Научный руководитель ФГБНУ ВНИИСХМ - Игорь Анатольевич Тихонович, академик РАН, профессор.

тел. (812) 470-51-00

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии имеет многолетние связи с кафедрой генетики и биотехнологии СПбГУ и входит в состав НОЦ с момента его организации.

Формирование экологически сбалансированных сельскохозяйственных систем, основанное на замене дорогостоящих и экологически опасных химических удобрений и средств защиты растений микробными биопрепаратами, является необходимым условием повышения качества жизни в Северо-западном регионе. Решение этой задачи координируется Федеральным государственным бюджетным научным учреждением “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии” (ФГБНУ), который осуществляет решение широкого комплекса проблем – от изучения молекулярных основ и механизмов микробно-растительных взаимодействий до изготовления и внедрения в практику микробных препаратов.

Работа проводится в Отделе биотехнологии (руководитель – академик РАН, директор ФГБНУ, д.б.н., профессор И.А. Тихонович), включающем в себя три лаборатории: лабораторию ризосферной микрофлоры (зав. лаб. – д.б.н. А.А. Белимов), лабораторию молекулярной и клеточной биологии (зав. лаб. – к.б.н. В.Е. Цыганов), лабораторию генетики растительно-микробных взаимодействий (зав. лаб. – к.б.н. В.А. Жуков), а также в лаборатории генетики и селекции микроорганизмов (зав. лаб. – д.б.н., профессор Б.В. Симаров).

Выявление генов растений и бактерий, комплементарное взаимодействие которых обеспечивает формирование высокопродуктивных агрофитоценозов

Клонирование симбиотических генов гороха, а также изучение их последовательностей, позволяет выявить основные закономерности развития азотфиксирующих клубеньков и арбускулярной микоризы и определять степень влияния клонированных генов на эффективность симбиоза. Результаты многолетней работы позволили сформулировать концепцию селекции сортов гороха, необходимых для конструирования эффективных растительно-микробных систем. В соответствии с ней в сотрудничестве с ФГБНУ Зернобобовых и крупяных культур (Орел, Россия) проводится работа по созданию новых сортов гороха с высоким симбиотическим потенциалом (Рис. 1).

Рисунок 1. Поле ФГБНУ ВНИИЗБК (Орел, Россия) с селекционным материалом гороха посевного.

Разработана методика клонирования симбиотических генов гороха посевного (Pisum sativum L.), ответственных за развитие и функционирование симбиозов с полезными почвенными микроорганизмами. Данная методика основана на синтении (сходной организации) геномов бобовых растений, а также на гомологии генов гороха и модельных бобовых растений лядвенца японского (Lotus japonicus (Regel.) K.Larsen) и люцерны слабоусеченной (Medicago truncatula Gaertn.) с известными нуклеотидными последовательностями. Методика включает два взаимодополняющих подхода, один из которых подразумевает генетическое картирование исследуемого гена, а другой – анализ уровня экспрессии генов-кандидатов у мутантных линий. Разработанные подходы основаны на использовании новейших достижений генетики и геномики бобовых растений и включают секвенирование транскриптома мутантных линий с помощью NGS («секвенирования следующего поколения») и анализа баз данных с информацией о геноме люцерны слабоусеченной (Medicago truncatula Gaertn.), последовательностях ее отдельных генов и их экспрессионном профиле.

Созданы система ген-специфичных молекулярных маркеров, представленных во всех группах сцепления гороха, которая позволяет картировать гены, затронутые мутациями (Рис. 2), и база данных секвенированного транскриптома гороха, объединяющая оригинальные данные с информацией, представленной на сайте NCBI.

Рисунок 2. Cистема ген-специфичных молекулярных маркеров, позволяющая проводить картирование генов в геноме гороха посевного.

В институте проводится работа по выявлению, клонированию, анализу нуклеотидной последовательности и изучению функций генов, контролирующих симбиотические взаимоотношения клубеньковых бактерий с растением-хозяином, и разрабатываются генно-инженерные методы конструирования новых высокоэффективных штаммов с заданными свойствами (лаб. генетики и селекции микроорганизмов, зав. лаб. – д.б.н., профессор Б.В. Симаров). Разрабатываются методы и технологии массового выращивания микроорганизмов и получения микробных биопрепаратов для повышения продуктивности растений и устойчивости их к инфекционным заболеваниям (лаб. технологии микробных препаратов, зав. лаб. – к.б.н. В.К. Чеботарь).

В институте функционирует Центр коллективного пользования научным оборудованием «Геномные технологии и клеточная биология» Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии (http://www.arriam.spb.ru/rus/ckp.html). Отделение клеточной биологии Центра оснащено современным оборудованием для проведения различного рода микроскопических исследований и пробоподготовки к ним. Отделение геномных технологий Центра оснащено самым современным оборудованием для проведения широкого спектра исследований в области молекулярной биологии и геномики.

В институте имеется всемирно известная Коллекция культур полезных микроорганизмов ФГБНУ ВНИИСХМ – одно из старейших и крупных специализированных хранилищ непатогенных микроорганизмов Российской Федерации. Коллекция располагает новейшим (первым в России, вторым в Европе) комплексом автоматизированного хранения микроорганизмов при сверхнизких температурах. Коллекция предоставляет услуги по долгосрочному хранению микроорганизмов широкому кругу научно-исследовательских институтов, а также организациям, производящим микробные препараты.

Межлабораторное сотрудничество

•    Лаборатория генной и клеточной инженерии растений СПбГУ

Основные публикации.

Проворов Н.А., Тихонович И.А. Генетические и молекулярные основы симбиотических адаптаций. Успехи современной биологии. 2014. Т. 134. № 3. С. 211-226.

Проворов Н.А., Тихонович И.А. Надвидовые генетические системы. Журнал общей биологии. 2014. Т. 75. № 4. С. 247-260.

Проворов Н.А., Жуков В.А., Курчак О.Н., Онищук О.П., Андронов Е.Е. и др. Совместная миграция клубеньковых бактерий и бобовых растений в новые местообитания: механизмы коэволюции и практическое значение. Прикладная биохимия и микробиология. 2013. Т. 49. № 3. С. 229-235.

Щербаков А.В., Брагина А.В., Кузьмина Е.Ю., Берг К., Мунтян А.Н. и др. Эндофитные бактерии сфагновых мхов как перспективные объекты сельскохозяйственной микробиологии. Микробиология. 2013. Т. 82. № 3. С. 312-322.

Тихонович И.А., Борисов А.Ю., Васильчиков А.Г., Жуков В.А., Кожемяков А.П. и др. Специфичность микробиологических препаратов для бобовых культур и особенности их производства. Зернобобовые и крупяные культуры. 2012. № 3. С. 11-17.

Тихонович И.А., Проворов Н.А. Развитие подходов симбиогенетики для изучения изменчивости и наследственности надвидовых систем. Генетика. 2012. Т. 48. № 4. С. 437-450.

Couzigou J.-M., Zhukov V., Mondy S., Abu el Heba G., Cosson V. et al. NOOT and COCHLEATA are legume orthologs of the BOP genes that participate in maintenance of the nodule developmental program. Plant Cell. 2012. V. 24. N. 11. P. 4498-4510.

Osipova M.A., Mortier V., Demchenko K.N., Tsyganov V.E., Tikhonovich I.A. et al. WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX5 gene expression and interaction of CLE peptides with components of the systemic control add two pieces to the puzzle of autoregulation of nodulation. Plant Physiology. 2012. V. 158. P. 1–13.

Shtark O.Y., Zhukov V.A., Borisov A.Y., Tikhonovich I.A. Mutually beneficial legume symbioses with soil microbes and their potential for plant production. Symbiosis. 2012. V. 58. P. 51-62.

Тихонович И.А., Проворв Н.А. Молекулярные основы конструирования высокопродуктивных экологически устойчивых агроценозов. Экологическая генетика. 2011. Т. 9. № 3. С. 23-26.

Dolgikh E.A., Leppyanen I.V., Osipova M.A., Savelyeva N.V., Borisov A.Y. et al. Genetic dissection of Rhizobium induced infection and nodule organogenesis in pea based on Enod12a and Enod5 expression analysis. Plant Biology. 2011. V. 13. P. 285-296.

Egamberdieva D., Kucharova Z., Davranov K., Berg G., Makarova N. et al. Bacteria able to control foot and root rot and to promote growth of cucumber in salinated soils. Biology and Fertility of Soils. 2011. V. 47. P. 197–205.

Malfanova N., Kamilova F., Validov S., Shcherbakov A., Chebotar V. et al. Characterization of Bacillus subtilis HC8, f novel plant-beneficial endophytic strain from giant hogweed. Microbial Biotechnology. 2011. V. 4. N. 4. P. 523–532.

Ovchinnikova E., Journet E.-P., Chabaud M., Cosson V., Ratet P. et al. IPD3 Controls the Formation of Nitrogen-Fixing Symbiosomes in Pea and Medicago Spp. Molecular Plant-Microbe Interactions. 2011. V. 24. N. 11. P. 1333-1344.

Tikhonovich I.A, Provorov N.A. Microbiology is the basis of sustainable agriculture: an opinion. Annals of Applied Biology. 2011. V. 159. P. 155-168.

Тихонович И.А., Проворов Н.А. Эпигенетика экологических ниш. Экологическая генетика. 2010. Т. 8. № 4. С. 30-38.

Kuznetsova E., Seddas-Dozolme P.M., Arnould C., Tollot M., van Tuinen D. et al. Symbiosis-related pea genes modulate fungal and plant gene expression during the arbuscule stage of mycorrhiza with Glomus intraradices. Mycorrhiza. 2010. V. 20. N. 6. P. 427-443.