установлено, что модулирующий эффект биотического стрессового фактора (экзополисахариды Cms) на обе формы аденилатциклаз связан с изменением кинетических параметров этих ферментов. Впервые в органеллах клеток картофеля выявлена растворимая форма аденилатциклазы. Впервые показано участие слабосвязанных с клеточной стенкой пероксидаз в формировании защитных механизмов растений на действие бактериальных патогенов. Доказано, что устойчивость суспензионных клеток картофеля к действию патогена в значительной степени обусловлена увеличением активности слабосвязанных с клеточной стенкой пероксидаз.

Изучалось действие возбудителя кольцевой гнили картофеля на растения in vivo и in vitro табака и картофеля. При выяснении эффектов мягкого теплового шока на развитие болезни у картофеля (растение-хозяин) и реакции сверхчувствительности у табака, было показано, что мягкий тепловой шок вызывает устойчивость у растительных культур к последующему заражению фитопатогеном. Изучались ответные реакции картофеля при взаимодействии с условно-патогенной для человека бактерией Escherichia coli. Было показано, что эффективность проникновения E. coli зависит от устойчивости сорта картофеля к поражению Cms, а колонизация растений (как E. coli, так и Cms) сопровождается увеличением пероксидазной активности и усилением генерации АФК. Таким образом, показано, что патогенная для человека E. coli способна проникать и активно распространяться по растению картофеля. В свою очередь растение системно реагирует на вторжение микроорганизма.

С 2013 г. (по наст. вр.) руководство лабораторией стало осуществляться д.б.н. Марковой Юлией Александровной, и с января 2015 г. лаборатория переименовывается в лабораторию растительно-микробных взаимодействий с учетом нового направления развития лаборатории.

В 2016-м году к лаборатории растительно-микробных взаимодействий была присоединена лаборатория физиологии трансгенных растений, в которой на протяжении десяти лет изучали физиолого-биохимические параметры растительно-агробактериального симбиоза как методической основы генной инженерии растений. Необходимость таких исследований связывали с тем, что трансгенные растения  - это искусственные надорганизменные структуры, возникшие в результате облигатного растительно-агробактериального симбиоза. В силу значительных отличий лабораторных методов генной инженерии и природной трансформации свойства таких систем значительно отличаются  от природных аналогов. Изменение параметров бактериального симбионта включением в Т-ДНК чужеродных генов вызывает комплекс защитных реакций у трансформируемого растения. Это, вероятно, является одной из основных причин возникновения непредвиденных последствий трансформации. По результатам исследований издано 6 статей.
В результате объединения лаборатория была обогащена новыми научными направлениями.

Основное направление:

Исследование микробных биопленок, их структуры, роли в растительно-микробных взаимодействиях и изучение путей регуляции биопленкообразования

1. Продолжается изучение влияния иммунных реакций растений на процесс формирования биопленок фитопатогенами.

Изучено развитие защитных реакций растений при действии возбудителя кольцевой гнили картофеля Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus. В системе несовместимых взаимоотношений табак–Cms происходит индукция специфического эффектор-активируемого иммунитета, который определяется экзометаболитами Cms и развитием характерных реакций: накоплением пероксида водорода, быстрым развитием процесса гибели, развитием реакции сверхчувствительности (СЧ) и системной приобретенной устойчивости (СПУ). Экспериментальным путем показано, что некоторые компоненты экзометаболитного комплекса Cms, предположительно содержащего ряд молекул эффекторной природы, являются термостабильными.

Показано, что БТШ влияют на развитие иммунитета при совместимых и несовместимых взаимоотношениях организмов. Комплекс БТШ обеспечивает повышение жизнеспособности клеток картофеля при действии Cms за счет реализации неспецифических функций в качестве белков-шаперонов. Сверхэкспрессия Hsp101 в трансформированной культуре табака увеличивает выживаемость клеток при действии Cms, принимая участие в регуляции механизмов эффектор-активируемого иммунитета.

Растения табака и картофеля влияют на способность Cms формировать биопленки в зависимости от видовой и сортовой резистентности к данному фитопатогену и не оказывают такого влияния на способность формировать биопленки у патогена человека и животных E. coli, что, вероятно, обусловлено отсутствием сопряженной эволюции растений с нетипичными для них патогенами.

Ведутся работы по изучению механизмов долговременной устойчивости растения к патогенам – формирование СПУ и иммунной памяти растений при действии биотрофных и некротрофных фитопатогенов.

2. Изучается действие экстрактов лекарственных растений на формирование биопленок

Так как бактерии в состоянии биопленки значительно более устойчивы к действию антибиотиков и дезинфектантов, чем в свободноплавающем одноклеточном состоянии, то чрезвычайно актуален поиск новых антимикробных средств. В последнее время особый интерес приобретает поиск соединений препятствующих развитию биопленок среди природных объектов (растений, водорослей, грибов). Исследовано действие экстрактов вероники дубравной (Veronica chamaedrys) на рост популяции и образование биопленок бактерий видов Pectobacterium carotovorum и Escherichia coli. Было показано, что раствор, используемый для разведения высушенного экстракта играет существенную роль в эффективности воздействия. Так, разведение экстракта дистиллированной водой, приводило к усилению оптической плотности биопленок, в то время как разведение его забуференным физиологическим раствором добавлением с 5 г/л глюкозы приводило к заметному ингибированию возникновения биопленок исследуемых видов бактерий. Таким образом, впервые показано, что раствор, используемый для разведения высушенного экстракта лекарственного растения, не служит инертным растворителем, а играет существенную роль в эффективности воздействия этого экстракта на формирование биопленок болезнетворных бактерий.

Изучен количественный и качественный состав фенольных соединений двух видов лекарственных растений (вероника дубравная Veronica chamaedrys и манжетка городковатая Alchemilla subcrenata) в тканях листьев, соцветий и стеблей в ходе суточной и сезонной динамиках в сравнении с активностью пероксидазы и атмосферными условиями. Полученные данные необходимы для научного обоснования сроков сбора лекарственного растительного сырья.

Начато исследование влияния различных концентраций экстрактов лекарственных растений на формирование биопленок. Образование биопленок Escherichia coli на бедной среде культивирования усиливалось, но угнеталось на среде с глюкозой. (рис. 3).

3. Зависимость многоклеточного поведения бактерий от источника углерода в среде культивирования.

Показано, что источник углерода в среде культивирования влияет на размеры микробных клеток Pectobacterium carotovorum. В забуференном физиологическом растворе клетки приобретали округлую форму. Это можно объяснить тем, что при длительном культивировании в голодной среде они находятся в стрессовом состоянии и пытаются занять наименьший объем пространства. В то же время, в средах, содержащих источник углерода (глюкозу или инозитол) бактериальные клетки имели вытянутую форму. При этом на среде с инозитолом отношение длины к ширине клетки было существенно выше.

4. Изучение бактерицидного потенциала нанокомпозитов

Показано, что нанокомпозиты могут демонстрировать выраженный бактерицидный и антибиопленочный эффект на Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus, который в большей степени связан с дестабилизирующим действием на клеточную стенку бактерий.

5. Поиск бактерий-нефтедеструкторов

В лаборатории ведутся исследования, направленные на поиск микроорганизмов-деструкторов нефти. Нефтяное загрязнение почв по масштабам проявления и глубине последствий занимает одно из ведущих мест в рейтинге экологических проблем современности и является неизбежным следствием использования технологических процессов ее добычи, переработки и транспортировки. Поскольку негативное воздействие разливов нефти на окружающую среду становится все более существенным, оказывая отрицательное влияние на развитие растений, здоровье человека и животных, целью научно-исследовательской работы стала разработка микробиологического препарата на основе аборигенных микроорганизмов для очистки почвы от нефти и нефтепродуктов в условиях региона. Из эндосферы и ризосферы растений, а также из нефтезагрязненной почвы выделены 115 культур бактерий. Путем скрининга по способности утилизировать нефть отобраны 6 наиболее эффективных штаммов, которые разлагали около 50% нефти в жидкой минеральной среде. Эти штаммы оказались способны расти при экстремально высоком содержании нефти в среде (50%), что позволяет использовать их при массированном нефтезагрязнении. Таким образом, исследования являются актуальными, выделенные углеводородокисляющие микроорганизмы могут служить основой микробиологического препарата для биоремедиации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами.