Журнал. Биотехнология. Теория и практика

Подождите немного. Документ загружается.

Биотехнология. Теория и практика. № 20092

Роль симбиоза в устойчивости

культурныхрастений

Arbuscular

Mycorrhizal Fungi and Their Roles in

Relieving Abiotic Stress.

Bothe H. Germany.

Одним из подходов

повышения устойчивости растений является

выявление роли симбионтов в жизне-

деятельности растительных организ мов.

Более 80% всех высших растений (кроме

представителей семейств Brassi caceae,

Caryophylaceae, Cyperaceae, Jun caceae, рода

Lupinus сем. Fabaceae и др.) образуют

симбиоз с арбускулярными микоризными

грибами (АМГ), что позволяет растениям

из почвы, делает растения более

толерантными к тяжелым металлам,

засолению и кислотности почвы, к атакам

патогенных организмов, возможно, влияя на

механизмы системной защиты растений. В

условиях теплицы

колонизации не происходит,

но в природе она имеет место для

микоризных растений практически всегда.

Тем не менее, в условиях теплицы в случаях

колонизации декоративных растений

снижается риск атаки патогеннымигрибами.

Дефицит питательных элементов в почве

– один из стрессов, который может быть

преодолен колонизацией растений микориз

ными грибами, что имеет перспективы

практического применения в рекультивации

деградированных почв. Использование

биофизических методов показывает, что

колонизированные растения по сравнению с

контролем при загрязнении тяжелыми

металлами содержат значительно меньше

тяжелых металлов, как в корнях, так и в

надземной части. Биохимические и

молекулярно-генетические исследования

снижения экспрессии ряда генов защитной

системы растений при колонизации

интерпретируются следующим образом:

АМГ снижают уровень тяжелых металлов до

таких значений, когда растениям больше нет

необходимости для максимальной экс

прессии генов, продукты которых участвуют

в детоксифиции. С другой стороны,

фиторемедиация загрязненных тяжелыми

металлами почв более эффективна колони

зированными микоризой соответствующими

лучше усваивать минеральные элементы и

воду

при оптимальных

условиях роста

видами растений. Относительно растений на

засоленных почвах данные противоречивы.

Многие представители вышеперечисленных

семейств на засолении не имеют микоризы.

Другие, например,

(Asteraceae) являются наиболее колони

зированными. Галофиты могут образо

вывать множественные арбускулы в период

засухии практически не иметь их в период

Aster tripolium

дождей. Более того, у ряда галофитов обна

ружены некультивируемые симбиотические

грибы.

Снижение

симптомов абиотических стрессов при

колонизации растений АМГ, взаимо

отношения между растением-хозяином,

микоризным симбионтом и противодействие

патогенам изучаются уже около двух

десятилетий. Технология микоризы может

стать фитосанитарным фактором в системах

растительного производства. Многие

патогены, такие как виды

и даже

патогенные нематоды подавляются в

присутствии микоризы. Микоризные грибы

облегчают перевод растений из условий

в Предполагаемые механизмы

био-протективных эффектов симбиоза

растений с микоризными грибами против

патогенов: улучшение статуса питания/ком

пенсация повреждений; конкуренция за

углеводы растения-хозяина и места

колонизации; изменения в анатомии и архи

тектонике и функциях корневой системы;

изменения микрофлоры в ризосфере;

активация защитных механизмов растения;

системные эффекты арбускулярной колони

зации. Следует учитывать, что био-

протективный эффект зависит от ряда

характеристик: штамма АМГ, патогена,

субстрата, растения-хозяина.

Отклонения от оптимальных условий

выращивания, постоянное истощение

ресурсов, возникающие болезни и неиз

вестные лимитирующие факторы открывают

перспективу использования микоризы в

производственном выращивании растений.

В последние годы приобретает коммер

ческое развитие получение инокулумов

микоризных грибов для однолетних овощ

Feldmann F., Gillessen M., Hutter I.,

Schneider C. Germany. Should we breed for

effective Mycorrhiza Symbioses?

Phytophtora,

Fusarium, Verticillium, Sclerotium,

vitrо in vivo.

Биотехнология. Теория и практика. № 20092

ных культур, декоративных, многолетних

равянистых растений, кустарников и

деревьев. Показано, что микоризная зависи

мость растения-хозяина генетически фикси

рована. Выявлена вариабельность степени

колонизации корней различных растений-

хозяев, что может быть обусловлено селек

цией. До настоящего времени индустриаль

ное производство растений основывается на

длительномселекционном процессе, не

принимающем во внимание микоризу. Т.е.

селекция по существу идет в сторону

независимости от микоризы. Хотя при

селекции новых сортов на повышение

устойчивости к стрессовым факторам была

бы полезна простая рутинная процедура на

инокуляцию АМГ и подтверждение 20-30%

колонизации корней. В одном из секционных

докладов по данной проблеме

China.

были представлены результаты по

инокуляции растений хлопка, как в полевых

условиях, так и в условиях теплицы

микоризными видами и

что снизило степень

verticillium-завядания и существенно

повысило урожай корпии.

Единственным источником многих

лекарственных растений являются их естес

твенные популяции, поскольку введение

таких растений в культуру не удается. Это

зависит не только от состава почвы, но и

отсутствия соответствующих симбиоти

ческих грибов. Так, культивирование

лекарственных растений и

в условиях теплицы с

арбускулярными микоризными грибами

повысило в них уровень таких вторичных

метаболитов как сесквитерпеновые лактоны,

фенольные кислоты, причем количество

метаболитов коррелировало с параметрами

микоризы и зависело от используемого для

инокуляции вида гриба (доклад

Poland

). При этом

параметры ростового потенциала растений

обратно коррелировали с количеством

иннокулируемых видов грибов. Более того,

микоризные штаммы, высокоактивные в

колонизации, были менее эффективны в

Long X., Bu J.,

Cui W., Yong R

Verticillium

dahliae

Zubek S,

Stojakowska A. Kisiel W. Goralska K, Turnau

Glomus mosseae

Glomus etunicatum,

Arnica montana

Inula ensifolia

Mycorrhizal Cotton

Seedlings withstand the Stress of

. Interactions between mycorhizal

fungi and medicinal plants.

накоплении вторичных метаболитов и,

наборот, менее эффективные в колонизации

штаммы способствовали большему накоп

лению вторичных метаболитов.

Germany.

Количество видов коли

Грибковые инфекции

Mechanisms

of Fungal Infection.

Deising H.B. Horbach R. Ludvig N.

Munch S. Schwei.er P.

чество видов цветковых растений. Ущерб

урожаю, наносимый грибковыми болезнями

культурным растениям, превышает таковой

от любых видов микроорганизмов. Кроме

того, они производят микотоксины, чрезвы

чайно опасные для здоровья животных и

человека. В контексте появления устойчи

вых к фунгицидам штаммов и ужесточению

требований к снижению уровня пестицидов

в с/х продукции один из перспективных

подходов - выяснение молекулярных основ

инфекционного процесса, выявление генов

патогенеза. Недавно разработанная техно

логия РНК-молчания позволяет переносить

короткие интерферирующие РНК (siRNA),

конструкции РНК в сенс и антисенс

ориентации, из клеток растения хозяина в

патоген. Образуя двухцепочечную РНК, они

расщепляются специфическим комплексом

РНКазы (DICER), приводя к образованию

siRNA, которые связываются с РНК-инду

цируемым комплексом молчания (RISC) и

грибковые транскрипты, соответствующие

этим siRNAs, распознаются и расщеп

ляются. Технология молчания генов,

индуцируемая растением-хозяином (HIGS),

представляет методологический прорыв в

защите растений. Для его реализации

необходимо сфокусироваться на иденти

фикации генов патогенеза различных

таксонов грибов, в том числе с помощью

направленного и случайного (без необхо

димости предварительного знания функции)

мутагенеза. Технология HIGS станет в

будущем все более востребована в

повышении устойчивости к грибковым

поражениям.

В числе представленных на Симпозиуме

работ по повышению устойчивости к

грибковым инфекциям с использованием

молекулярно-генетических подходов:

Биотехнология. Теория и практика. № 20092

Diederiсhsen Е., Werner S., Frаuen M.

PIasmodiophora brassiсae

Brassiсa napus

Mullеnborn C., Krause J-H.,

Papagiannopoulos M., Muktiono B.,

Cerbonсini C.

Sclerotinia scleгotiorum

Konietzki S., Soсquet-Juglard D.,

Diederichsen Е.

Vertiсillium

longispoгum Brassiсa alboglabra

Genetiсs of the -

interaсtion

Differential gene expression in

wiId sunflowеr with rеsistanсe to the

neсrotrophiс pathogen

Мapping of genеs controlling

developmеnt and resistanсe to

Masсher F., Marcello Z., Celeste L.

Pos V., Hunyadi-Gulyas Ё., Manningег K.,

Szikriszt B., Rab Е., Kabai М., Меdzihradszky

K., Lukaсs N.

Dynamiсs of

adaptation of powdery mildew to triticalе

Whеat lеaf-rust infесtiоn response

- from apoplast proteomiсs to transсriptional

аspесts in nеarisogeniс linеs of thе 'Thatсhеr'

cultivar.

UK, Germany.

Вредители и болезни

высокочувствительны к климатическим

изменениям в долговременной и к погодным

условиям в краткосрочной перспективе.

Следовательно, влияние климата - это

ключевой фактор в долгосрочной стратегии

защиты растений, а изменения погоды - для

немедленного контроля степени заражения и

повреждения в локальных условиях.

Патологи растений в Европе обладают

значительным массивом данных погодных

условий за последние 30-40 лет, которые в

настоящее время используются для создания

моделей предсказания эпидемий в конкрет

ных условиях выращивания, а также для

предсказания вероятной эпидемиологичес

кой ситуации и географического распростра

нения в изменяющихся климатических

условиях в будущем. Такие модели

предсказания распространения болезней и

вредителей, конечно, имеют определенные

ограничения. Во-первых, климатические

модели достаточно варьируют и имеют

ограниченное пространственное и времен

ное разрешение. Во-вторых, возможны

краткосрочные количественные эффекты на

популяции патогенов. Так, умеренная

продолжительная зима 2006/2007 гг.

способствовала значительному уровню

Evans N., Gladders P., Fitt BDL.,

Tiedelman A v. Altered

Distribution and Life Cycles of Major

Pathogens in Europe.

развития инокулюма аскоспор

перед цветением и в период

цветения озимого рапса во Франции и

Германии. Очевидно, предсказываемые в

будущем частые умеренные и продолжи

тельные зимы увеличат случаи болезни и

потенциал повреждений от этого патогена. В

случае другого патогена , если

показатель температура-дни после посева

преодолеет порог выше 1200, следует

ожидать распространения инфекции на

северные области Великобритании, в

Шотландию. Изменения средних температур

Sclerotinia

sclerotium

Leptosphaeria

почвы весьма вероятно повлияют на

развитие почвенных патогенов, таких как

Germany.

Джеминивирусы (бегомовирусы, род

), распространенные в тропиках

и субтропиках, становятся все большей

угрозой для мирового производства сельско

хозяйственных культур, с изменениями

климата мигрируя с инфицированным

растительным материалом в умеренные

зоны. Поражая томаты, перец, тыквенные,

бобовые, основные злаковые, пряные

культуры, хлопок, древесные и др., они

являются причиной большинства экономи

чески значимых эпидемий уже в настоящее

время. Поскольку сложные взаимо

отношения между данными вирусами,

вирусами других видов и растениями-

хозяевами неоднозначны, тонкие механизмы

не изучены, распространение вирусов в

новые местообитания на новые сорта

растений могут привести к непредска

зуемым эпидемиологическим рискам.

Различные патогенные комбинации могут

стать причиной синергетического увели

чения симптомов. Растительные вирусы,

переносимые насекомыми, являются

серьезными патогенами злаковых. Благодаря

глобальному потеплению, продолжи

Plasmidiophora brassicae Verticillium

longiosporum.

Begomovirus

Новая (старая?) проблема защиты

растений – вирусные инфекции

Mixed Infections of

Geminiviruses and Unrelated RNA Viruses

or Viroids in Tomato: A Multiple of Effects

with a Highly Probable Impact on

Epidemiology and Agriculture.

Wege C.

Биотехнология. Теория и практика. № 20092

тельный теплый весенний период будет

ув

еличивать степень заражения вирусами

озимых культур посредством насекомых-

переносчиков (

Germany.

.В

докладе

Germany, Finland.

Исследователи привели результаты анализа

распространения вируса (CLRV), который

впервые был зафиксирован в Финляндии в

Habekus A., Riegel C.,

Schliephake E., Ordon F.

Bargen S.v, Arndt N., Grubits E.,

Buttner C., Jalkanen R.

Importance of Insect-transmitted Viruses in

Cereals and Breeding for Resistance)

Cherry Leaf Roll Virus in birch – an old

problem or an emerging virus in Finland?

1980 г. С 2002 г. симптомы заражения

вирусом на основе молекулярных тестов

были выявлены на всех видах березы, рода,

представляющего одну пятую всех лесов

страны. Высказано предположение, что ко-

эволюция взаимоотношений вирус-

растение/хозяин, на фоне первоначального

отсутствия тесной адаптации вируса к

определенному хозяину и присутствие смеси

популяций вируса явилось причиной столь

быстрого и агрессивного распространения

болезни. Использование РНК-интер

ференции является одним из перспективных

подходов к повышению устойчивости

растений к вирусным инфекциям.

Хотя на Симпозиуме не были представ

лены исследования по созданию ГМО,

устойчивых к стрессовым факторам,

некоторые аспекты оценки влияния

генетически модифицированных растений

на окружающую среду были озвучены в

докладе

Germany, Italy.

Анализ

рисков ГМО до коммерциализации: а)

собственно оценка образца, основанная на

научных критериях, включающих коли

чественные и качественные характеристики

в форме экспертной оценки, использование

сравнительного анализа, видоспеци

фичности; б) риски управления, т.е. на

основе характеристик, данных на первом

этапе - альтернативы принятия, мини

мизирования или снижения рисков, при

необходимости принятие соответствующих

правил предотвращения и контроля;

Schiemann J., Devos Y., Lheureux K.

Environmental Risk

Assessment of Transgenic Plants resistant to

Biotic andAbiotic Factors.

Принципы оценки риска ГМО.

в) принятие решения, опирающегося не

только на данное на первом этапе научное

обоснование, ноивкаждом конкретном

случае, на политические, социальные,

культурные и экономические условия.

Для определения области неопре

деленных рисков формулируется проблема

на основе знаний системы «растение –

стрессор - окружающая среда – опасность -

местоположение». Оценка «конечных точек

приложения» определяется на основе

экологической целостности системы. Типич

ная конечная точка – это обилие и видовое

разнообразие определенных групп организ

мов. Т.е. в случае направленности действия

на определенного вредителя, оценка и

необходимые действия по сохранению

врагов этого вредителя, поскольку послед

ние выполняют соответствующие эко

логические функции. В конечном итоге – это

оценка пределов обитаний (в том числе

временных и пространственных), в которых

следует определить виды, подвергаемые

риску и находящиеся под угрозой, в целях

сохранения качества окружающей среды. В

концептуальной модели должны быть

заложены, описаны взаимоотношения

между ГМ растением и окружающей средой,

как растение может повлиять на целостность

системы (прямое и непрямое воздействие) и

конечный потенциальный «impact» ГМО на

окружающую среду. В план анализа должны

быть заложены подходы и данные, которые

необходимо получить для анализа: т.е.

измерения для «конечных точек» и

выявление приоритетных необходимых для

анализа данных.

Необходим сбор данных и в период

коммерциализации в контексте продол-

жительности выращивания ГМО на больших

территориях в течение продолжительного

времени. Научный мониторинг, оценка

биоразнообразия в ходе продолжительного

культивирования ГМО помогут конкрети-

зировать риски и снизить уровень неопре-

деленностей, поскольку оценки рисков вре-

менны, обратимы и адаптивны в свете новой

информации, которая становится доступной

во времени.

Germany.

используя данные федеральногои

Consmuller N., Bechmann V., Petrick M.

The Adoption of Bt-Maize in

Germany,

Биотехнология. Теория и практика. № 20092

регионального уровней по площадям воз-

делывания культуры, осуществили экономе-

трический анализ влияния регулирующих

законов, структуры фермерских хозяйств,

социально-политической ситуации на ком-

мерческое выращивание в Германии (разре-

шенное с 2005 г.) Bt-генетически-модифи-

цированной кукурузы, устойчивой к точиль-

щику Huber. Анализ пока-

зал, что региональные различия в толерант-

ности к возделыванию данной ГМ культуры

зависят, т.е. положительно коррелируют с

увеличением размера фермерских хозяйств,

Ostrinia nubilalis

а также скоростью распространения

вредителя, но отрицательно с активностью

движенияпротивГМО.

устойчивости растений ведутся с исполь

зованием различных подходов с учетом

предсказываемых трендов давления

стрессовых биотических и абиотических

факторов в условиях меняющегося климата.

Очевидно, что даже фрагментарное

изложение в рамках данного сообщения не

может отразить содержание более 50-ти

представленных на Симпозиуме докладов.

Важно, что поиски повышения уровня

Биотехнология. Теория и практика. № 20092

ЮБИЛЕИ

Видному ученому, крупному специалисту в области

физиологии растений, главному научному сотруднику

ДГП «Института биологии и биотехнологии растений»

РГП «Национальный центр биотехнологии Республики

Казахстан», доктору биологических наук, профессору,

академику Национальной Академии наук Республики

Казахстан Полимбетовой Фатиме Абулхаировне

исполняется 80 лет.

Полимбетова Фатима Абулхаировна родилась 11 августа 1929 года в Кызылординской

области. В 1951 году окончила Казахский Государственный университет им. С.М. Кирова. В

1955 г. защитила кандидатскую, а в 1970 г. докторскую диссертацию. В 1972 году ей

присвоено ученое звание профессора. В 1975 году избрана членом-корреспондентом АН

Казахской ССР, а в 2003 году академиком Национальной Академии наук Республики

Казахстан.

Ф.А. Полимбетова является крупным специалистом в области физиологии растений,

известным как у нас в стране, так и далеко за ее пределами. Своими трудами она заложила

последовательную основу перманентной адаптации и концепции сбалансированной

продуктивности растений, объясняющая пути приспособления растений к резко

континентальному климату. Проведен цикл исследований по физиологическому

обоснованию возделывания и селекции пшеницы в Казахстане. На основе результатов

фундаментальных исследований Ф.А. Полимбетовой разработаны методы повышения

стрессоустойчивости пшеницы в условиях севера и юга Казахстана, приемы регуляции

физиологических процессов с помощью биологически активных веществ, принципы

экспериментальных исследований в регулируемых режимах. Важное теоретическое и

практическое значение имеют ее работы, посвященные изучению и сохранению генофонда

пшеницы, фасоли, дыни.

Под руководством Фатимы Абулхаировны проведены исследования по грантам

международных организаций (USAID, программы Дж. Фулбрайта, DAAD, Copernicus).

Результаты работы широко известны в странах ближнего и дальнего зарубежья (Россия,

Украина, Беларусь, Израиль, Китай, Турция, США) и используются при получении новых

продуктивных и устойчивых сортов,форми линий

Академиком Полибетовой Ф.А. опубликовано более 300 научных трудов, в т.ч. 16

монографий, является автором 15 свидетельств на изобретения. Весомым вкладом в

обеспечении продовольственной безопасности страны стали созданные совместно с

учениками и соратниками новые высокопродуктивные сорта пшеницы Эритроспермум-350,

Эрин, Аксай, Отан, Альба, Алем и ряд перспективных форм, многие из которых

используются в биотехнологическомпроцессе и практической селекции.

Ею создана научная школа физиологов растений – подготовлено 10 докторов и 30

кандидатов наук, которые трудятся в НИИ и вузах Казахстана и зарубежных стран.

За результативную трудовую деятельность Ф.А. Полимбетова награждена орденом

Трудового Красного Знамени, медалями «За освоение целинных земель», «Борец за мир»,

«За заслуги перед Республикой», «За успехи в народном хозяйстве СССР», «Ветеран труда»,

Биотехнология. Теория и практика. № 20092

дипломами ВДНХ и КазССР, почетными грамотами Верховного Совета Казахской ССР,

Министерств

а образования и науки Республики Казахстан. В 1990 году присвоено звание

Заслуженного деятеля науки КазССР.

Коллектив Национального центра биотехнологии Республики Казахстан и редакция

журнала «Биотехнология.Теория и Практика» поздравляет академика НАН РК Полимбетову

Фатиму Абулхаировну с замечательным юбилеем и желает ей крепкого здоровья,

благополучияи дальнейших творческих успехов.

С.Г.Оспанова, Ш. Серікова, А.К. Бұлашев,

С.З. Ескендірова, К.Т. Шенжанова,

Ж.А. Сұраншиев, Моноклоналды антиидиотиптік

антидене көмегімен бруцелла антигеніне

спецификалық иммундық жауаптың индукциясы.....54