Эндофиты винограда – для чистого сельского хозяйства

 

Лауреат премии ДВО РАН имени выдающихся учёных Дальнего Востока

Дальневосточный исследователь-биолог Ольга Алейнова ищет пути управления свойствами микроорганизмов в интересах людей

Ольга Артуровна АЛЕЙНОВА, старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии ФНЦ Биоразнообразия, кандидат биологических наук, знакома нашему читателю.

Ольга Артуровна АЛЕЙНОВА

Дважды лауреат

Совсем немного времени прошло с тех пор, как Ольга стала лауреатом национальной премии L’Oreal-UNESCO «Для женщин в науке», в результате нашей беседы мы подготовили материал в газету «Дальневосточный учёный».

И вот снова повод: недавно Ольга Алейнова вновь стала лауреатом, но уже премии имени профессора А.И. Куренцова за цикл работ «Биоразнообразие эндофитных бактерий и грибов дикорастущего винограда Vitis amurensis Rupr.».

Мы обратились к Ольге с вопросами о её работе, но для начала попросили пояснить, что же такое – эндофиты растений?

– Эндофиты растений – это микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы, археи и протисты), которые населяют растение внутри. Аналогично микрофлоре кишечника человека, одни эндофиты растений могут быть патогенами, другие – обладать свойствами, полезными для организма-хозяина.

Предмет изучения – дикорастущий виноград

– Ольга, расскажите, какие исследования были выполнены в рамках проекта?

– В рамках представленного цикла работ было изучено биоразнообразие эндофитов винограда Приморского края, а именно дикорастущего винограда Vitis amurensis. Нами было показано, что биоразнообразие эндофитных бактерий и микроскопических грибов дикорастущего V. amurensis достоверно богаче, чем в культивируемых сортах винограда. Выделение и изучение редких и неопознанных эндофитов винограда может способствовать созданию потенциальных агентов биоконтроля виноградников.

Также в представленном цикле работ было экспериментально показано, что отдельные эндофитные микроорганизмы винограда стимулируют биосинтез биологически активных веществ (БАВ) в клетках винограда. На основе эндофитных микроорганизмов винограда были получены биопрепараты, которые также стимулировали выработку БАВ в клетках винограда.

Перечисленные выше результаты были получены при поддержке Российского научного фонда (РНФ), конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учёными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учёными, в том числе молодыми учёными (№20-74-00002 «Изучение микробиологического сообщества дикого винограда Vitis amurensis»).

– В настоящее время вы продолжаете исследование по биоразнообразию эндофитов винограда?

– Да. Были собраны образцы винограда в разных частях Приморского и Хабаровского краёв, вида дикорастущего винограда, произрастающего на острове Сахалин.

Для выявления потенциальных агентов биоконтроля виноградников мы проводим сравнительный анализ эндофитного состава здоровых и поражённых заболеванием тканей винограда.

Вместе – сила

– Ставите ли вы свои исследования самостоятельно или совместно с кем-то из коллег?

– В нашей области знаний практически невозможно выполнять эксперименты самостоятельно, так как для всестороннего исследования необходимо применять широкий спектр методов исследований.

Планировать эксперименты и анализировать результаты всегда помогает наш руководитель лаборатории биотехнологии – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Константин Вадимович Киселёв. Также для представленных работ производится биоинформатический анализ данных, который выполняет талантливый молодой человек – младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии, аспирант Николай Николаевич Нитяговский. Кроме того, анализ содержания БАВ в клетках винограда и поиск БАВ в эндофитах винограда выполняет перспективный молодой специалист нашей лаборатории – младший научный сотрудник кандидат биологических наук Андрей Романович Супрун.

Сотрудники лаборатории биотехнологии обсуждают данные ВЭЖХ-анализа. Слева направо: м.н.с., к.б.н. Андрей Романович СУПРУН, руководитель лаборатории, в.н.с., к.б.н. Константин Вадимович КИСЕЛЁВ
и с.н.с., к.б.н. Ольга Артуровна АЛЕЙНОВА

На сегодняшний день мы расширили область исследований, в работу по изучению эндофитов винограда и их биотехнологического потенциала включился аспирант первого года обучения – Алексей Александрович Ананьев. Также наши лаборанты-исследователи, студентки ДВФУ Алина Александровна Береш и Алина Александровна Днепровская помогают в проведении экспериментов.

Как я уже упоминала, представленный цикл работ был выполнен при поддержке гранта, где я была руководителем и единственным исполнителем. Сейчас мы выполняем работы в рамках уже более крупного гранта РНФ № 22-74-10001, где я – руководитель, и основными исполнителями являются А.Р. Супрун, Н.Н. Нитяговский и А.А. Ананьев.

Коллектив лаборатории биотехнологии ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН. Слева направо: с.н.с., к.б.н. Алексей Петрович ТЮНИН; лаборант-исследователь Алина Александровна БЕРЕШ; с.н.с., к.б.н. Александра Сергеевна ДУБРОВИНА; в.н.с., к.б.н. Константин Вадимович КИСЕЛЁВ; с.н.с., к.б.н. Ольга Артуровна АЛЕЙНОВА; м.н.с. Николай Николавевич НИТЯГОВСКИЙ; м.н.с., к.б.н. Андрей Романович СУПРУН; н.с., к.б.н. Злата Владимировна ОГНЕВА,
вед. инженер Евгения Вячеславовна ТРУБЕЦКАЯ

– Используете в работе какие-нибудь особенные методики?

– Да. Например, итоговый результат анализа многообразия эндофитных бактерий и грибов на ДНК, выделенной с помощью разработанного в нашей лаборатории метода, показал, что были получены высокие значения количества прочтений и определённых родов, что превышало значения, полученные на ДНК, выделенной с помощью коммерческого дорогостоящего набора ZymoBIOMICS DNA Miniprep (Zymo Research, США). Эффективность подтверждена результатами метагеномного анализа с высокими значениями полученных выборок прочтений. Данный протокол будет полезен для исследований в области молекулярной биологии и биотехнологии растений с применением методов NGS.

– Какие результаты и в какие сроки были получены?

– По данной теме исследования я начала работать после выхода из декретного отпуска в 2018 году. На отработку методов и подхода к исследованию ушло примерно два года, с 2020 года после получения первого гранта РНФ началась активная работа по данному направлению. Впервые сделан метагеномный анализ биоразнообразия эндофитных бактерий и грибов дикорастущего винограда V. amurensis. Была отработана методика выделения ДНК для высокопроизводительного секвенирования (next generation of sequencing, NGS). Разработан новый подход в увеличении продукции и коррекции качественного состава стильбенов (БАВ) в культуре клеток винограда при помощи нативных эндофитов и биопрепаратов на основе эндофитов дикорастущего винограда V. amurensis. Фактически результаты по циклу работ «Биоразнообразие эндофитных бактерий и грибов дикорастущего винограда Vitis amurensis Rupr.» были получены за пять лет работы.

К экологичному сельскому хозяйству

– Как и в каких областях науки могут быть использованы результаты ваших исследований?

– Это направление исследований актуально, в первую очередь, для сельского хозяйства. Существует множество способов защиты растений от болезней и вредителей, но в основном эти подходы основаны на использовании химических веществ, зачастую неблагоприятных для здоровья человека и окружающей среды. Изучение микробиологического сообщества дикорастущего винограда амурского, а именно выявление патогенных и симбиотических микроорганизмов данного растения, является основой для создания новых подходов защиты культивируемых сортов винограда от болезней, без использования генно-модифицированных организмов, пестицидов, гербицидов или других небезопасных технологий. Разработка и активное применение таких подходов, несомненно, будет способствовать переходу к высокопродуктивному и экологически чистому сельскому хозяйству.

– Могут ли полученные результаты иметь практическое значение? В чём оно? Как биопрепараты на основе эндофитов растений могут помочь людям?

– Мы стремимся довести наше исследование до практического применения в сельском хозяйстве. В первую очередь, это создание быстрых диагностических систем для определения уровня заболевания винограда.

Диагностика на ранних этапах заболевания растений будет способствовать более лёгкому и быстрому «лечению» растений. Некоторые эндофиты винограда стимулируют выработку БАВ, полезных для здоровья человека, так обработка растений биопрепаратами на основе таких эндофитов может повысить качество урожая. Также мы изучаем: могут ли эндофиты винограда сдерживать и подавлять развитие патогенов винограда, таких как серая гниль винограда. Обработка такими эндофитными микроорганизмами, возможно, будет препятствовать заражению и развитию заболевания винограда. Кроме того, мы исследуем: могут ли эндофиты винограда влиять на рост, урожайность растений, а также устойчивость к абиотическим стрессам.

Таким образом, данные о биоразнообразии эндофитов винограда являются фундаментом для дальнейших исследований и разработок подходов по повышению качества урожая и устойчивости к заболеваниям и абиотическим факторам среды культивируемых сортов винограда.

М.н.с., к.б.н. Андрей Романович СУПРУН и с.н.с., к.б.н. Ольга Артуровна АЛЕЙНОВА наблюдают процесс проращивания растений в присутствии эндофитных микроорганизмов винограда. На фоне – климатическая камера, в которой выращиваются экспериментальные растения

Фото из личного архива Ольги АЛЕЙНОВОЙ