Статьи журнала - Сельскохозяйственная биология
Все статьи: 1605
Статья научная
8-11 декабря 2015 года во Всероссийском НИИ животноводства им. академика Л.К. Эрнста (Московская обл., Россия) при поддержке Федерального агентства научных организаций (ФАНО России), Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Министерства инноваций и инвестиций Московской области прошла 10-я Всероссийская конференция-школа с международным участием «Современные достижения и проблемы биотехнологии сельскохозяйственных животных-БиоТехЖ-2015» (http://www.vij.ru/index.php/ru/konferentsii/). Серия научных конференций-школ «БиоТехЖ» берет начало с 2001 года, когда во Всероссийском НИИ животноводства (ВИЖ) по инициативе вице-президента РАСХН академика Льва Константиновича Эрнста впервые состоялось научное мероприятие по новому для аграрной науки того времени направлению - биотехнологии сельскохозяйственных животных. Юбилейная конференция стала площадкой для обсуждения перспективных и активно развивающихся направлений в биотехнологии сельскохозяйственных животных. В работе конференции приняли участие 281 человек, из них 207 - молодые ученые, аспиранты и студенты из 16 регионов России, а также ученые из Австрии, Белоруссии, Казахстана, Кыргызстана, Таджикистана.
Бесплатно
60 лет Нурбию Сафарбиевичу Марзанову
Персоналии
Доктору биологических наук, профессору, главному научному сотруднику лаборатории генетики животных ГНУ Всероссийского НИИ животноводства Россельхозакадемии (ВИЖ) исполнилось 60 лет.
Бесплатно
Статья научная
Агрофизический научно-исследовательский институт (АФИ) был основан в 1932 году в составе Всероссийской академии сельскохозяйственных наук им. В.И. Ленина (ВАСХНИЛ) по инициативе академиков А.Ф. Иоффе и Н.И. Вавилова. В задачи проводимых исследований входило установление механизмов взаимодействия генотип-среда при воздействии абиотических факторов с целью управления продукционным процессом у сельскохозяйственных растений как в полевых, так и в контролируемых условиях произрастания. Молодая на тот момент агрофизическая наука, опираясь на достижения физики, математики и биологии, должна была обеспечить переход от описательной агрономии к науке, основанной на измерениях и расчетах факторов продуктивности, роста и развития растений и посевов, а также агроприемов, позволяющих управлять продукционным процессом и формированием урожаев. Деятельность института направлена на познание фундаментальных закономерностей функционирования агроэкологических систем; разработку научных основ, методов и средств исследования физических, физико-химических, биологических и биофизических процессов в системе почва-растение-деятельный слой атмосферы; создание имитационных математических моделей этих процессов; разработку теоретических основ, методов и средств управления продуктивностью агроэкологических систем с целью повышения эффективности и устойчивости земледелия и растениеводства в природных и регулируемых условиях; разработку и создание технических средств получения информации о состоянии растений и сред их обитания. Агрофизический институт как ведущая научно-исследовательская организация реализует программы и проекты на основе агрономической физики и смежных с ней наук - агроэкологии, почвоведения, генетики, биофизики и физиологии растений, агроклиматологии, информатики, вычислительной математики, кибернетики и приборостроения. Успешно развиваются новые и междисциплинарные направления исследований, ориентированные на создание приемов эффективного управления процессами роста и развития, а также продуктивностью посевов посредством физических, физико-химических и других абиотических факторов воздействия на среду обитания растений.
Бесплатно
AFLP-анализ сортового полиморфизма Capsicum annuum L
Статья научная
Резюме. AFLP-систему мультилокусного маркирования использовали для оценки потенциала генетического разнообразия у 45 сортов перца овощного Capsicum annuum L. В результате отобрано 8 праймерных комбинаций, наиболее информативных для маркирования генома перца. С их помощью для каждого сорта получены специфичные ДНК-спектры. Всего детектировано 956 полиморфных AFLP-фрагментов, из которых 182 характеризовали индивидуальные генотипы сортов. Рассчитанные коэффициенты межсортовых генетических различий (GD) варьировали от 0,005 до 0,064. На построенной дендрограмме все сорта объединялись в общий кластер со слабой внутренней дифференциацией, что указывало на низкую степень генетического полиморфизма. В то же время формирование дистанцированных базальных ветвей, выявленное у образцов близкородственных культурных видов C. frutescens, C. chinense и C. baccatum, отражает потенциал их генетического разнообразия, который может быть использован в селекции перца овощного.
Бесплатно
Статья научная
В образцах эмульсионных вакцин оценивали антигенную активность бактерий Salmonella сholeraesuis и Pasteurella multocida, инактивированных димером этиленимина. Определяли количество и динамику образования гуморальных и колостральных антител в сыворотке крови свиней крупной белой породы разного возраста при иммунизации антигенами в различных дозах.
Бесплатно
Bacillus megaterium 501RIF как антидот гербицида прометрина в посевах овса и кукурузы
Статья научная
Использование гербицида прометрина - 4,6-бис-(изопропиламино)-2-метилтио-1,3,5-триазина для борьбы с сорняками на посевах сельскохозяйственных культур приводит к возникновению ряда агротехнологических и экологических проблем в связи с его относительно высокой персистентностью в окружающей среде. Предпринимаются попытки использовать для биоремедиации почв микроорганизмы. Особый интерес представляют споровые бактерии Bacillus megaterium , продуцирующие ряд физиологически активных веществ, повышающие эффективность фотосинтеза, стимулирующие рост и формирование генеративных органов растений, а также утилизирующие некоторые пестициды. В настоящей работе впервые показано, что культура B. megaterium 501rif снижает фитотоксичность гербицида и разлагает его в ризосфере овса и кукурузы. Целью работы было изучение приживаемости культуры Bacillus megaterium 501rif в ризосфере овса и кукурузы, оценка ее влияния на устойчивость растений к прометрину и эффективность разложения этого гербицида в почве. B. megaterium 501rif - мутант, устойчивый к антибиотику рифампицину, получен методом градиентного отбора из исходного штамма, выделенного нами из чернозема обыкновенного (Кокчетавская обл., Казахстан). Для проведения вегетационных опытов B. megaterium 501rif выращивали на ротационной качалке в течение 48 ч при 30 °С и 140 об/мин. Титр бактерий составлял 5½108 КОЕ/мл и включал не менее 90 % вегетативных клеток. Семена овса посевного ( Avena sativa L.) сорта Победа и кукурузы ( Zeal mays L.) сорта Росс 199 Мв инокулировали 2-суточной жидкой культурой B. megaterium 501rif, после чего высаживали в вегетационные сосуды объемом 2,0 кг. Почва - дерново-подзолистая, среднесуглинистая, c содержанием органического вещества 2,3 %, рНсол. 5,8. Гербицид прометрин в виде водной суспензии смачивающегося порошка («Panama Agrochemical Inc.», Панама) вносили в количестве 0,12; 0,22; 0,67 и 1,23 мг/кг в опыте с овсом и 3,4; 6,8 и 20,4 мг/кг в опыте с кукурузой. В последнем случае дополнительно был введен вариант с парующей почвой, содержащей прометрин (6,8 мг/кг). Контролем служили аналогичные варианты без инокуляции. Растения выращивали в световой камере Фитос-4 (ФГУП «Фитос», Россия) при температуре 22-25 °С. Сухую биомассу растений, содержание прометрина в почве и численность бактерий в ризосфере учитывали через 30 сут после появления всходов. Полевой опыт проводили в 2010 году на опытном поле Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Пушкин, Ленинградская обл.). Почва - дерново-подзолистая среднесуглинистая, с содержанием органического углерода 2,3 %, рН 5,6. Гербицид прометрин вносился в верхний слой почвы на глубину 0-10 см в дозе 500 мг/м2, что соответствует 1,5 мг/кг. Семена кукурузы сорта Росс 199 Мв перед посевом инокулировали жидкой культурой B. megaterium 501rif с титром 5½108 КОЕ/мл. В контрольном варианте инокуляцию не проводили. Наземную массу растений и содержание гербицида в почве определяли спустя 30 сут после появления всходов. Бацилла B. megaterium 501rif хорошо приживалась в ризосфере овса и кукурузы. Численность бактерий составляла от 300 до 500 тыс. КОЕ/г почвы, причем от 58 до 80 % бактерий находилось в виде физиологически активных вегетативных клеток. При инокуляции культурой B. megaterium 501rif биомасса овса в варианте без гербицида возрастала на 11 %, кукурузы - на 20 %. Эффективность инокуляции увеличивалась на фоне прометрина. Существенно повышалась устойчивость растений к гербициду, содержание прометрина в почве под овсом снижалось в 2-3 раза, под кукурузой - в 20 раз. В полевых опытах через 30 сут после появления всходов масса растений кукурузы в контроле составляла 257±15 г/м2, при инокуляции B. megaterium 501rif - 287±20 г/м2. Содержание гербицида в почве в варианте с инокуляцией уменьшалось почти в 3 раза по сравнению с контролем (0,15±0,03 против 0,4
Бесплатно
Bacillus thuringiensis из природных субстратов в Ленинградской области: выделение и идентификация
Статья научная
В настоящее время кристаллообразующие бациллы группы thuringiensis рассматриваются в качестве основы современного производства микробных инсектицидов. Их характеризуют высокие адаптивные возможности, что обусловливает широкое распространение этих аэробных спорообразующих бактерий в природе. Одни и те же разновидности Bacillus thuringiensis были выделены на разных континентах независимо от наличия и распространения насекомого-хозяина этого энтомопатогена. В разных странах ученые занимаются поиском и выделением Bacillus thuringiensis. В представленной статье изложены результаты выделения B. thuringiensis из природных субстратов в Ленинградской области. Были собраны 24 образца почвы, лесной подстилки, воды, ила, больные и погибшие насекомые и пр. Методом истощающегося мазка проводили рассев образцов из разных субстратов на рыбный агар. После просмотра свыше 3000 выросших колоний по морфологическим признакам отобрали 62 культуры. Микроскопирование мазков с использованием черного анилинового красителя показало, что 12 из 62 изученных изолятов наряду со спорами образуют кристаллические эндотоксины разной формы. Выделенные микроорганизмы отбирали по признакам энтомо- и ларвицидности и идентифицировали по схемам H. De Barjac, A.A. Bonnefoi (1968), а также O. Lysenko (1985). Исследования позволили классифицировать выделенные бациллы в качестве B. thuringiensis и объединить их в три сероварианта - Н1 (var. thuringiensis, изоляты №№ 12, 20, 40, 41), Н3а3в (var. kurstaki, изоляты №№ 15, 29, 49) и Н14 (var. israelensis, изоляты №№ 14, 25, 33, 38, 44). По биологической характеристике (образование ацетилметилкарбинола, лецитиназы, пигмента, β-экзотоксина, формирование пленки на мясопептонном бульоне, использование сахарозы, маннозы, целлобиозы, салицина; расщепление крахмала; протеолитическая активность) они близки к типовым штаммам. Изоляты имеют высокую продуктивность, энтомоцидность, ларвицидность и перспективны в качестве продуцентов биопрепаратов энтомо-ларвицидного действия. Титры изолятов серовариантов BtH1, BtH3a3b и BtH14 варьировали в пределах соответственно 2,42×109-2,78×109; 1,85×109-2,15×109 и 2,65×109-3,28×109 КОЕ/мл. Изоляты №№ 12, 41 сероварианта BtH1 по активности для личинок колорадского жука Leptinotarsa decemlineata Say соответствуют эталонному штамму BtH1 с ЛК50 0,19 %. Энтомоцидная активность изолятов №№ 15, 29 и 49 сероварианта BtH3a3b, выраженная в ЛК50 для гусениц 2-го возраста мельничной огневки Ephestia kuehniella, составляла соответственно 0,88; 0,82 и 0,92 % при ЛК50 эталонного штамма BtH3a3b 0,86 %. Изоляты №№ 33, 44 сероварианта BtH14 по титру не уступали, а по активности несколько превосходили эталонный штамм. У изолятов №№ 33, 44 значение ЛК50 для личинок 4-го возраста комаров Aedes aegypti составило 0,17×10-3 и 0,16×10-3 % при величине 0,18×10-3 % у эталонного штамма BtH14
Бесплатно
Статья обзорная
В последнее десятилетие получило развитие промышленное и пищевое использование топинамбура ( Helianthus tuberosus L.). В то же время значительно расширились площади под этой культурой, особенно в азиатских странах. В связи с этим исследования топинамбура сосредоточены на получении новых сортов, в том числе с высоким содержанием определенных биохимических компонентов в клубнях или листьях и стеблях. Использование топинамбура как источника биотоплива, пищевых волокон, а также заменителя сахара для людей, нуждающихся в инсулине, очень перспективно. Несмотря на большое число разновидностей топинамбура (более 300) в разных странах, его генетическое разнообразие не столь велико (P.P. Wangsomnuk с соавт., 2011; R. Puttha с соавт., 2013), поскольку все размножаемые сорта основаны на внутривидовых гибридах или отборе сеянцев от самоопыления. Кроме того, из-за очень низкой самофертильности топинамбура его селекция и генеративное размножение малоэффективны. Опыт многолетних исследований разнообразия и селекционной работы с топинамбуром во многих странах показывает, что желаемый результат может быть достигнут только на основе межвидовой гибридизации. Скрещивание топинамбура с подсолнечником позволяет передавать в новые поколения признаки и свойства исходных форм и добиваться их улучшения при гетерозисе (L. Natali с соавт., 1998; C. Breton с соавт., 2010). Таким образом, мы можем с большой уверенностью сказать о реальности селекции топинамбура по целевым признакам на основе межвидовой гибридизации. Имеющийся опыт позволяет обозначить наиболее актуальные программы селекции топинамбура, в частности создание сортов для продовольственного использования, получения сырья для пищевой промышленности, применения в лечебных целях, для переработки в инулин, для кормопроизводства, биоэнергетических, технических и экологических целей и т.д. (M. Baldini с соавт, 2004; G.J. Seiler с соавт., 2004; R. Puttha с соавт, 2012; S. Favale с соавт., 2014). Собранного исходного материала достаточно для всех направлений селекции. Как важный ресурс рассматривается мобилизация генофонда топинамбура из разных генбанков. Эффективным инструментом таких исследований служат молекулярно-генетические технологии.
Бесплатно
D-аминокислоты и их оксидаза у сельскохозяйственных животных: роль и практические перспективы
Статья обзорная
В статье систематизированы основные физиолого-биохимические функции D-амино-кислот и их оксидазы, открытых Г. Кребсом в 1935 году (H. Krebs, 1972), в организме высших животных. Обсуждается участие оксидазы D-аминокислот в обмене веществ в норме и при патологии. В настоящее время самое пристальное внимание уделяется сигнальной, коммуникативной и регуляторной роли пероксисом в обмене веществ. Допускается, что они могут осуществлять взаимосвязь между нервной и эндокринной системами и быть причастны к регуляции обмена веществ в клетке, органе и организме. D-аминокислоты (стереоизомеры L-аминокислот) в значительных количествах обнаружены в пероксисомах в нервной системе (J. Sasabe с соавт., 2014), эндокринных железах (A. D'Aniello с соавт. 2000), печени, почках, молочной железе и других органах и тканях (S.V. Khoronenkova, V.I. Tishkov, 2008). Эти активные молекулы в синапсах нервных окончаний обеспечивают коммуникацию в нейрональной сети (C.W. Morgans с соавт., 2013), участвуют в процессах клеточного старения и апоптоза (А.В. Червяков, 2010), секреции и биосинтеза гормонов, регуляции кровяного давления, в поддержании осмотического давления в клетке (Y. Nishina, 2008), антиканцерогенезе и противовоспалительных реакциях (G.H. Fisher, 1998). Оксидаза D-аминокислот самым разнообразным образом влияет на организм в целом, поскольку одновременно участвует в противоположных мультипараметрических процессах: регуляции содержания D-аминокислот и D-аминов аминокислот в клетке, деятельности центрального и периферического отделов нервной системы, в регуляции биосинтеза и секреции эпифизарного мелатонина (H.K, Park с соавт., 2007), гипоталамических релизинг-факторов, гипофизарных, тиреоидных и стероидных гормонов (A. Santillo с соавт., 2014), в защите от ксенобиотиков, микроорганизмов, вирусов, стрессов, борьбе со злокачественными опухолями (R. Rana с соавт., 2012). Особое внимание мы уделили выяснению роли D-аминокилот и их оксидазы у сельскохозяйственных животных, поскольку в мировой литературе такие работы почти полностью отсутствуют. В последнее время появляются публикации, посвященные углубленному анализу влияния D-аминокислот и оксидазы D-аминокислот на всю иерархическую структуру эндокринной системы - от эпифиза, гипоталамуса и гипофиза до яичников и семенников (S. Yasuaki с соавт., 2012). Большинство выполненных исследований подчинено выяснению закономерностей регуляции воспроизводительной функции у человека и животных. Для биологической животноводческой науки самостоятельный интерес представляет выяснение роли D-аминокислот и метаболизирующего их фермента в связи с процессами возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Когнитивная функция у сельскохозяйственных животных заслуживает отдельного рассмотрения, поскольку, по нашему мнению, она тесно связана с адаптацией животных к условиям промышленного содержания, формированием типа нервной системы, снижением агрессивности и, в конечном итоге, с познанием и управлением поведенческими реакциями и продуктивностью.
Бесплатно
Статья научная
Контаминация фуражного зерна и растительного сырья афлатоксинами представляет собой серьезную проблему. Подходы к ее решению в основном направлены на деконтаминацию уже загрязненного токсинами сырья или связаны с использованием микробных антагонистов, способных подавлять развитие токсигенных видов Aspergillium, в частности Aspergillus flavus. В представляемой работе у двух микромицетов ( Gliocladium roseum, штамм GRZ7 и Trichoderma viride, штамм TV35), которые были выделены нами ранее из консорциума токсигенного A. flavus, исследована способность к антагонизму в отношении этого гриба, а также к деградации, продуцируемого им афлатоксина В1 (АФВ1). Изучение динамики разрушения токсина при выращивании микромицетов на жидкой среде Чапека с гидролизатом казеина в присутствии АФВ1 (28 °С, 200 об/мин, 7 сут) показало, что исследуемый штамм G. roseum к концу культивирования разлагает 80-90 % АФВ1, добавленного в питательную среду. Штамм T. viride оказался менее активным биодеструктором АФВ1 (деградация не более 48 % микотоксина за тот же период культивирования в описанных выше условиях). Однако в отличие от G. roseum штамм T. viride эффективно подавлял рост колоний токсигенного A. flavus (штамм A11). При совместном культивировании T. viride TV35 и штамма A11 на агаризованной среде наблюдалось значительное торможение роста продуцента АФВ1, что приводило к сокращению диаметра колоний последнего в среднем на 63,9 % (р £ 0,004), тогда как в варианте с G. roseum - на 5,6 % (р £ 0,05). Исследование токсин-деградирующей активности культуральной жидкости G. roseum, выращенного в отсутствие АФB1, показало, что этот биодеструктор обладает способностью синтезировать и секретировать метаболиты с номинально отсекаемой молекулярной массой > 5 кДа, предположительно ферменты, разрушающие или конвертирующие этот микотоксин. Продемонстрирована возможность повышения афлатоксин-деградирующей активности у штамма TV35, проявлявшего антагонизм в отношении A. flavus. Полученные результаты могут стать основой для последующей идентификации катаболизирующих АФВ1 ферментов и разработки биологических методов деконтаминации кормов, загрязненных афлатоксином или его продуцентом.
Бесплатно
Статья научная
В целях геномного сканирования (полилокусного генотипирования) широко применяются высокополиморфные ISSR-PCR маркеры — фрагменты ДНК, фланкированные инвертированными повторами микросателлитов. Выполненное секвенирование таких фрагментов ДНК геномов домашней лошади и крупного рогатого скота свидетельствует о тесной связи между инвертированными повторами микросателлитов и продуктами рекомбинаций ретротранспозонов. Обсуждается взаимное геномное позиционирование микросателлитов и ретротранспозонов как источник полиморфизма ISSR-PCR маркеров.
Бесплатно
ISSR-PCR маркеры и мобильные генетические элементы в геноме домашней лошади Equus caballus
Статья научная
Закономерности и причины различий в полиморфизме отдельных микросателлитов, как и видоспецифичность такой изменчивости до сих пор остаются недостаточно исследованными. Тест-системы, разработанные Международной ассоциацией по генетике животных (International Society of Animal Genetics) для генетической паспортизации сельскохозяйственных животных, оценки межпородных взаимосвязей, консолидированности пород, включают небольшое число маркеров. Поэтому для животных сельскохозяйственных видов более простым и эффективным методом полилокусного генотипирования служит использование фрагментов микросателлитных локусов в качестве ПЦР-праймеров. Нами предложен метод выявления в секвенированных последовательностях позиционирования инвертированных повторов участков микросателлитов. Были исследованы алтайская порода ( n = 96), рысистые породы ( n = 48), карачаевская порода ( n = 34) домашней лошади Equus caballus. Проанализированы нуклеотидные последовательности для фрагментов (ожидаемая длина/фактиче-ская длина) разной локализации: 1250-1350/1326 п.н. (17-я хромосома), 1250-1350/1302 п.н. (2-я хромосома), 1250-350/1296 п.н. (Х-хромосома), 1250-1350/1287 п.н. (20-я хромосома), 980/986 п.н. (23-я хромосома), 800-900/900 п.н. (24-я хромосома), 800-900/876 п.н. (Х-хро-мосома), 800-900/871 п.н. (18-я хромосома), 800-900/857 п.н. (3-я хромосома), 800-900/832 п.н. (6-я хромосома), 800-900/823 п.н. (19-я хромосома), 740/739 п.н. (16-я хромосома), 580/585 п.н. (1-я хромосома), 550/637 п.н. (Х-хромосома), 550/572 п.н. (10-я хромосома), 500/494 п.н. (1-я хромосома), 490/489 п.н. (28-я хромосома), 380/378 п.н. (11-я хромосома), 380/377 п.н. (21-я хромосома), 360 (370)/364 п.н. (5-я хромосома), 310/309 п.н. (5-я хромосома). Рассчитан индекс PIC (polymorphic information content). Выявленные в геноме домашней лошади фрагменты ДНК (99 участков), фланкированные инвертированным повтором (GA) 9C, содержали участки гомологии к мобильным генетическим элементам. При их сопоставлении с продуктами амплификации, полученными в полимеразной цепной реакции у представителей ряда пород лошадей с использованием в качестве праймера последовательности (GA) 9C, выделены близкие по размеру консервативные и полиморфные фрагменты ДНК. Оказалось, что фрагменты ДНК, полиморфные у разных животных, в большинстве случаев несут последовательности, гомологичные фрагментам ретротранспозонов (в частности, ERV III), тогда как консервативные гомологичны участкам ДНК транспозонов. В исследованных фрагментах геномной ДНК лошади, фланкированных инвертированным повтором (GA) 9C, наблюдается увеличенная плотность нуклеотидных последовательностей, потенциально предрасположенных к формированию G 4 квадруплексов, что, по-видимому, может быть ассоциировано с повышенной активностью рекомбинаций в этих участках. Полученные данные позволяют предполагать связь между полиморфизмом фрагментов ДНК, фланкированных инвертированными повторами микросателлитов, и мобильностью ретротранспозонов.
Бесплатно
Miscanthus sacchariflorus в Сибири: параметры продукционного процесса, динамика биофильных элементов
Статья научная
В мире энергетические культуры возделывают для замены ископаемых ресурсов и сокращения выбросов парниковых газов. Одного из перспективных представителей таких культур - мискантус ( Miscanthus spp.) широко культивируют преимущественно в странах с гидротермическими условиями, оптимальными для этого растения. В России проблема выращивания мискантуса в целях получения биомассы остается слабо изученной. В настоящей работе мы оценили возможность культивирования мискантуса для получения биомассы в континентальных условиях Сибири. Исследования провели на территории научно-экспериментальной базы СибНИИРС - филиал ИЦиГ СО РАН (Новосибирская область, Центральная лесостепь Новосибирского Приобья, 54°53'13,5"N, 82°59'36,7"E). Параметры продукционного процесса изучили у Miscanthus sac-chariflorus сорта Сорановский (Государственный реестр селекционных достижений, патент № 6931 от 06.06.2013) в условиях агро-серой почвы. В период формирования многолетних посадок (1-4 года) мискантуса запас надземной биомассы достиг 12±1, подземной - 17±1 т/га. Эти показатели близки к средним характерным для этого вида в мире. Общий вынос NPK всей надземной биомассой (стебли + листья) составил соответственно 51, 6 и 49 кг/га, вынос с урожаем только стеблей - 23, 3 и 26 кг/га. При этом запас NPK в подземной биомассе составил соответственно 130, 10 и 126 кг/га. Следовательно, причин для истощения в почве запасов биофильных элементов при произрастании мискантуса в условиях опыта в течение 4 лет не обнаружено. Установлено наличие объективных предпосылок для закрепления углерода атмосферы во фракциях органического вещества агро-серой почвы: за первые 2 года вегетации мискантуса в мобильных фракциях органического вещества накопилось не менее 300 кг/га углерода; повышение отношения С/N в подземной биомассе мискантуса до 74 (в исходной почве - 20) сопровождалось существенным снижением скорости минерализации вновь поступающих растительных остатков. Параметры продукционного процесса M. sacchariflorus сорта Сорановский в условиях агро-серой почвы в Центральной лесостепи Приобья соответствовали присущим виду M. sacchariflorus , культивируемому в других регионах мира на разных типах почв. Сделан вывод, что выращивание указанной культуры в целях получения биомассы в условиях Сибири может быть обоснованным с экологической, агротехнической и экономической точек зрения.
Бесплатно
Статья обзорная
Извлечение минеральных веществ из почвы - одна из главных проблем выживания растений. В частности, доступность таких макроэлементов, как азот и фосфор, лимитирует рост и развитие растений. Представители семейства Бобовые ( Fabaceae ) преодолевают это ограничение, устанавливая симбиотические взаимоотношения с азотфиксирующими почвенными бактериями (ризобиями). Проникновение бактерий в корни растения-хозяина индуцирует формирование специализированных органов - клубеньков. Внутри клеток симбиотического клубенька свободноживущие бактерии дифференцируются в симбиотическую форму (бактероиды) и превращаются в органеллоподобные структуры, которые фиксируют азот и снабжают им растение в обмен на питательные вещества (B.J. Ferguson с соавт., 2010). В клубеньках ряда бобовых растений бактероиды подвергаются терминальной (необратимой) дифференцировке, теряя возможность вернуться к индивидуальному существованию. Терминальная дифференцировка бактероидов начинается вскоре после проникновения ризобий в клетки клубенька и приводит к морфологическим, физиологическим и генетическим изменениям бактериальных клеток. Показано, что ключевую регуляторную роль в этом процессе играет обширное семейство антимикробных пептидов растений, представители которого носят название клубенек-специфичные цистеин-богатые пептиды (Nodule-specific Cysteine Rich, NCR-пептиды) (P. Mergaert с соавт., 2003). По своей структуре и способам действия они сходны с факторами врожденного иммунитета растений - дефензинами, однако образуются только в клубеньках. На сегодняшний день в геноме модельного бобового объекта люцерны слабоусеченной ( Medicago truncatula Gaertn.) идентифицировано порядка 700 генов, кодирующих NCR-пептиды, вариабельные по аминокислотной последовательности. В консервативных положениях они всегда несут цистеиновый мотив, вероятно, необходимый для принятия ими правильной конформации. Внутриклеточной мишенью NCR-пептидов служат симбиосомы (клеточные компартменты, содержащие бактероиды), к которым NCR-пептиды доставляются через секреторный путь и в которых они запускают процесс дифференцировки, взаимодействуя с компонентами бактериальной мембраны, а также различными внутриклеточными мишенями (D. Wang с соавт., 2010). Наиболее изученный представитель этого семейства у M. truncatula - MtNCR247. Он представляет собой катионный пептид с четырьмя цистеиновыми остатками, формирующими две дисульфидные связи в окисленной форме. MtNCR247 влияет на процессы транскрипции, трансляции и клеточного деления Sinorhizobium meliloti при низких концентрациях, а также проявляет антимикробную активность при более высоком содержании (A. Farkas с соавт., 2014). На сегодняшний день NCR-пептиды идентифицированы только у бобовых растений группы IRLC (Inverted Repeat-lacking Clade), для которых характерна терминальная дифференцировка бактерий в бактероиды. Вероятно, приобретение в процессе эволюции вариабельного семейства генов, кодирующих NCR-пептиды, было селективным преимуществом растений этой группы.
Бесплатно
Статья обзорная
Натуральный каучук (НК) - стратегически важное сырье, используемое для производства более 50 000 различных продуктов из резины и латекса. Во многих случаях, например в авиа- и автомобилестроении, он не может быть заменен синтетическими аналогами. Несколько важных факторов делают актуальным поиск альтернативных источников НК. Среди них сильная аллергическая реакция на изделия, изготовленные из латекса гевеи и опасность распространения южноамериканского фитофтороза (South American Leaf Blight, SALB) в Юго-Восточной Азии. Последнее нанесло бы невосполнимый урон производству природного полимера. В настоящее время единственным коммерчески значимым источником НК служит гевея Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müll. Arg. - вечнозеленое дерево, растущее в тропических регионах. Неудивительно, что исследования по поиску и созданию альтернативных источников НК методом генетической инженерии интенсивно развиваются в Европе и Северной Америке. Среди публикаций ведущих исследовательских групп по тематике НК следует выделить работы лаборатории под руководством K. Cornish. Так, в 2000 году был опубликован один из первых детальных обзоров, посвященных альтернативным источникам НК (H. Mooibroek, K. Corhish, 2000). Годом позже был подробно описан биосинтез НК в эволюционно далеких каучуконосах (K. Cornish, 2001). Эти исследования получили развитие в последующих работах (К. Cornish, 2017). Детальные обзоры альтернативных каучуконосов представлены другими лидирующими группами (J. van Beilen с соавт., 2007; S.C. Gronover с соавт., 2011; D.T. Ray с соавт., 2005). Недавно мы опубликовали обзорные статьи, подробно описывающие биохимические и молекулярно-генетические аспекты биосинтеза НК (A.Y. Amerik с соавт., 2018; A.Y. Amerik с соавт., 2021). В представляемом обзоре мы уделяем особое внимание историческим аспектам проблемы, которым, по нашему мнению, не было уделено должного внимания в литературе, и сравниваем потенциальные альтернативные продуценты натурального каучука, способные заменить единственный на сегодняшний день коммерчески значимый источник полимера - H. brasiliensis. В качестве альтернативных каучуконосов рассматриваются два вида - мексиканский кустарник гваюла ( Pаrthenium argentatum A. Gray) и кок-сагыз, или русский одуванчик ( Ta-raxacum kok-saghyz L.E. Rodin). Безусловно, следует также упомянуть незаслуженно забытый, но очень перспективный альтернативный производитель НК - тау-сагыз ( Scorzonera tau-saghyz Lipsch. et Bosse). Наиболее изученный альтернативный каучуконос - T. kok-saghyz . Для биохимических и молекулярно-генетических исследований этого растения применялись современные молекулярно-биологические подходы - улучшенные протоколы трансформации, использование РНК-интерференции (сайленсинг) и EST (Expressed Sequence Tag) библиотек для идентификации новых генов. В результате были идентифицированы ключевые белки, ответственные за биосинтез НК, - цис-пренилтрансферазы 1-3 (СРТ1-3) (T. Schmidt c соавт., 2010) и активатор СРТ (RTA) (J. Epping с соавт., 2015). Необходимо отметить, что внутриклеточная концентрация СРТ регулирует биосинтез НК в клетках T. brevicorniculatum - ближайшего родственника T. kok-saghyz . Трансгенные линии, в которых экспрессия всех трех генов СРТ подавлялась методом РНК-интерференции (RNAi), демонстрировали практически полную супрессию биосинтеза НК (J. Post с соавт., 2012). Тем не менее необходимы дополнительные исследования, прежде чем каучук из T. kok-saghyz станет жизнеспособной альтернативой каучуку из H. brasiliensis. Исследования P. argentatum также интенсивно развиваются. В частности, следует отметить работы, которые проводятся в лаборатории D.K. Ro. Исследователи идентифицировали и охарактеризовали белковый комплекс, включающий СРТ и играющий ключевую роль в биосинтезе НК (А.М. Lakusta с соавт., 2019). К сожалению, исследования тау-сагыза ( S. tau-saghyz ) развиваются не столь успешно. Численность тау-сагыза критически снизилась в течение интенсивной заготовки в 1940-х годах. Работы по восстановлению этого уникального вида, у которого в корнях растений накопление НК в благоприятных условиях достигает 40 % сухой массы, ведутся в настоящее время в Казхахстанском национальном университете (С.К. Турашева с соавт., 2016). Таким образом, постоянно растущий спрос на НК в будущем не может быть удовлетворен за счет одного только каучукового дерева. Необходимы альтернативные культуры, которые можно выращивать на больших площадях в промышленных объемах, и соответствующие технологии переработки и получения конечных продуктов. В долгосрочной перспективе каучук из альтернативных культур, особенно его термостабильные производные, такие как эпоксидированный каучук, могут занять место на рынке, где в настоящее время представлены различные синтетические каучуки, при значительном сокращении углеродного следа.
Бесплатно
QTL картирование изоферментных форм эстераз зрелых семян у Brassica rapa L
Статья научная
С 1960-х годов изоферменты хорошо известны как одни из наиболее распространенных биохимических маркеров. Установление общей изменчивости изоферментных систем и выявление их генетического контроля сохраняют актуальность, позволяя вскрывать тонкие механизмы взаимоотношения организма с окружающей средой и гомеостаза и разрабатывать эффективные биохимические маркеры для экспресс-оценки генетически и селекционно значимого материала. В представленной работе нами впервые идентифицированы и картированы локусы хромосом, отвечающие за проявление активности 13 различных изоформ эстераз зрелых семян у Brassica rapa L. В исследовании использовали линии удвоенных гаплоидов двух картирующих популяций - DH30 и DH38. Все выявленные изоформы эстераз по электрофоретической подвижности подразделялись на три группы. Группа изоформ А1-А3 обладала большой молекулярной массой и малой электрофоретической подвижностью, группа изоформ В1-В7 характеризовалась средней молекулярной массой и проявляла среднюю электрофоретическую подвижность, группу С1-С3 составляли изоформы с малой молекулярной массой и, соответственно, наибольшей электрофоретической подвижностью...
Бесплатно
Quorum Sensing и нодуляционная конкурентоспособность ризобий при инфицировании бобовых растений
Статья научная
Один из основных симбиотических признаков ризобий - способность конкурировать за образование клубеньков у бобовых растений, проявляемая при совместной инокуляции хозяев несколькими штаммами (нодуляционная конкурентоспособность - НКС). Закономерности регуляции НКС остаются малоизученными, что затрудняет использование полученных данных в биотехнологических исследованиях, направленных на повышение эффективности биопрепаратов ризобий. Нами создана математическая модель нодуляционной конкурентоспособности ризобий (НКС) для описания мультиштаммовой инокуляции бобовых растений (НКС-модель). В НКС-модели мы учли, что в соответствии с положением о Quorum Sensing регулировании (QS-регулировании) в почвенных нишах ограничивается не только число бактерий в нише, но и миграция клеток в соседние ниши. НКС-модель представляет собой нелинейную степенную зависимость миграции клеток из ниши от пространственной плотности клеток в нише (величина степени меньше, чем 1). Согласно формуле НКС-модели, относительная доля мигрирующих клеток из ниши обитания уменьшается с ростом плотности клеток в нише. Мы предполагаем, что после мультиштаммовой инокуляции в ризосфере растений в большем количестве (с большей НКС) будет представлен тот бактериальный штамм, который формирует больший миграционный поток клеток из ниши обитания. Верификация и параметрическая идентификация (миграционная активность штаммов, индекс частотно-зависимого отбора) НКС-модели проводились с использованием опубликованных ранее экспериментальных данных. Анализ вычисленных по этим данным параметров НКС-модели показал, что штаммы ризобий с большей миграционной активностью и малым индексом частотно-зависимого отбора образуют больший миграционный поток клеток из ниш обитания и демонстрируют большую НКС. Генетическая модификация ризобий с целью повышения НКС может вызвать интенсификацию миграционных потоков клеток штамма из ниши обитания и к ускоренному расходованию ресурсов ниши. Интенсивная миграция клеток из почвенной ниши может привести к преждевременному расходованию ресурса ниши и вызвать гибель клеток ризобий раньше, чем они образуют симбиоз с бобовыми растениями. Рассмотренные особенности выживания и миграции ризобий в естественных почвенных условиях необходимо учитывать, особенно, при разработке микробных препаратов длительного действия.
Бесплатно
RAPD-анализ коллекционных образцов дикой и культурной свеклы ( Beta L.)
Статья научная
Примитивные (переходные) формы и дикие виды свеклы близки к возделываемой культурной свекле (сахарная, столовая, кормовая и листовая), содержат полезные признаки, скрещиваются с культивируемой свеклой и могут непосредственно использоваться в селекционных программах. Трудности при определении статуса образцов и порядка их хранения в генном банке касаются прежде всего их таксономии и систематики, например правильности дискриминации В eta maritima vs В. vulgaris, а также установления отличий В. maritim а от В. adanensis или В. macrocarpa. В настоящей работе с использованием классического морфобиологического анализа и молекулярных RAPD-маркеров впервые уточнены филогенетические взаимоотношения внутри и между образцами дикой, примитивной и культурной свеклы Beta L. из мировой коллекции Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР). На основе полученных электрофоретических профилей с помощью метода невзвешенного парно-группового кластерного анализа с арифметическим усреднением (UPGMA) построены филогенетические древа. Полученное нами подтверждение предложенного в 1983 году филогенетического деления видов рода Beta L. еще раз указывает на правильность этой классификации.
Бесплатно
Tilling - современная технология «обратной» генетики растений (обзор)
Статья обзорная
В генетических исследованиях существует два основных подхода, получивших названия «прямой» и «обратной» генетики. В то время как «прямая» генетика занимается изучением закономерностей наследования признаков (фенотипа) у живых организмов в ряду поколений и выявляет генетические факторы, которые влияют на проявление данных признаков (работает по принципу «от фенотипа к генотипу»), «обратная» генетика, имея в качестве отправной точки ген с неизвестной функцией, выясняет его роль в организме путем изменения структуры или активности такого гена с последующим анализом ассоциированных изменений в фенотипе (принцип «от генотипа к фенотипу»). С развитием технологий широкомасштабного геномного секвенирования «обратная» генетика получила существенную поддержку, заняв лидирующее положение как в фундаментальной науке, так и в прикладных областях. В представленном обзоре изложены принципы, лежащие в основе одного из новейших методов «обратной» генетики, получившего название TILLING (от англ. Targeting Induced Local Lesions in Genomes - поиск индуцированных локальных нарушений в геномах). Метод совмещает классический мутационный анализ с современными способами точного выявления нуклеотидных замен в заданном локусе. Отличительные особенности метода - высокая эффективность и применимость к широкому кругу биологических объектов, благодаря чему он успел завоевать широкое признание в научном мире. Подробно описаны ключевые этапы подготовки к TILLING-анализу: получение мутагенизированной популяции исследуемых организмов и создание на ее основе так называемой TILLING-платформы, включающей организованную коллекцию мутантов и связанную с ней базу данных с информацией о коллекции. Приведены основные подходы к детекции точечных мутаций, применяемые в настоящее время мировыми исследовательскими группами, в том числе новейшие подходы на основе методов NGS (от англ. Next Generation Sequencing - «секвенирование следующего поколения»). Особое внимание уделено требованиям, предъявляемым к исследователям для успешного проведения TILLING-анализа, а также существующим вариациям и модификациям метода, призванным решать различные задачи. Отдельно представлены результаты, полученные коллективом авторов с применением методики TILLING в их исследованиях специфичности распознавания партнеров при установлении мутуалистического симбиоза между горохом посевным ( Pisum sativum L.) и клубеньковой бактерией Rhizobium leguminosarum bv. viciae. Благодаря TILLING-анализу авторам удалось выявить ряд мутантов гороха по гену рецепторной киназы LykX, который представляется наиболее вероятным кандидатом на роль детерминанты повышенной избирательности растения к бактериальному микросимбионту. Исследование полученных мутантов поможет сделать окончательное заключение о роли гена LykX в симбиозе гороха и клубеньковых бактерий.
Бесплатно
