Молекулярные механизмы адаптации организмов к окружающей среде

Объекты исследования: стерильные и обработанные сигнальными молекулами и симбионтами растения злаковых, бобовых, капустных и пасленовых, инфицированные патогенами и подвергнутые стрессу. Медоносная пчела. Цель работы - Выявить молекулярные механизмы адаптации хозяйственно-значимых организмов к различным стрессовым факторам окружающей среды и оценить реализацию их биологического потенциала с участием сибиотрофов и средств защиты растений в быстро меняющихся климатических условиях и под воздействием патогенов. Методы: в работе применены цито-, иммуно-, биохимические и молекулярно-биологические методы исследования. Результаты: Поставленные в проекте задачи за период 2021-2024 г.г. выполнены. Обнаружена дифференциальная индукция экспрессии генов, кодирующих защитные белки у растений, зависимых от фитогормонов, сигнальных молекул, эндофитов, а также стрессовых факторов среды различной природы (засуха, патогены и вредители). Модуляция фитогормонального баланса, в особенности уровня цитокининов, АБК, салициловой кислоты, является ключевым фактором в проявлении под влиянием эндофитов как эффекта праймирования генов защитных белков растений, компонентов системы супрессии хозяин-индуцированного генного сайленсинга, так и супрессии активности генов, ответственных за вирулентность у патогенов, снижая их агрессивность. Защитный эффект эндофитов против патогенов и абиотических стрессов может быть связан с деградацией АБК декарбоксилазами фенольных кислот (phenolic acid decarboxylase, PAD), ферментами семейства цитохром оксидазы Р450 (CYP), а также стабилизацией состояния компонентов аскорбат-глутатионового цикла растений, сохранением повышенного уровня фотосинтетических и защитных белков, укреплением барьерных свойств клеток, предотвращением стресс-индуцируемого усиления суммарного дыхания и доли цианидрезистентного альтернативного пути дыхания. Продемонстрирована технология улучшения физиологического эффекта фитомикробиома на растениях искусственной композицией штаммов эндофитных бактерий, продуцентов липопептидов, с салициловой кислотой. Обнаружены особенности взаимодействия бобовых и ризобий в зависимости от сезона. Показано влияние бобового растения на формирование новых штаммов и активацию горизонтального переноса генов у клубеньковых бактерий. Показана позитивная экспрессия гена Dyp на симбиоз PGPR-штаммов Pseudomonas spp.с растениями гороха. Разработан метод ступенчатого молекулярно-генетического скрининга PGPR-штаммов Pseudomonas spp. пригодных для рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами. Подобраны гидовые РНК, созданы модульные конструкции для нокаут-нарушения функции генов mlo, STS2, MYB60 и HAT Пасленовых и Капустных с использованием системы CRISPR/Cas9. Получены устойчивые к засухе «нокаут-растения» Arabidopsis thaliana с наследуемой гетерозиготной делецией в гене MYB60. В качестве маркерных предложены для отбора медоносной пчелы Apis mellifera с высоким производством маточного молочка гены Dop2, Hex71 и SsRbeta, а для селекции пчел с высокой медопродуктивностью - Cyp4g11, AmNrx, Dscam, Obp4, Obp3 и Mblk1.