ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ «Создание и развитие научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего»» по соглашению № 075-15-2020-920 от «16» ноября 2020 г. Промежуточный отчет.

Целью исследования явилось получение приоритетных данных о механизмах управления плодородием почв для земледелия с минимальным экологическим риском, формирования эффективных растительно-микробных систем и создания подходов для изучения и оптимизации пищевых свойств запасных белков растений. Объектами исследования были штаммы хозяйственно-значимых прокариотических микроорганизмов, грибов арбускулярной микоризы, растительно-микробные системы и образцы почв из различных регионов России. В отчетном году работа ФГБНУ ВНИИСХМ проводилась по 3 из 5 основных направлений деятельности НЦМУ “Агротехнологии будущего”. По основному направлению “Агробиотехнологии управления плодородием почв России в интересах высокопродуктивного земледелия минимального экологического риска”, куратором которого является ФГБНУ ВНИИСХМ, важнейшим фундаментальным результатом является создание инструментов цифрового картирования почв посредством сравнительного исследования их микробиомного разнообразия и динамики, а также выявления метагеномных маркеров ключевых факторов плодородия. Разработана принципиально новая технология конструирования высокоэффективных растительно-микробных систем с использованием предкового микробного генофонда. Содана уникальная коллекция изолятов грибов арбускулярной микоризы (АМ), охарактеризованных по признакам симбиотической эффективности, с целью изучения механизмов взаимодействия АМ-грибов, с растениями, поиска генетических маркеров их хозяйственно-ценных свойств и разработки биопрепаратов для оптимизации фосфорного питания растений. Впервые в мире проведен анализ влияния хозяйственно-значимых факторов на развитие и функционирование эффективных симбиотических клубеньков на уровне отдельных тканей и групп клеток с использованием лазерной микродиссекции и секвенирования транскриптома, а также методов конфокальной и иммуноэлектронной микроскопии. С целью повышения вклада микробно-растительного взаимодействия в продуктивность растений изучен потенциал биологических ресурсов удобрений и биопрепаратов для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, а также улучшения качества растениеводческой продукции и сохранения плодородия при снижении экологической нагрузки на агроценозы. Показана возможность создания биологически активных азотных и фосфорных удобрений, содержащих полезные штаммы микроорганизмов, обеспечивающие повышения коэффициента использования и доступность питательных веществ для растений. Создана линейка новых микробиологических препаратов на основе принципа дополнительности функций микробов и растений как единой системы, а также технологий производства и применения микробиологических препаратов. Проведен анализ влияния абиотических стрессовых факторов на эффективность формирования и функционирования микробно-растительных систем и выявление механизмов, определяющих устойчивость к ним. Разработаны принципиально новые подходы к параллельной селекции растений и микросимбионтов с использованием технологий редактирования генома хозяйственно-ценных штаммов микроорганизмов. Охарактеризованы метагеномы природных целлюлозолитических ассоциаций и создание на их основе технологий и высокоэффективных микробиологических препаратов для переработки пожнивных остатков сельскохозяйственных культур. В рамках направления “Ускоренная селекция высокоурожайных и устойчивых сортов и гибридов растений, обладающих заданными характеристиками качества” впервые изучены пути сигнальной трансдукции, лежащие в основе формирования растительно-микробных симбиозов, для повышения их эффективности и специфичности. Изучение сравнительной геномики хозяйственно-значимых видов бобовых растений, направленное на выявление ключевых детерминантов, определяющих эффективность растительно-микробных взаимодействий, позволяет непосредственно перейти к созданию и реализации программ конструирования бобовых растений с повышенной эффективностью симбиотрофного питания азотом. В рамках направления “Поиск и создание безопасных, качественных, функциональных кормов и продуктов питания” разработан биоинформатический инструмент IPGQC, реализующий новый на мировом уровне подход к оценке качества геномных и транскриптомных сборок на основании данных ресеквенирования для последующего использования в анализе протеомов семян растений при исследовании пищевой ценности запасных белков. В отчетном году достигнуты все основные индикаторные показатели, включая 8 статей со ссылкой на НЦМУ в журналах Q1 и Q2. Реализована молодежная исследовательская программа «Агротехнологии микробно-растительных систем», включившая 10 проектов, в которой принял участие 21 молодой специалист. Проведена 5-я Всероссийская школа-конференция с международным участием для молодых ученых «Молекулярно-генетические и клеточные аспекты растительно-микробных взаимодействий».