Хлеба станет больше: ученые создали уникальную базу данных, которая поможет повысить урожайность пшеницы

На фото: декан факультета биологии и экологии ЯрГУ имени П.Г. Демидова Олег Маракаев, старший научный сотрудник лаборатории Экобиомониторинга и контроля качества ЯрГУ Юлия Зайцева, сотрудник научно-образовательной лаборатории молекулярной генетики и биотехнологии ЯрГУ Андрей Сидоров 

Российские биологи создали и запатентовали базу данных малоизученных микроорганизмов — ассоциативных азотфиксаторов. В ней содержится описание более 100 уникальных штаммов, способных существенно повлиять на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур. Работа выполнена сотрудниками подведомственного Минобрнауки России Ярославского государственного университета (ЯрГУ) имени П. Г. Демидова.

Ассоциативные азотфиксаторы — бактерии, которые обитают в ризоплане (на поверхности корней), ризосфере (почве, окружающей корни) и филлосфере (листьях, стеблях). То есть, живут в ассоциации (тесной связи) с высшими растениями.

«Микроорганизмы и растения живут не отдельно друг от друга — они образуют сложные ассоциации, демонстрирующие разнообразные взаимодействия. Тесные растительно-микробные связи свойственны большинству растений. Особенно тем, семена которых лишены каких бы то ни было питательных веществ, и их прорастание происходит только в симбиозе с грибами. Развитие растений и состояние грибов во многом определяется третьим «партнером» этих взаимоотношений — ассоциативными бактериями», — рассказывает сотрудник научно-образовательной лаборатории молекулярной генетики и биотехнологии ЯрГУ Андрей Сидоров.

Ярославские ученые собрали пробы ассоциативных бактерий с пальчатокоренника мясо-красного. Это многолетнее травянистое растение со сложной системой ежегодно замещающихся подземных органов растет в Центральноевропейской России

«Мы исследовали бактериальные сообщества ризопланы, ризосферы, филлосферы, а также эндофитные формы (бактерии, населяющие внутренние ткани подземных и надземных органов) пальчатокоренника. Это помогло составить базу данных, которая содержит сведения о микробных сообществах вегетативных органов этого растения. Она включает их родовое и видовое название, номер (наименование), место и время выделения, место идентификации, регистрационный номер в базе GeneBank и в базе Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов, культурально-морфологические свойства, микроскопическую картину, условия культивирования и хранения, чувствительность к антибиотикам», — поясняет Андрей Сидоров.

Также в базе приведена характеристика биотехнологического потенциала всех выделенных бактериальных штаммов — то есть, способность синтезировать фитогормоны, оптимизировать условия минерального питания, подавлять фитопатогенные микроорганизмы.

Создать подобную систему удалось благодаря детальному исследованию ассоциативных бактерий. Для этого на питательные среды были выделены микроорганизмы, а также проведен учет их численности.

Все штаммы, которые удалось изолировать, ученые подвергали молекулярно-генетическому идентификационному анализу (исследованию участков ДНК), каждому присвоили идентификатор и оформили паспорт. На заключительном этапе была проведена функциональная характеристика исследуемых сообществ и оценка биотехнологического потенциала.

Ростостимулирующий эффект микроорганизмов испытали в лабораторных и полевых условиях на пшенице, ячмене и вике.

«Выявление ростостимулирующих свойств велось нами поэтапно. Сначала для всех штаммов были проведены лабораторные исследования на выявление ростостимулирующих свойств бактерий, а затем «работу» этих свойств проверяли на растениях в условиях полевых испытаний», — объясняет ученый.

Как сообщают исследователи, комплексная оценка биотехнологического потенциала ассоциативных бактерий растительного модельного объекта и его реализация в почвенно-климатических условиях Центральноевропейской России проведена впервые.

По словам Андрея Сидорова, созданная база данных может использоваться при разработке технологий управления ростом и развития, повышения продуктивности и стрессоустойчивости растений, а также студентами и аспирантами.

Авторы добавляют, что разработка биопрепаратов на основе ассоциативных бактерий также значительно снизит антропогенную нагрузку на окружающую среду. Кроме того, такие биопрепараты будут экономически выгодны для агропромышленников, поскольку на их создание тратится меньше ресурсов, чем на химические регуляторы роста и средства защиты растений.

Исследованиями ученых ЯрГУ имени П. Г. Демидова уже заинтересовался один из крупнейших мировых производителей минеральных удобрений.

В настоящее время авторы ведут работу по национальному патентованию наиболее перспективных штаммов бактерий, обладающих высоким биотехнологическим потенциалом. Также они разрабатывают препаративную форму, обеспечивающую удобное применение и высокую эффективность.

Проект реализован в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030», которая является одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты».

С патентом можно ознакомиться по ссылке.