Гранты, проекты

Продолжающиеся проекты:

  • Программы фундаментальных исследований Президиума РАН. Проект 0126-2015-0092 (2017–2018) «Направления экологической эволюции сосудистых растений». Руководитель — С. Н. Шереметьев.

    Цель проекта – исследование направлений экологической эволюции сосудистых растений (покрытосеменных, голосеменных и птеридофитов). Предварительные исследования показали, что динамика признаков структуры и водного обмена покрытосеменных травянистых растений полностью соответствует представлениям о глобальных изменениях климата и гидрологии планеты в кайнозое. Таксономическое разнообразие трав и травяных биомов – следствие непостоянства палеоклиматов и адаптогенеза растений к ним. Два типа травяных биомов (С3 и С4) пришли на смену лесным биомам, площадь которых в конце олигоцена и миоцене резко сократилась и в низких и в высоких широтах. Эта тенденция видимо продолжает развиваться параллельно с климатической тенденцией иссушения и похолодания континентов. С другой стороны, проанализированы направления эволюционной изменчивости параметров величины генома и структурно-функциональной активности растений по группам биоморф и таксонов покрытосеменных. Показано, что в мелу–кайнозое их ядерный геном имел тенденцию увеличиваться. Его функциональная эффективность (интенсивность функций на 1 пг ДНК) снижалась от максимально высокой у деревьев и лиан дождевых и муссонных лесов палеогена к минимальной у кустарников, многолетних и однолетних трав лугово-степной растительности, появившейся в неогене. В качестве причины эволюционного роста генома и снижения его функциональной эффективности обсуждается изменение климатических условий, важных для вегетации (температура, влажность, концентрация СО2), в неблагоприятную сторону. Цена филогенетического адаптогенеза покрытосеменных к ступенчатому похолоданию климата в кайнозое – 4-кратный и более рост генома. В ходе реализации проекта планируется расширить эти разработки на другие группы растений – голосеменные и птеридофиты.

    Фото, слева направо: структура базы данных Global Leaf Traits; относительные скорости диверсификации родов покрытосеменных растений для аридных и умеренно-прохладных территорий в эпохи мела-кайнозоя.

  • Грант РНФ №14-16-00120 (2017–2018) «Изменение стехиометрии малой антенны и реакционных центров фотосистемы 2 как уникальный механизм повышения урожайности и устойчивости ячменя к световому и водному стрессам (продолжение)». Руководитель — О. В. Войцеховская.

    Известно, что мутанты chlorina отличаются крайне высокой эффективностью фотосинтетического аппарата: скорость переноса электрона в пределах фотосистемы II (ФСII), а также скорость ассимиляции СО2 на единицу хлорофилла, у них на 15–20 % выше, чем у растений дикого типа. Потенциально– использование сельскохозяйственных культур с таким типом организации фотосинтетического аппарата может дать высокий прирост урожая. Однако, до настоящего времени такие мутанты не рассматривались как перспективные модели для создания сортов и трансгенов с экономически значимым увеличением продуктивности. Это связано с тем, что побочные эффекты мутаций chlorina, в первую очередь, высокий уровень продукции активных форм кислорода в фотосинтетическом аппарате таких мутантов, сводят на нет потенциальную пользу от повышения эффективности фотосинтетической фиксации. Поэтому обнаруженный и изученный нами за время выполнения проекта 14-16-00120 высокопродуктивный фенотип мутанта ячменя chlorina f23613 (clo f23613), у которого практически отсутствуют побочные "негативные" эффекты мутации chlorina, представляет большой теоретический и практический интерес. В проекте будет продолжено изучение уникальной организации фотосинтетического аппарата этих мутантов.

    Целью данной работы будет, во-первых, получение информации, необходимой для перевода полученных фундаментальных знаний в русло практического применения, а во-вторых, дальнейшее развитие сформулированных в процессе выполнения проекта 14-16-00120 фундаментальных концепций, открывающих принципиально новые пути регуляции фотосинтетической продуктивности высших растений. В частности, планируется: метаболомный анализ листьев и зерна clo f23613 (обоих фенотипов) и сравнение с диким типом; проведение полевых экспериментов по получению высокопродуктивного фенотипа мутанта путем изменения условий проращивания; исследование состава и организации суперкомплексов гранальных мембран ячменя (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f23613) методами замораживания – травления и замораживания-скалывания; проведение экспериментов по введению ячменя в стерильную культуру, и в случае успеха – трансформации каллусов и получению трансгенных растений; характеристика фитохромов ячменя (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f23613) и Арабидопсиса. Запланированные исследования включают спектр современных и сложных методик, часть которых разрабатывается совместно с Ресурсным центром на базе СПбГУ, и отличаются высокой актуальностью с точки зрения фундаментальных и прикладных исследований.

    Фото: ячмень обыкновенный (дикий тип сорт Donaria и лишенный хлорофилла b мутант chlorina f23613). Слева направо: общий вид; анализ подвижности фотосинтетических пигмент-белковых комплексов и липидов в тилакоидных мембранах методом FRAP (Tyutereva et al. Photosynthesis Research 2017 133: 357–370); редокс-состояние P700 при последовательном возбуждении ФСII и ФС I в листьях Donaria методом ПАМ-флуориметрии.

  • Грант РНФ №18-16-00074 (2018–2019) «Новые механизмы регуляции автофагии, роста и солеустойчивости: изучение и использование для повышения солеустойчивости ячменя». Руководитель – Е.В. Тютерева.

    Активация у растений механизмов ответа на стресс любого рода сопровождается остановкой и замедлением роста, а при длительном стрессовом воздействии приводит к изменению морфологии растения, что у сельскохозяйственно ценных культур негативно сказывается на урожае. В последнее время появились исследования, которые убедительно показывают, что остановка роста и запуск механизмов борьбы со стрессом представляют собой две отдельные генетические программы, которые функционируют в тесной связи, но тем не менее могут быть полностью разобщены у мутантов по ключевым регуляторам. У Arabidopsis thaliana такие мутанты в условиях стресса демонстрируют повышенную стрессоустойчивость и сильный рост, сравнимый с диким типом, либо превосходящий его.

    Настоящий проект базируется на результатах исследований, проведенных в рамках двух поддержанных РНФ проектов (№14-16-00120 и №15-14-30008), где нами был охарактеризован новый потенциальный регулятор запуска ката- vs. анаболических программ – локализованный в плазматической мембране клеток корня и замыкающих клеток устьиц наружу-выпрямляющий калиевый канал GORK. Мутанты Arabidopsis, лишенные данного канала, в стрессовых условиях демонстрировали улучшенную выживаемость за счет снижения индукции запрограммированной клеточной гибели и автофагии, а также продолжали рост. В проекте планируется детально исследовать недавно выявленную (нами и другими исследователями) взаимосвязь ключевых регуляторных событий, имеющих место при ряде стрессовых воздействий - GORK-зависимой потери калия, индукции автофагии и ЗКГ, активации жасмонат-зависимых генов стрессового ответа, изменений роста и морфогенеза - на модели солевого стресса как наиболее изученной и наиболее актуальной с практической точки зрения, а также выявить регуляторное действие фитохрома В на эту цепочку событий. В качестве модельного объекта будут использованы растения Arabidopsis и ячменя, поскольку ведущая роль канала GORK в устойчивости к засолению охарактеризована наиболее полно для ячменя по сравнению с другими ключевыми для сельского хозяйства культурами. Далее, на модели растений ячменя, несущих мутацию chlorina f23613 и обладающих измененной экспрессией фитохромов будет изучен механизм, обусловливающий ускоренное по сравнению с диким типом прорастание этих мутантов на среде. Наконец, мы планируем получить и исследовать мутанты-нокауты по каналу GORK, не экспрессирующие ген AtGORK в клетках корня, но сохраняющие его экспрессию в клетках устьиц за счет комплементации нативным каналом GORK под промотором гена StKST1, специфично экспрессирующегося в устьицах у ряда однодольных и двудольных растений. Предположительно такие растения будут высокоустойчивы к солевому стрессу за счет оптимизации стрессовых ответов корня при сохранении интактной устьичной регуляции.

    Фото, слева направо: клетка суспензионной культуры табака с пероксисомами, мечеными флуоресцирующим белком eYFP (Tyutereva et al. Functional Plant Biol. 2018 45: 247–258); кончик корня Arabidopsis в проходящем свете; автофагосомы в клетках корня Arabidopsis после стрессового воздействия (конфокальная сканирующая лазерная микроскопия; изображения слева направо – канал детекции флуоресценции, канал детекции проходящего света, совмещение изображений с детекторов флуоресценции и проходящего света).

  • Грант РФФИ №18-34-00821 (2018–2020) «Взаимосвязь фитохромной регуляции цветения и стабильности фотосинтетического аппарата у Arabidopsis thaliana». Руководитель — В. А. Дмитриева.

    Цветение является важнейшим этапом онтогенеза растений, в контроле которого участвуют различные гены и фитогормоны, однако знание этих механизмов остаётся неполным. Показано, что у мутантов Arabidopsis thaliana ch1 и Hordeum vulgare clo f2 с заблокированным синтезом хлорофилла b имеет место значительная задержка перехода к цветению, и наши данные показали, что у таких мутантов сильно изменен уровень экспрессии двух фитохромов. Фитохромы являются ключевыми регуляторами цветения большинства растений, однако ранее влияние отсутствия хлорофилла b на функционирование фитохромной регуляции никогда не исследовалось. В рамках данного проекта на модели A. thaliana изучается взаимосвязь между сигналами от фотосинтетического аппарата, дестабилизированного вследствие отсутствия хлорофилла b, и компонентами фитохромного пути регуляции цветения. Таким образом, проект направлен на выявление неизвестных ранее механизмов регуляции цветения. В ходе выполнения данного проекта применяются различные современные методы молекулярной биологии и биохимии. Полученные данные помогут понять природу задержки цветения у растений без хлорофилла b, разобраться, каким образом у растений осуществляется регуляция цветения и предложить способы оптимизации условий для ускорения их перехода к генеративному развитию.

    Фото: Arabidopsis thaliana. Слева направо: внешний вид; апекс побега при переходе к цветению; анализ проницаемости плазмодесм в мезофилле листа методом DAnS (drop-and-see).

  • Грант РФФИ №18-016-00220 (2018–2020). «Изменения уровня экспрессии генов фосфорного и углеводного обмена в процессе развития эффективной арбускулярной микоризы Medicago lupulina c Rhizophagus irregularis». Руководитель — А. П. Юрков (ФГБНУ ВНИИСХМ), исполнитель — К. С. Добрякова.

  • Грант РФФИ №17-04-00837 (2017–2019). «Изучение молекулярных и клеточных механизмов функционирования апикальной меристемы побега симплексного типа плаунообразных и голосеменных растений». Руководитель — М. А. Романова (СПбГУ), исполнители: К. Е. Добрякова, Е. В. Тютерева, О. В. Войцеховская, А. И. Евкайкина.

Завершенные проекты за последние 5 лет: