История длиною в 60 лет: история, наука, люди
В 2021 году СИФИБР СО РАН отмечает свой 60-летний Юбилей. На сегодняшний день Институт является одним из ведущих учреждений на территории Восточной Сибири изучающий вопросы физиологи и биохимии растений, генетики и селекции, экологии и ботаники. Каковы были пути становления, и с какими современными достижениями пришел Институт к своему Юбилею?
Директором-организатором Института был известный физиолог растений профессор, в последующем член-корреспондент АН СССР Федор Эдуардович Реймерс (1961 – 1976 гг.).
В первые годы в Институте решались важные для Восточной Сибири биологические проблемы прикладного характера. Сотрудники проводили ботанические исследования пойменных лугов р. Лены и Енисея, решали биологические задачи на таежных сибирских стройках – разрабатывали рекомендации по борьбе с гнусом, изучали вредителей леса. Был разработан ряд ценных рекомендаций по борьбе с кровососущими насекомыми в зоне строительства Братской ГЭС. Нужно помнить, что строительство ГЭС и г. Братска осуществлялось среди тайги и борьба с «гнусом» была важнейшим компонентом повышения и производительности труда рабочих и комфортности жизни новоселов города. Создавая адаптированные к суровым климатическим условиям новые технологии выращивания растений, Ф. Э. Реймерс привлекает на работу молодые кадры. С ним начинают путь в науку будущие доктора биологических наук В. В. Полевой, Р.К. Саляев, К. З. Гамбург, С.И. Радченко, Э. Е. Хавкин, И. Э. Илли, благодаря которым в дальнейшем появятся новые направления исследований – изучение метаболизма фитогормонов, онтогенетические исследования, разработка методических приемов для получения культур клеток растений и др.
Среди работ раннего периода Института можно отметить фундаментальные исследования флоры и растительных ресурсов под руководством известного ботаника профессора М.Г. Попова и продолженные его учениками, докторами наук Л.И. Малышевым, Л.В. Бардуновым и др. Эти исследования вошли в многотомный фундаментальный труд «Флора Сибири». Впервые проведены исследования высокогорной флоры, за которые автору Л.И. Малышеву присуждена Премия АН СССР им. В.Л. Комарова. Под руководством профессора Л.И. Номоконова и д.б.н. А.А. Горшковой проведено широкое геоботаническое изучение растительности Восточной Сибири.
По рекомендации ученых в Усть-Ордынском Бурятском автономном округе было освоено более 200 000 га целинных и залежных земель, что позволило на 70% увеличить посевную площадь округа. Почвенно-агрохимические исследования проводились под руководством профессора. Б.В. Надеждина и кандидатов наук И.Н. Рынкса, В.Т. Колесниченко. Разрабатывались научные основы повышения плодородия почв.
В это время был спроектирован и создан первый отечественный фитотрон – станция искусственного климата (основные разработчики – д.б.н. А. И. Коровин и к. б. н. В. К. Курец). Фитотрон значительно расширил экспериментальные возможности Института. Профессором А.С. Рожковым проведены глубокие исследования биологии, экологии и лесохозяйственного значения сибирского шелкопряда. В те же годы в Институте трудился и известный одонатолог профессор Б.Ф. Белышев – один из крупных специалистов-энтомологов, являлся председателем Всемирного одонатологического общества. Таким образом, уже первый период работы Института был отмечен решением важных научных и народнохозяйственных проблем.
С 1976 года по 2002 год Институт возглавлял член-корреспондент РАН, профессор Рюрик Константинович Саляев.
Благодаря его усилиям в Институте получили развитие современные направления биологии растений. Тесная связь с Иркутским государственным университетом привела к созданию в 1988 году базовой кафедры «физиологии растений, клеточной биологии и генетики», что существенно повысило уровень подготовки студентов.
Появилось новое направление в физиологии устойчивости – изучение стрессовых белков растений, которое впоследствии развилось в научную школу под руководством д.б.н. В.К. Войникова. Стали активно развиваться исследования по генной инженерии под руководством д.б.н. Ю.М. Константинова, по фитоиммунологии под руководством д.б.н. А.С. Романенко, по изучению механизмов формирования бобово-ризобиального симбиоза под руководством д.б.н. А.К. Глянько, по выяснению механизмов синтеза запасных белков пшеницы под руководством д.б.н. В.А. Труфанова, механизмов синтеза фитогормонов и регуляции роста и развития растений под руководством Гамбурга К.З.
Значительно расширились комплексные исследования по агроэкологии и экологии наземных природных и антропогенных экосистем, проводимые под руководством д.б.н. А.С. Плешанова, к.б.н. А.С. Щербатюка, д.б.н. В.И. Воронина, д.б.н. Т.А. Михайловой, д.б.н. Л.В. Помазкиной.
Одним из первых в стране, коллектив ученых под руководством член-корреспондента РАН Р.К. Саляева обратился к изучению трансмембранных переносчиков у растений. Было доказано и описано явление эндоцитоза у растений, изучены его энергетика и механизм. Результатом этих работ стало издание монографии Р.К. Саляева и А.С. Романенко - «Эндоцитоз» (1990г.).
Для первых экспериментальных работ по генетической трансформации растений Р.К. Саляевым создана и изготовлена оригинальная конструкция «генной пушки». Первые попытки биобаллистической трансформации однодольных растений «генной пушкой» позволили получить трансгенные каллусы и регенерировать из них полноценные растения пшеницы. Получены первые трансгенные растения путем использования агробактериальной трансформации и начато изучение уровня экспрессии перенесенных генов и свойства растений под руководством д.б.н. Н.И. Рекославской.
С 2002 года по 2017 год Институт возглавлял доктор биологических наук, профессор Виктор Кириллович Войников.
По его инициативе в Институте был модернизирован Фитотрон, в котором появились современные климатические камеры, что позволило повысит уровень проводимых экспериментов и получаемых результатов.
Под руководством чл.-корр. РАН Р.К. Саляева разработаны генетические конструкции с генами белков оболочек вирусов СПИДа, гепатита В, папилломы человека. Получены трансгенные растения, экпрессирующие антигены, проанализированы иммунные ответы у подопытных животных на пероральное введение вакцины. Это послужило основой для создания мукозальной кандидатной вакцины терапевтического назначения против некоторых опухолей, образование которых вызывает вирус папилломы человека (ВПЧ).
Впервые коллективом ученых, под руководством д.б.н. В.К. Войникова, установлена роль стрессовых разобщающих белков в регуляции энергетического обмена растений. Заложены фундаментальные основы для изучения функционирования мембран митохондрий в состоянии стресса, электрон-транспортной цепи митохондрий, роли митохондрий в запуске программируемой клеточной гибели. Результатом этих работ стало издание монографий «Митохондрии растений при температурном стрессе» (2011 г.) и «Энергетическая и информационная системы растительных клеток при гипотермии» (2012 г.).
Группа ученых под руководством д.б.н. С.В. Осиповой провела работы по дифференциации генетических факторов, контролирующих устойчивость пшеницы к водному дефициту. Под руководством д.б.н. Ю.М. Константинова исследована структурно-функциональная организация митохондриального генома, доказано явление импорта ДНК в митохондрии. Предпринята попытка создания генетического вектора на основе митохондриальной плазмидоподобной ДНК, пригодного для генетической трансформации.
Под руководством д.б.н. Н.В. Озолиной впервые из вакуолярной мембраны клеток растений выделены липид-белковые микродомены (рафты), принимающие участие в регуляции транспортных и других функций мембраны тонопласта и запасании веществ в клетке. По инициативе д.б.н. Под руководством д.б.н. Л.Е. Макаровой и Ю.А. Марковой проводятся исследования растительно-микробных взаимодействий, предприняты попытки отбора из природной среды микроорганизмов-нефтедеструкторов, которые увенчались успехом, и это направление исследований динамично развивается. Д.х.н. Семенов А.А. и к.б.н. Еникеев А.Г. показали присутствие сложных эфиров орто-фталевой кислоты (фталатов) во всех исследованных растительных объектах (культуры ткани; дикорастущие растения, собранные в экологически чистых районах).
Под руководством д.б.н. Т.А. Михайловой продолжены работы по многолетнему мониторингу техногенного загрязнения лесов и ослабления жизненного состояния древостоев Байкальской природной территории площадью около 40 млн. га.
Под руководством д.б.н. В.И. Воронина получены данные о динамике климата почти тысячелетней давности и составлены прогнозы на будущие вековые колебания. разработана и апробирована методика прогнозирования крупных лесных пожаров, апробирована оригинальная гипотеза механизма фракционирования стабильных изотопов углерода деревьями при световом дыхании, установлена причина массового усыхания кедрачей в южном Прибайкалье - бактериальная водянка хвойных.
Под руководством д.б.н. К.З.Гамбурга разработаны протоколы клонального размножения редких и эндемичных растений Байкальского региона. При активном участии к.б.н. Казановского С.Г. создан региональный банк семян редких растений Прибайкалья. К.б.н. А.В. Рудиковским получены гибриды томатов Жарок, Танец и Сюрприз Байкала, все гибриды запатентованы.
В 2017 г. на пост директора заступил д.б.н. Виктор Иванович Воронин.
В Институте сохраняются заложенные ранее славные традиции и развиваются новые направления исследований, тренд которых задают реалии нынешнего времени. В связи с изменениями климата возникают новые условия существования экосистем, что в свою очередь влечет вспышки заболеваний и рост численности вредителей. Ведется изучение обнаруженного в Южном Прибайкалье опаснейшего инвайдера, вредителя пихты – уссурийского полиграфа, поражающего пихтовые леса Хамар-Дабана. Под угрозой оказывается существование темнохвойных лесов Южного Прибайкалья, как экосистемы. По результатам работ издана монография В.И. Воронина и Т.И. Морозовой «Многолетний лесопатологический мониторинг в Байкальском регионе и выявление причин массовых повреждений лесов» (2019 г.).
Особое внимание уделяется появлению и распространению инвазионных видов растений, под руководством к.б.н. А.В. Верхозиной осуществляются исследования видового разнообразия и характера распространения этих видов, которые могут наносить урон аборигенной флоре. Начаты исследования биоразнообразия Байкальской Сибири с применением цифровых технологий.
Под руководством д.б.н. Т.А. Михайловой исследованы токсикологические, физиолого-биохимические, биогеохимические показатели защитных свойств основных компонентов лесной экосистемы (древостоя и почвы) в возрастающем градиенте техногенного загрязнения. Впервые проведены исследования наземной альгофлоры в Хэнтей-Чикойской горной стране – уникальной территории Байкальской Сибири.
Под руководством чл.-корр. РАН Саляева Р.К. проведены работы по изучению действия "ранних" белков папилломавируса и разработке терапевтической вакцины против цервикального рака. Установлено, что "ранний" регуляторный белок ВПЧ16 Е2 вызывает регрессию опухолей легких у мышей, предварительно инфицированных клетками HeLa.
Под руководством д.б.н. В.К. Войникова получены новые данные об организации системы окислительного фосфорилирования (ОКСФОС) в митохондриях растений. Впервые предложена субкомпартментационная модель организации системы ОКСФОС, которая, с учетом полученных данных, является универсальной, но имеет также и таксоноспецифичные особенности.
Группой ученых под руководством д.б.н. Ю.М. Константинова обнаружены и исследуются физиологические механизмы ретроградной и антероградной регуляции экспрессии митохондриальных, хлоропластных и ядерных генов. Разработан и внедрен комплексный подход для изучения импорта ДНК в митохондрии, включающий анализ в системах in organello и in vivo, что открывает новые возможности для разработки методов генетической трансформации митохондрий. Под руководством д.б.н. Н.В. Озолиной охарактеризована роль тонопласта в защите растительной клетки от стрессов различного генеза. Д.б.н. А.С. Романенко и д.б.н. Л.А. Ломоватская показали наличие регулируемых циклическими нуклеотидами Ca2+-проницаемых ионных каналов (CNG-каналов), которые способны передавать сигнал тревоги при биотическом стрессе. Под руководством д.б.н. Ю.А. Марковой разработан и запатентован микробный препарат для биоремедиации нефтезагрязненной почвы. Его эффективность доказана в условиях модельного загрязнения.
Группой сотрудников под руководством к.б.н. Н.В. Дорофеева создан новый сорт озимой ржи Танга. Сорт может быть применен в сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области и других регионах Сибири. Подана заявка на патент. Получены районированные сорта сои Унга и Саяна, которые характеризуется высокими показателями белковости и содержания жира. Сорта переданы на сортоиспытание. Усилиями д.с.-х.н. М.А. Раченко в СИФИБР СО РАН заложен плодовый сад, который дал начало развитию научно-методической базы плодоводства в Прибайкалье.
В Институте за этот период сформировались следующие научные школы:
- Физиологии роста и развития растений (чл.-корр. РАН Ф.Э. Реймерс);
- Физиологии клетки, генной инженерии и механизмов мембранного транспорта растений (чл.-корр. РАН Р.К. Саляев);
- Изучения механизмов адаптации растений к стрессовым условиям среды (д.б.н. В.К. Войников).
Институт на протяжении своего существования поддерживает связи с научными коллективами Франции, Болгарии, Японии, США, Италии, Монголии, Польши, Норвегии, Чехии, Германии, Швеции, Индии, Англии, Китая.
Институт посещали такие известные ученые как дважды лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг, Хорст Гёринг, Эберхард Мюллер, проф. Фольке Скуг, лауреат Нобелевской премии Дороти Ходжкин, ак. РАН Ю.А. Овчинников, Президент Лондонского Королевского Общества – проф. Джордж Портер, создатель первого в мире фитотрона – проф. Шуар, проф. А.Ланг, ак. РАН А.Л.Курсанов, ак. РАН М.Х Чайлахян, ак. РАН В.А.Энгельгард и др.
Хочется отметить возросший уровень грантов, полученных молодыми учеными Института. За последние 10 лет молодые сотрудники Института к.б.н. М.В. Протопопова, к.б.н. В.В. Павличенко и к.б.н. О.А. Боровик получили гранты РНФ. К.б.н. В.В. Павличенко являлся стипендиатом Президента РФ. К.б.н. И.С. Нестеркина, к.б.н. А.И. Перфильева и О.А. Боровик являлись получателями грантов Президента РФ. Многие молодые ученые являются руководителями грантов РФФИ. Когда в Институте работают такие замечательные молодые кадры, то будущее его в надежных руках.
60 лет Институту – серьезный срок для научной организации. Это время не только подведения итогов, но и построения планов на будущее. Сложившийся в Институте коллектив позволяет надеяться на успешное разрешение сложных и важных задач современной биологии.
В течение ближайших лет основные работы СИФИБР СО РАН будут проводиться как в области фундаментальных исследований, так и в ряде прикладных направлений.
Исследования геномики, протеомики и метаболомики клеток растений, изучение устойчивости и динамики наземных экосистем в меняющихся климатических условиях и сохранение биологического разнообразия Байкальской Сибири создают основу для будущих фундаментальных работ Института. Результаты, полученные при этом, позволят создавать высокоэффективные продуценты целевых веществ, получать генно-модифицированные растения, имеющие ценные признаки, проводить селекцию новых устойчивых, высокопродуктивных и быстрорастущих сортов сельскохозяйственных, плодовых, лекарственных и древесных растений, создавать технологии их выращивания. Изучение основ жизнедеятельности клетки будут тесно сопряжены с изучением и сохранением биологического разнообразия Байкальской Сибири. Это приведет к расширению банка семян редких видов Прибайкалья, получению новых клеточных культур и линий растений. Будут получены новые знания о стоке углерода в экосистемах, откроется новый уровень понимания экологических, ботанических и прочих ресурсоведческих аспектов биологии. Данные по биоразнообразию обретут цифровой контент и будут доступны ученым всего мира.
