Влияние ризосферных бактерий из рода Azospirillum на функционирование митохондрий пшеницы при воздействии пестицидов и тяжелых металлов

Различные внешние факторы, такие как предобработка семян пестицидами или высадка в почву, загрязненную тяжелыми металлами, могут негативно сказываться на функционировании митохондрий растений. Митохондриальные дисфункции включают в себя угнетение скорости синтеза АТФ, повышенную продукцию активных форм кислорода (АФК), повреждение генетического аппарата. Однако, несмотря на явно наметившийся мировой тренд в сторону «зеленой биотехнологии», пока рано говорить о том, что в ближайшее время произойдет полный отказ от использования химических пестицидов, поскольку от них зависит продовольственная безопасность во всем мире. А загрязнение почвы тяжелыми металлами и вовсе является практически неразрешимой проблемой из-за активной урбанизации. По этой причине требуется разработать способы минимизации ущерба, которые наносят пестициды и тяжелые металлы сельскохозяйственным растениям путем повреждения митохондрий. Ассоциированные с растениями микроорганизмы играют важную роль в очистке почв от органических и металлических загрязнителей. К этой группе относятся бактерии из рода Azospirillum. Они широко используются в качестве биодобавок из-за их положительного воздействия на рост растений. Одним из основных механизмов их действия на растения является синтез фитогормонов. Известно, что фитогормоны тесно связаны как непосредственно с энергетическим обменом, который протекает в митохондриях, так и с редокс-связанной митохондриальной ретроградной передачей сигналов, которая регулирует экспрессию генов, которые в том числе связаны и с метаболизмов фитогормонов. Таким образом, мы предполагаем, что использование бактерий рода Azospirillum в качестве биодобавок может помочь решить проблему митохондриальных дисфункций при токсическом воздействии на семена с помощью пестицидов и тяжелых металлов. На данный момент, несмотря на значительный интерес к различным бактериальным добавкам, для бактерий из рода Azospirillum не было изучено влияние на функционирование митохондрий растений. Целью данного проекта является изучение роли митохондрий в протекторном эффекте бактерий рода Azospirillum при обработке семян пшеницы обыкновенной (Triticum aestivum L.) пестицидами и при ее выращивании на почве с высоких содержанием тяжелых металлов. Хотя способность азоспирилл снижать негативное воздействие тяжелых металлов и пестицидов на растения была показана неоднократно, ранее не изучался эффект, который могут оказывать выделяемыми азоспириллами биологически активные вещества на митохондрии растений. На первой фазе эксперимента будет отбираться штамм Azospirillum, демонстрирующий наибольшую устойчивость к каждому поллютанту. В коллекции микроорганизмов кафедры биохимии и физиологии клетки Воронежского государственного университета доступны 4 штамма, еще 3 штамма планируется заказать из Всероссийской Коллекции Микроорганизмов. Вторая фаза будет представлять собой тепличный эксперимент, в ходе которого в 14-дневных ростках пшеницы будет оцениваться количество повреждений мтДНК и изменения в экспрессии генов, которые участвуют в ретроградной передаче сигналов между фитогормонами и митохондриями. Третья фаза будет представлять из себя полевой эксперимент, в котором будет оцениваться влияние инокуляции пшеницы азоспириллами в условиях стресса, индуцированного повышенными концентрациями пестицидов и тяжелых металлов, на биоразнообразие ризосферного микробного сообщества и количество повреждений мтДНК в семенах. Таким образом, в ходе выполнения проекта впервые будет показано воздействие, которое оказывают продуцируемые азоспириллами биологически активные вещества на функционирование растительных митохондрий и их защиту от стресса, вызываемого металлическими и органическим загрязнителями. Полученные результаты будут иметь не только фундаментальную, но и практическую значимость и помогут в разработке биопрепаратов, способных увеличить урожайность и повысить устойчивость пшеницы к влиянию пестицидов и тяжелых металлов.