Важнейшие научные достижения СИФИБР СО РАН 2021 года

: Категория: Объявления; 06.02.2022; 1072

В преддверии Дня российской науки (8 февраля) Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН представляет некоторые важнейшие результаты, полученные за 2021 год.

Результаты, полученные нашими учеными в 2021 году, не ограничиваются только приведенными ниже, более полное представление об исследованиях можно получить из списка научных работ, опубликованных в этом году в зарубежных и российских журналах и в сборниках трудов международных конференций.

Исследование фталатов в растительных организмах

Авторы: Еникеев А.Г., Семенов А.А., Горшков А.Г., Кузьмин А.В., Федорова Г.А.

В растениях, их культурах клеток, высших грибах и у цианобактерии обнаружен моноэфир о-фталевой кислоты, содержащий углеводородный фрагмент из 15 атомов углерода. Монофталат присутствует в растениях в связанной форме - в комплексе с неустановленным соединением (рис.). Методом масс-спектроскопии с применением масс-спектрометра UltrafleXtreme (Bruker Daltonik GmbH, Германия) определены молекулярная масса комплекса (780) и входящего в его состав монофталата (376). Для удаления нефталатной части комплекс обрабатывали окислителем (персульфат натрия, перманганат калия). Монофталат при щелочном гидролизе давал гексагидрофарнезол и о-фталевую кислоту, из чего заключили, что исследуемый монофталат является гексагидрофарнезиловым моноэфиром о-фталевой кислоты.

Рис. ВЭЖХ-хроматограмма хлороформенных экстрактов, неподвергнутых (А) и подвергнутых (Б) обработке окислительной смесью.
Разделение проводили в 70%-м ацетонитриле. Для расчета количества монофталата служил внутренний стандарт (Стандарт) – бензоилбутанол.

Публикация:
Semenov, A. A., Enikeev, A. G., Babenko, T. A., Shafikova, T. N., Gorshkov, A. G. Phthalates - a strange delusion of ecologists // Theoretical and Applied Ecology. -2021 .-Вып.: 1 .-С. 16-21.-DOI: 10.25750/1995-4301-2021-1-016-021

Исследование выполнено в рамках проекта «Изучение молекулярных механизмов физиологических процессов и аллелопатии в растительно-микробных взаимоотношениях» (Руководитель: д.б.н. Л.Е. Макарова)

№ проекта в гос. задании – 0277-2021-0004
№ гос. регистрации 121031300011-7

Отсутствие изоформ порина VDAC в митохондриях приводит к активации импорта ДНК

Авторы: Татьяна А. Тарасенко, Екатерина С. Клименко, Владислав И. Тарасенко, Милана В. Кулинченко, Юрий М. Константинов

Работа посвящена исследованию импорта ДНК в митохондрии растений – малоизученного на настоящий момент феномена. Показано, что как in organello, так и in vivo происходит активация процесса импорта ДНК в митохондрии мутантных линий арабидопсиса, в мембране которых отсутствует одна из изоформ митохондриального порина VDAC. Как оказалось, в растениях, мутантных по изоформам VDAC1, VDAC2 или VDAC4, повышен уровень экспрессии VDAC3, что, вероятно, представляет собой компенсаторный механизм, обеспечивающий трансмембранный перенос молекул ДНК в матрикс митохондрий. Полученные данные о факторах, влияющих на формирование эффективной транспортной системы митохондрий, могут помочь в создании клеточной технологии трансформации митохондриального генома – сложной и в настоящий момент нерешенной задачи, имеющей важное значение для биотехнологии и генетической инженерии растений.

Рис. Исследование импорта ДНК в линиях арабидопсиса, мутантных по одной из изоформ VDAC

Публикация
Tarasenko T.A., Klimenko E.S., Tarasenko V.I., Koulintchenko M.V., Dietrich A., Weber-Lotfi F., Konstantinov Y.M. (2021) Plant mitochondria import DNA via alternative membrane complexes involving various VDAC isoforms. Mitochondrion. 60, 43–58. doi: 10.1016/j.mito.2021.07.006

Исследование выполнено в рамках проекта «Механизмы физиолого-генетического контроля взаимодействий клеточных органелл и разработка принципов их направленного изменения» (Руководитель: д.б.н. Ю.М. Константинов)

№ проекта в гос. задании – 0277-2021-000
№ гос. регистрации – 121031300007-0

Оценка участия активности генов прохибитинов митохондрий Phb3 и Phb4 в индукции синтеза белков теплового шока (heat shock proteins, Hsp)

Авторы: Коротаева Н.Е., Тарасенко В.И., Боровский Г.Б., В.К.Войников

При использовании инсерционных мутантов Arabidopsis thaliana с инактивированной экспрессией генов митохондриальных прохибитинов Phb3 и Phb4 с привлечением методов электрофореза с последующим Western Blot, иммунохимического и денситометрического анализов и количественной ПЦР выявлено, что инактивация экспрессии гена AtPhb4 приводит к компенсаторному росту экспрессии и продукта гена AtPhb3 (Рис. 1А, Б) и усиливает стрессовую реакцию в ответ на прогревание в виде накопления Hsp 101 и Hsp 17.7 (II) (Рис. 1В, Г). Повышенная экспрессия AtPhb4, как результат инактивации AtPhb3, в меньшей степени способствует накоплению Hsp в ответ на нагревание. Согласно полученным результатам, AtPhb3 является перспективным геном, с помощью изменения экспрессии которого, возможно модулировать состояние митохондрий и влиять на термоустойчивость растений.

Рис. 1. Влияние уровня экспрессии генов AtPhb3 и AtPhb4 на накопление стрессовых белков (Hsp) при действии повышенной температуры (44^oС, 2 часа).
А – экспрессия генов AtPhb3 и AtPhb4 у растений дикого типа (раса Коламбия, Col) инсерционных мутантов (-Phb3 и -Phb4). Б – содержание прохибитинов (Phb) по результатам Western Blot и денситометрической оценки содержания белка в контрольных растениях дикого типа и в инсерционных мутантах. В – влияние ТШ на содержание Hsp по результатам Western Blot (к - контроль; ТШ – тепловой шок) в растениях дикого типа и в инсерционных мутантах. Г – влияние ТШ на содержание Hsp по результатам денситометрической оценки (представлены данные после обработки ТШ); n=4-6.

Исследование выполнено в рамках проекта «Изучение генетического контроля, молекулярных и физиолого-биохимических путей формирования и регуляции устойчивости растений в резко меняющихся условиях внешней среды» (Руководитель: д.б.н. В.К.Войников)

№ проекта в гос. задании – 0277-2021-0002
№ гос. регистрации – 121031300009-4

Бриофлора Иркутской области

Авторы: Казановский С.Г., Преловская Е.С.

1. Подведены итоги многолетних исследований бриофлоры Иркутской области. Составлен конспект, включающий 552 вида и 8 внутривидовых таксонов мохообразных из 116 родов, 85 семейств и 7 классов. Печеночники составляют 137 видов и 5 разновидностей из 66 родов, 35 семейств и 2 классов: Marchantiopsida, Jungermanniopsida. Листостебельные мхи представлены 415 видами и 3 разновидностями из 174 родов, 50 семейств и 5 классов: Sphagnopsida, Andreaeopsida, Polytrichopsida, Tetraphidopsida и Bryopsida.

2. Набор семейств и родов флоры мохообразных Иркутской области, а также взаимное их расположение в спектре ведущих семейств и родов типичны для флор умеренно бореальной зоны.

3. База данных мохообразных Гербария СИФИБР СО РАН (IRK), интегрированная c общероссийской базой данных «Гербарные образцы Флоры мхов России», включает 6200 учетных записей и постоянно пополняется.

∆Таксономическая структура бриофлоры Иркутской области

Карточка образца, карта распространения и фото Hylocomium splendens в Базе данных гербария мохообразных СИФИБР СО РАН (IRK)

Исследование выполнено в рамках проекта «Изучение динамики биологического разнообразия наземных экосистем Байкальской Сибири в оригинальной информационно-аналитической среде» (Руководитель: к.б.н. А.В.Верхозина)

№ проекта в гос. задании – 0277-2021-0007
№ гос. регистрации – 121031300014-8

Первичная продукция хвойных древостоев Иркутской области за 2018-2020 годы

Авторы: Г.Г. Суворова, М.В. Оскорбина

Рассчитана чистая первичная продукция хвойных древостоев по административным районам Иркутской области за 2018-2020 годы Из представленных данных видно, что колебания нетто-продукции хвойных древостоев по муниципальным районам составляют от 0,1 до 24,0 млн. т С в год (рис.).

Рис. Картосхема нетто-продукции хвойных древостоев Иркутской области по средним значениям за 2018-2020 гг.

Объект интеллектуальной собственности:

Свидетельство № 2021620963. База данных «Секвестрация атмосферного углерода хвойными лесами Байкальского природного региона» [Текст] / Суворова Г.Г.: заявитель и патентообладатель Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук (RU). – Заявка № 2021620135; дата поступл. 04.02.2021; дата госрег. в Реестре баз данных 14.05.2021.

Исследование выполнено в рамках проекта «Долговременная динамика и современное состояние наземных экосистем юга Восточной Сибири и их ресурсный потенциал: оценка степени трансформации растительных сообществ и выполнения ими средообразующих функций с использованием цифровых технологий» (Руководитель: д.б.н. В.И. Воронин)

№ проекта в гос. задании – 0277-2021-0005
№ гос. регистрации – 121031300012-4

Скороспелые сорта сои для Восточной Сибири

Авторы: Соколова Л.Г, Зорина С.Ю., Дорофеев Н.В., Поморцев А.В., Катышева Н.Б.

В СИФИБР СО РАН создан и передан на государственное сортоиспытание скороспелый сорт сои «Унга», пригодный для возделывания в Восточно-Сибирском регионе. Потенциал урожайности данного сорта достигает 25 ц/га, а содержание жира и сырого протеина в семенах - 19±1,8 и 37,8%. Для реализации этих хозяйственно ценных показателей необходимо соблюдение технологии возделывания, неотъемлемой частью которой является оптимизация условий питания. В условиях производства это реализуется путем применения минеральных удобрений. При расчете доз удобрений наиболее часто используются параметры норматива выноса, который должен быть разработан для конкретных почвенно-климатических условий.

Впервые получены репрезентативные оценки норматива выноса основных макроэлементов у созданного для условий лесостепи Прибайкалья сорта сои. В трехлетних полевых опытах на среднегумусированной серой лесной почве с высокой обеспеченностью подвижными формами фосфора и калия установлено, что показатели выноса мало зависят от предшествующей культуры в севообороте (р>0.05). На формирование 1 тонны зерна с соответствующим количеством побочной продукции затрачивается 64,5±2,38 кг азота, 24,8±1,66 кг фосфора и 37,9±5,99 кг калия.

Незначительная внутри- и межвариантная вариабельность полученных параметров свидетельствует о том, что в данных условиях генетический потенциал изучаемого сорта сои реализуется наиболее полно. Сопряженный анализ данных урожайности сои и выноса макроэлементов надземной частью растений выявил, что созданный сорт относится к группе с высоким «индексом урожайности» (доля зерна в общем накоплении питательных веществ в растении). С урожаем зерна отчуждается 82-90 и 76-87% от общего выноса азота и фосфора, соответственно. Для калия показатели ниже (48-65%), но превосходят допустимый порог (50%). Полученные данные могут быть рекомендованы для расчёта норм внесения удобрений под планируемый урожай ультраскороспелых сортов сои в условиях Байкальской Сибири.

Вынос основных элементов питания 1 тонной основной продукции с учетом побочной при выращивании
сои на зерно в зависимости от предшественника, кг (n=9, среднее за 3 года)

№ проекта в гос. задании – 0277-2021-0002
№ гос. регистрации – 121031300009-4

Исследование биохимической адаптации хвойных деревьев при воздействии хронического техногенного загрязнения

Авторы: Михайлова Т.А., Калугина О.В.

Выявлен высокий адаптивный потенциал хвойных деревьев бореальной зоны в условиях воздействия хронического техногенного загрязнения. На примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), вида-индикатора, показана большая значимость неферментативных антиоксидантов в предотвращении окислительного повреждения ассимиляционных органов, вызываемого техногенными поллютантами. При этом степень проявления защитных функций этих веществ изменяется в зависимости от уровня загрязнения хвои, определяемого по суммарному показателю накопления в ней токсикантов (Zbt). Результаты исследования динамики содержания фенольных соединений (флавоноидов, катехинов, проантоцианидинов) и разных форм аскорбиновой кислоты (восстановленной АК_восст, окисленной ДАК, неактивной ДКГК), а также изменений их соотношений в хвое, свидетельствуют, что при воздействии техногенных эмиссий активные адаптационные процессы имеют место даже в условиях сильного хронического загрязнения деревьев, выраженное их подавление обнаруживается только при критическом уровне загрязнения (рис.).

Динамика содержания неферментативных антиоксидантов в хвое сосны
обыкновенной (Pinus sylvestris L.) при разных уровнях хронического техногенного загрязнения.

Публикации:
Afanasyeva L.V., Kalugina O.V., Mikhailova T.A. The effect of aluminum smelter emissions on nutritional status of coniferous trees (Irkutsk Region, Russia) // Environmental Science and Pollution Research. – 2021. DOI: 10.1007/s11356-021-15118-4
Kalugina O.V., Mikhailova T.A., Afanasyeva L.V., Gurina V.V., Ivanova M.V. Changes in the fatty acid composition of pine needle lipids under the aluminum smelter emissions // Ecotoxicology. – 2021. – Vol. 29, No 4. – pp 1287-1297. DOI: 10.1007/s10646-021-02479-2

Исследование выполнено в рамках проекта «Исследование биологического разнообразия Байкальской Сибири на территориях разной степени нарушенности природными и антропогенными факторами» (Руководитель: д.б.н. Т.А. Михайлова)

№ проекта в гос. задании – 0277-2021-0006
№ гос. регистрации – 121031300013-1