ИЗУЧЕНИЕ ДЕТОКСИКАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ АССОЦИАЦИЙ И ГРИБОВ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Основными объектами исследований являлись поддерживаемые в Коллекции ризосферных микроорганизмов ИБФРМ РАН и вновь выделенные штаммы бактерий и грибов различной родовой и видовой принадлежности; сельскохозяйственные растения, а также растения, обитающие на промышленной загрязненной нефтью территории. В качестве поллютантов исследовали нефть, нефтешлам, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), гербициды, тяжелые металлы (кадмий, цинк), полиэтилентерефталат. Цель темы НИР – изучение физиологических и биохимических реакций микроорганизмов, растений и их ассоциаций на присутствие поллютантов: нефти, ПАУ, гербицидов, тяжелых металлов. Проведенные исследования касались вопросов изучения фитостимулирующей и деструктивной в отношении поллютантов активности у коллекционных и вновь выделенных свободноживущих и ризосферных штаммов бактерий и грибов, изучению генов, кодирующих различные метаболические ферментные системы, участвующие в деградации загрязнителей, влияния поллютантов на морфо-физиологические и биохимические показатели растений, тестирования активности ферментов антиоксидантной защиты растений в условиях стресса, вызванного присутствием углеводородов и тяжелых металлов, получения характеристик растительных и грибных оксидоредуктаз, катализирующих ключевые этапы деградации поллютантов. Среди полученных результатов основными являются следующие. С использованием молекулярно-генетических методов дана сравнительная характеристика ремедиационного потенциала растений с нефтезагрязненных территорий. Установлено, что ризосфера бобовых, в частности Medicago falcata и M. officinales, характеризовалась максимальной обогащенностью генами деградации алканов alkB и ароматических углеводородов nahAc и nahH. Также в рамках проведенного исследования впервые охарактеризован фиторемедиационный потенциал растений семейства Boraginaceae по отношению к нефтяным углеводородам. В условиях лабораторного вегетационного опыта установлено, что реакции сорго веничного (Sorghum bicolor (L.) Moench) и мискантуса гигантского (Miscanthus×giganteus Greef et Deu) на присутствие в среде тяжелых металлов (кадмия или цинка) и нефтешлама по морфометрическим и фотосинтетическим показателям, активности антиоксидантных ферментов существенно отличались от таковых отдельных загрязнителей. Полученные результаты важны для прогнозирования эффективности фиторемедиации почв с комплексным загрязнением. В результате оценки биотехнологически полезных свойств штаммов рода Azospirillum из Коллекции ризосферных микроорганизмов ИБФРМ РАН показано, что из 10 типовых и 17 региональных штаммов стимулирующей рост растений активностью в отношении сорго и пшеницы обладали 40 и 6% культур соответственно. Нефтеокисляющая активностью выявлена у 70% региональных штаммов. Выделен, идентифицирован и охарактеризован штамм-деструктор нефти Achromobacter marplatensis 101n, способный подвергать деградации ее основные фракции. Исследована структурная организация phn оперона, кодирующего С-Р лиазный ферментный комплекс, у ризосферного штамма Enterobacter cloacae K7. Геномный анализ показал, что 16 генов (phnA-phnP) у этого штамма отвечают за предварительный катаболизм, транспорт и деградацию органофосфонатов, имеют хромосомное расположение на одной цепи ДНК и транскрибируются одновременно. Выявлено, что деструктор ПАУ Mycolicibacterium gilvum PAM1 обладает генами пирен-диоксигеназы nidAB. На основании высокой степени сходства дедуцированных аминокислотных последовательностей с известными NidA и NidB, наличия характерных доменов и данных филогенетического анализа сделано заключение, что секвенированные нами nidA и nidB являются функциональными генами, они не являются уникальными и присутствуют в геномах других представителей семейства Mycobacteriaceae. Однако сходный nidA, как выяснилось, встречается у представителей Intrasporangiaceae, указывая на существование обмена генетической информацией между бактериальными семействами. Показана способность аскомицетов Trichoderma viride, Tr. harzianum, Cladosporium cladosporoides, Cl. cladosporoides МБГ-14, Talaromyces sayulitensis использовать нефть в качестве единственного источника углерода. Tr. viride, Tr. harzianum, T. sayulitensis, Fusarium oxysporum и Lecanicillium aphanocladii метаболизировали трех- и четырех-кольцевые ПАУ и их смеси с образованием соответствующих хинонов. F. oxysporum, L. aphanocladii и T. sayulitensis использовали полиэтилентерефталат в качестве единственного источника углерода и энергии. Выявлены активности ключевых ферментов деградации (кутиназы, пероксидаз и оксидаз). На базе ЛЭБ ИБФРМ РАН продолжает развиваться созданная в 1980 и переименованная в 2013 г. Коллекция ризосферных микроорганизмов ИБФРМ РАН (WFCC975, WDCM1021). Коллекция имеет свой сайт (https://collection.ibppm.ru) и регистрацию на сайте ЦКП/УНУ «Современная исследовательская инфраструктура РФ» (http://ckp-rf.ru/usu/471930). В рамках трехлетнего периода работы коллекции проводились по основным направлениям: поддержание, пополнение и ревизия коллекционных штаммов. По теме опубликовано 13 статей в журналах, 38 статей и тезисов в материалах конференций, прочитано 20 устных докладов на международных и 10 на российских конференциях, представлено 8 стендовых и онлайн докладов.