В преддверии Дня российской науки (8 февраля) Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН представляет некоторые важнейшие результаты, полученные за 2022 год.

Результаты, полученные нашими учеными в 2022 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.

Изучение молекулярных механизмов регуляции физиологических процессов и аллелопатии в растительно-микробных взаимоотношениях

Авторы: Ю.А. Маркова, Л.А. Беловежец

Ранее нами установлено, что колхицин снижает формирование биопленки бактериями Pectobacterium carotovorum ВКМ В-1247 и Rhodococcus qingshengii ВКМ Ac-2784D. Для понимания механизма действия данного алкалоида на бактериальную клетку изучено изменение жирнокислотного состава и микровязкости мембраны R. qingshengii ВКМ Ac-2784D. При более высокой концентрации колхицина (0,03 г/л) в мембранах клеток R. qingshengii ВКМ Ac-2784D увеличивалось содержание насыщенных жирных кислот и снижалось содержание разветвленных жирных кислот (рисунок). Это приводило к увеличению микровязкости мембраны, Полученные результаты свидетельствуют об адаптивной перестройке клеточной мембраны под действием исследуемого алкалоида. Это может быть одной из причин негативного действия колхицина на образование биопленок R. qingshengii ВКМ Ac-2784D.

Рис. Относительное содержание основных групп жирных кислот при культивировании
в течение суток в забуференном физиологическом растворе с глюкозой (5 г/л) (К) и
при внесении 0.03 г/л нистатина (1), 0.01 г/л колхицина (2), 0.03 г/л колхицина (3)

Публикация:
Маркова Ю.А., Беловежец Л.А., Нурминский В.Н., Капустина И.С., Озолина Н.В., Гурина В.В., Ракевич А.Л., Сидоров А.В. Влияние колхицина на физиолого-биохимические свойства Rhodococcus qingshengii // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022. Т. 26. № 6. С. 568-574

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 – 0277-2022-0004
№ гос. регистрации 122041100050-6

Разнообразие наземных водорослей в природных и антропогенно нарушенных биогеоценозах Предбайкальского прогиба

Авторы: Егорова И.Н., Тупикова Г.С.

Получены новые данные о разнообразии альгофлоры Байкальского региона. В естественных и антропогенно-нарушенных экосистемах Предбайкальского прогиба выявлено 315 видов и разновидностей из шести отделов: Cyanoprokaryota/Cyanobacteria, Bacillariophyta, Ochrophyta, Euglenozoa, Chlorophyta, Streptophyta. Найдены редкие для региона виды. Показано, что в степных фитоценозах с сильной антропогенной нарушенностью почвы резко усиливается прирост биомассы нитчатой колониальной цианопрокариоты Nostoc commune – фотосинтезирующего организма, способного к фиксации атмосферного азота. Это дает основание рекомендовать N. commune в целях биоремедиации для восстановления деградирующих почв. Обнаружен представитель рода Chloroidium, перспективный для биотехнологических исследований как источник получения жирных кислот.

Рис. Nostoc commune в степных растительных сообществах Предбайкальского прогиба. Слева: внешний облик слоевища вида и внутреннее строение. Справа: диаграмма, показывающая биомассу вида на участках луговой степи разной степени антропогенной нарушенности, 1 – сильно нарушенное растительное сообщество, 2 – средне-нарушенное; 3 – слабо нарушенное.

Публикация:
Egorova I.N., Kulakova N.V., Bedoshvili Ye.D. Chloroidium saccharophilum (Chlorophyta) from the Lake Baikal shore // Новости систематики низших растений, 2022. – Т. 56, №2. С. 255–272.

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 – 0277-2022-0002
№ гос. регистрации 122041100045-2

Изучение генетического потенциала яблони сибирской для селекционных работ по увеличения содержания витамина С в плодах яблони домашней и ее межвидовых гибридов

Авторы: Рудиковский А.В., Рудиковская Е.Г.

Впервые было установлено, что в плодах яблони сибирской высокий уровень содержание АК (≈330 мг% в пульпе) обеспечивается как уровнем экспрессии генов биосинтеза ГДФ-L-галактозофосфорилазы (MdGGP1 и MdGGP3), так и генов рециклинга – моноаскорбатредуктазы (MdMDHAR1) и дегидроаскорбатредуктазы (MdDHAR3). Установлено, что высокая скорость экспрессии MdMDHAR1 в плодах сибирской яблони (в пульпе и кожуре) сопровождалась увеличением активности фермента MDHAR. Многократное увеличение экспрессии генов MdGGP1, MdGGP3 и MdMDHAR1 в плодах яблони сибирской на стадии созревания обнаружено нами впервые и является уникальным для этого рода. Исследованные генотипы яблони домашней содержат в 100 раз меньшее АК в пульпе, что сопровождается снижением экспрессии всех 4 генов.

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 – 0277-2022-0001
№ гос. регистрации 12241100047-6

Формирование филогеографической структуры реликтовых таксонов Eranthis на территории Южной Сибири в условиях позднекайнозойских климатических изменений

Авторы: Протопопова М.В., Павличенко В.В.

Eranthis (Ranunculaceae) – небольшой род травянистых растений, дизъюнктивно распространенных в умеренной зоне Евразии. Южносибирские таксоны являются эндемиками и третичными реликтами. С использованием нуклеотидных последовательностей ядерной (ITS) и пластидной (trnL + trnL-trnF + trnH-psbA) ДНК впервые показано, что филогеографическая структура Eranthis в Южной Сибири представлена «восточной» и «западной» надгруппами популяций, сформировавшимися в результате дизъюнкции, вызванной активными горными поднятиями в позднем неогене – начале квартера и прогрессирующего плейстоценового похолодания (Рис.1). Восточная надгруппа объединяет генетическую линию I, включающую популяции восточной части хр. Хамар-Дабан, Восточных Саян и хр. Танну-Ола, и линию II, включающую популяции западного Хамар-Дабана. Западная надгруппа (линия III) представлена западносаянскими популяциями. Недавнее выделение E. tanhoensis Erst в качестве самостоятельного вида нарушает монофилию E. sibirica DC., поэтому мы рекомендуем рассматривать E. tanhoensis как синоним последнего. Результаты могут быть использованы в разработке подходов по сохранению генофонда редких и исчезающих видов.

Рис. 1. Филогения (а) и филогеографические паттерны (б) южносибирских таксонов Eranthis на основе комбинированного набора данных ITS + птДНК
Апостериорные вероятности ≥ 0,95 указаны над ветвями, значения Bootstrap поддержек для соответствующих клад – под ветвями.
Окружности на карте указывают на географические паттерны распространения E. sibirica, а ромбовидные контуры – E. tanhoensis.

Публикация:
Protopopova M., Pavlichenko V. Eranthis Salisb. (Ranunculaceae) in South Siberia: Insights into Phylogeography and Taxonomy // Diversity. – 2022. – V. 14 (10). – P. 779, 1-19. https://doi.org/10.3390/d14100779.

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 – 0277-2022-0006
№ гос. регистрации 122041100049-0

Сорт сои Баргузин пригодный для возделывания в Восточной Сибири

Авторы: Дорофеев Н.В., Поморцев А.В., Катышева Н.Б.

В Сибирском институт физиологии и биохимии растений СО РАН совместно с Федеральным научным центром «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В.С. Пустовойта создан сорт сои Glycine max (L.) Merr. Баргузин.

Данный сорт включен в Госреестр по Центрально-Черноземному, Северо-Кавказскому, Средневолжскому, Уральскому и Восточно-Сибирскому регионам. Срок созревания ранний. Растение индетерминантное, среднее – высокое. Гипокотиль без антоциановой окраски. Опушение главного стебля серое. Боковой листочек сложного листа округло-яйцевидный. Цветок фиолетовый. Семена светло-коричневые, рубчик светло-коричневый. Время начала цветения раннее.

Средняя урожайность семян в Восточно-Сибирском регионе 19,2 ц/га. Вегетационный период 108 дней. Масса 1000 семян 120,0 г. Содержание белка в семенах 36,9 %, жира 18,8 %. Наибольшая урожайность семян в Восточно-Сибирском регионе 30,7 ц/га получена на Краснотуранском ГСУ Красноярского края в 2021 г.

Рис. В – Внешний вид бобов (А), семян (Б) и растения (В) сои сорт Баргузин

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 – 0277-2022-0006
№ гос. регистрации 122041100049-0

Древесно-кольцевые хронологии высокогорий Северного Прибайкалья

Авторы: В.И. Воронин, В.А. Осколков, Р.С. Мориц, А.П. Сизых

Для высокогорий Северного Прибайкалья получены длительные древесно-кольцевые хронологии, наиболее продолжительная из которых для Байкальского хребта охватывает период 1580-2012 гг. Во всех обследованных местообитаниях начиная с 1980-х гг. наблюдается устойчивый тренд увеличения радиального прироста деревьев. Наиболее отчетливо он прослеживается у деревьев верхней границы леса Байкальского хребта. В то же время, по абсолютным величинам современная фаза возрастания прироста деревьев уступает, к примеру, таковой в XIX веке. Другими словами, современное изменение климата в Северном Прибайкалье пока не является чем-то экстраординарным. В результате улучшения лесорастительных условий отмечено увеличение радиального прироста лиственницы и активизация лесовозобновительного процесса.

Рис. Древесно-кольцевые хронологии высокогорных лиственничных древостоев Северного Прибайкалья (скользящее сглаживание с шагом 7 лет): черная линия – горнотаежный пояс, Байкальский хребет; серая – подгольцовый пояс, Байкальский хребет; красная – горнотаёжный пояс, Верхнеангарский хребет.

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 – 0277-2022-0003
№ гос. регистрации 122041100058-2

Природная способность митохондрий к импорту ДНК позволяет изучать функционирование регуляторных элементов митохондриального генома Arabidopsis thaliana

Авторы: В. И. Тарасенко, Т.А. Тарасенко, И. В. Горбенко, Ю. М. Константинов, М.В. Кулинченко

Известно, что митохондрии обладают природной способностью импортировать ДНК из цитоплазмы. В изолированные митохондрии арабидопсиса осуществляли импорт генетических конструкций, несущих ген GFP под контролем промоторных областей генов RRN26 или COX1 и одной из двух 3`-нетранслируемых областей (3`-НТО) митохондриальных генов, с последующей транскрипцией in organello. Показано, что уровень экспрессии GFP под контролем промоторов генов RRN26 или COX1 in organello коррелирует с уровнем транскрипции этих генов, наблюдаемым in vivo. При этом присутствие последовательности тРНК^Трп в 3`-НТО приводит к более высокому уровню транскрипта GFP, чем присутствие в этой области сайта связывания белка MTSF1 из 3`-НТО гена NAD4. Полученные результаты открывают перспективы для создания системы эффективной трансформации митохондриального генома.

Рис. Анализ уровня транскрипции рекомбинантной ДНК, импортированной в митохондрии

Публикация:
Тарасенко В.И., Тарасенко Т.А., Горбенко И.В., Константинов Ю.М., Кулинченко М.В. (2023) Дифференциальная экспрессия чужеродного гена в митохондриях арабидопсиса в системе in organello. Молекулярная биология. – в печати (IF WoS = 1,54)

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 – 0277-2022-0005
№ гос. регистрации 122041100052-0

Пероральная терапевтическая противораковая вакцина на основе «раннего» белка ВПЧ16 Е2, полученного в растительной экспрессионной системе плодов томата

Авторы: Рекославская Н.И., Саляев Р.К., Столбиков А.С.

Инфицирование мышей клетками HeLa или инокуляция легких с раковыми клетками HeLa приводила к быстрому опухолевому перерождению и изменению морфологии тканей легких у мышей (в течение 5 суток). Вакцинирование регуляторным антигенным белком ВПЧ16 Е2 блокировало опухолевое разрастание тканей легких , при этом морфология тканей легких нормализовалась , судя по гистологическому анализу микротомных срезов легких. При блокировке опухолевого рецептора PD-L1 с помощью антитела к нему вакцинный белок ВПЧ16 Е2 активировал синтез Т клеточного рецептора, интерферона и CD4/CD8 Т лимфоцитов во фракции Т лимфоцитов из легких мышей, инокулированных c HeLa (Элиспот). Предложена модель быстрого тестирования противоопухолевых агентов : онколитических белков, иммуногенов, моноклональных антител.

Рис. Иммунный надзор опухолей легких мышей, вызванных HeLa, при действии ВПЧ16 Е2

Публикация:
Саляев Р.К., Рекославская Н.И. Действие "ранних" белков Е2, Е6 и Е7 папилломавируса высококанцерогенного типа ВПЧ16 на раковые клетки HeLa, вызывающие опухолевые разрастания в легких у мышей // Acta Biomedica Scientifica. - 2022.- 7(3).- C.260-276

Исследование выполнено в рамках проекта «Разработка инновационных терапевтических вакцин, создаваемых на базе трансгенных растительных экспрессионных систем, против цервикального рака и других опасных папилломатозов» (Руководитель: д.б.н. Н.И. Рекославская)

№ проекта в гос. задании – 0277-2022-0007
№ гос. регистрации 122041100046-9