КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-76-30005

НазваниеМодернизация методов мониторинга и контроля болезней полевых культур в России

РуководительГаннибал Филипп Борисович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений", г Санкт-Петербург

Годы выполнения при поддержке РНФ 2019 - 2022 

КонкурсКонкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые словаФитосанитарная диагностика, фитопатогенные грибы, биоразнообразие, защита растений, Fusarium, Septoria, Microdochium, зерновые культуры, подсолнечник, картофель, антимикробные пептиды, ДНК-аптамеры, резистентность к фунгицидам, секвенирование ДНК, биоресурсные коллекции.

Код ГРНТИ68.37.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Потери урожая сельскохозяйственных культур, пораженных грибными заболеваниями, могут порой доходить до 100% и вызывать катастрофические последствия. Заражение культурных растений грибами приводит также и к серьёзному снижению качества урожая. Мониторинг видового и популяционного состава эпифитотийно опасных и токсигенных фитопатогенных грибов является перманентно актуальной научной, экономически и социально значимой задачей. Необходимым условием осуществления фитосанитарного мониторинга, разработки систем защиты растений, успешного поиска генов устойчивости растений к заболеваниям и дальнейшей селекции на иммунитет является знание видового состава возбудителей болезней, их экологических, популяционно-генетических, биологических характеристик и наличие надёжных методов диагностики. Также важной задачей исследований в области защиты растений от болезней является уточнение спектра действия существующих фунгицидов, выявление резистентных популяций фитопатогенов, поиск новых малотоксичных веществ с фунгицидной активностью. Работы в рамках проекта обеспечат получение ряда новых знаний по фундаментальным основам мониторинга грибных болезней полевых культур (включая биоразнообразие, географию, экологию и популяционную биологию фитопатогенов), а также позволят разработать несколько новых методов диагностики и борьбы с болезнями растений на основе современных технологий. Кроме того, работы по проекту приведут к модернизации двух биоресурсных коллекций и сделают более доступными для использования специалистами из других организаций. Реализация проекта подразумевает выполнение работ по четырём направлениям. 1. Ревизия видового и популяционного состава грибов – патогенов полевых культур в РФ. - Будут осуществлены полевые наблюдения и сбор образцов; уточнение видового состава фитопатогенов и систематики малоизученных видов в т.ч. с помощью молекулярной филогении; анализ расового состава некоторых возбудителей болезней. Будет создан информационно-справочный ресурс, включающий в себя перечень грибных болезней основных полевых культур и их возбудителей с учётом современной таксономии и номенклатуры и информацией о распространении, вредоносности и частоте эпифитотий. 2. Разработка новых методов и методик диагностики болезней растений. - Будут созданы методики идентификации фитопатогенных грибов, основанные на применении ДНК-аптамеров и на базе LAMP. 3. Усовершенствование способов борьбы с болезнями полевых культур. - Будет проведён подбор фунгицидов для борьбы с малоизученными фитопатогенными и ПЦР-скрининг различных таксономических групп грибов на устойчивость к фунгицидам из класса стробилуринов и триазолов. Также будет протестирована эффективность антимикробных пептидов против грибов с перспективой создания прототипа нового фунгицида. 4. Анализ коллекции штаммов микроорганизмов ВИЗР и микологического гербария LEP. - Это направление работы подразумевает пополнение коллекций, генетическую паспортизацию малоизученных видов, представленных в коллекции (для упрощения последующей идентификации этих видов), создание базы данных с информацией о гербарной коллекции и коллекции штаммов, формирование подборок из базы данных, и публикация их в Глобальной информационной системе по биоразнообразию – GBIF. Залогом успеха данного проекта является большой опыта работы членов коллектива по данной теме и наличие внушительной коллекций живых культур фитопатогенных грибов. В работе будет использовано современное оборудование для биохимических и молекулярно-генетических исследований, имеющиеся как непосредственно в лаборатории Микологии и фитопатологии, так и в Центрах коллективного пользования.

Ожидаемые результаты
Впервые на территории России или отдельных её регионов будет изучено распространение и внутривидовой полиморфизм грибов из комплекса Fusarium graminearum, видов родов Microdochium, Septoria, Phoma, вида Puccinia striiformis. Для ряда видов будет реконструирована молекулярная филогения и уточнена систематика, изучены экологические и патогенные свойства. Также будет создан информационно-справочного ресурс по болезням полевых культур. Впервые в мире будут разработаны методики выявления и идентификации грибных болезней сельскохозяйственных культур на основе ДНК-аптамеров. Будет разработана методика LAMP-диагностики грибов рода Microdochium, поражающих зерновые культуры и другие злаки. Всё это вместе приведёт к повышению точности и эффективности фитосанитарной диагностики болезней полевых культур, в первую очередь пшеницы и подсолнечника. Проектом предусмотрено скрининг коллекции для выявления мутантных штаммов фитопатогенных грибов, устойчивых к фунгицидам, что позволит рациональнее подбирать фунгициды при планировании мероприятий по защите растений. Для нескольких малоизученных, но экономически значимых фитопатогенов будет определена чувствительность к фунгицидам. Также будет изучен фунгицидный и фунгистатический эффект нескольких антимикробных пептидов, что по всей вероятности приведёт к отбору вещества или комплекса веществ, на основе которых будет возможно создание нового фунгицида.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Участниками Проекта полностью выполнены все поставленные на 2019 г. научные задачи, проведены экспедиции, пополнены биологические коллекции, сделаны доклады на конференциях, результаты работы подготовлены к публикации. Успешно выполнен большой объём наблюдений и экспериментальных исследований, касающихся фитопатогенных грибов: их биоразнообразия, экологии, географии, биохимии, устойчивости к фунгицидам. Разработаны методики идентификации фитопатогенов на основе новейших молекулярных методов. Выполнены работы по поиску новых веществ с антимикробной активностью. Проведена оценка распространения и развития болезней растений полевых культур в Северо-западном регионе в сезоне 2019 г. Из 13 регионов РФ получено более 200 образцов пшеницы, подсолнечника, рапса, сои и других культур. Выделено и идентифицировано более 1000 изолятов фитопатогенных микроскопических грибов и грибоподобных организмов, 216 из них помещены в коллекцию чистых культур лаборатории микологии и фитопатологии ВИЗР. Для проведения популяционных исследований возбудителя жёлтой ржавчины пшеницы собраны образцы в Краснодарском крае, Ленинградской и Новосибирской областях. Все субпопуляции размножены и клонированы на лабораторных растениях. Получена информация о распространении и значении ряда болезней, уточнён видовой состав возбудителей и их ареалы. Проведённые сборы расширят в последующие годы возможности по проведению различных микологических, фитопатологических и генетических исследований. Отработана методика размножения в лабораторных условиях на листьях пшеницы очень требовательного к условиям биотрофного гриба Puccinia striiformis. Определены оптимальные температура, влажность и освещения и режим их смены. Получены и размножены краснодарская, новосибирская и ленинградская популяции гриба P. striiformis. Получены из НИИПББ дифференциаторы для анализа популяций желтой ржавчины (15 сортов и 20 Yr-линий пшеницы), которые высеяны для размножения. Исследовано 45 изолятов рода Microdochium, выделенных из злаков. С применением ПЦР с видоспецифичными праймерами и секвенирования отдельных участков генома с высокой степенью надёжности установлено, что изоляты относятся к видам M. nivale, M. majus и M. seminicola. Описана морфология изолятов, скорость роста при разных температурах, способность к образованию половой стадии, патогенность, способность к образованию микотоксинов. Уточнено распространение и частота встречаемости каждого из трёх видов в разных районах РФ. На выборке из 54 штаммов Fusarium graminearum с помощью ПЦР с видоспецифичными праймерами было показано, что во всех районах РФ хемотип гриба 15-АцДОН преобладал над 3-АцДОН хемотипом (в среднем 78 и 22% штаммов, соответственно). Все штаммы F. graminearum обоих хемотипов были патогенными и вызывали некрозы на листьях пшеницы, размер которых варьировал в сильной степени в зависимости от штамма. Также не выявлено существенных различий между накоплением микотоксина ДОН штаммами разных хемотипов. С помощью методов молекулярной филогении было идентифицировано десять изолятов рода Diaporthe (возбудитель фомопсиса подсолнечника). Изоляты относились к видам Diaporthe eres, D. gulyae, D. helianthi и D. phaseolorum. Три изолята, по всей видимости, являются представителями двух новых для науки видов. Сконструировано и опробовано три набора олигонуклеотидных праймеров для идентификации грибов рода Microdochium методом петлевой изотермической амплификации – LAMP. Показано, что с помощью разработанных методик можно выявлять и определять филогенетически близкие виды M. nivale, M. majus и M. bolleyi. С использованием технологии SELEX проведена селекция ДНК-аптамеров к клеткам грибов – патогенов пшеницы – Ustilago tritici (возб. пыльной головни) и Parastagonospora nodorum. Наиболее аффинные к Ustilago tritici пулы аптамеров были получены на 3, 4 и 10 раундах (при использовании «обычной» ПЦР) и на 1, 3 и 9 раундах (в случае эмульсионной ПЦР). Связывание пулов аптамеров для Parastagonospora nodorum было классическим с максимумом на 7 раунде. В результате отобраны пулы ДНК-аптамеров для дальнейшего их анализа на специфичность. После завершения работы будут получены аптамеры, с помощью которых можно будет проводить быструю, надёжную и чувствительную диагностику указанных патогенов. Определена чувствительность 18 штаммов Fusarium acuminatum, F. culmorum, F. equiseti, F. graminearum, F. oxysporum, F. proliferatum, F. semitectum, F. solani, F. sporotrichioides и F. verticillioides, Microdochium nivale и M. majus фунгицидами-протравителям Систива, Дэлит Про, Максим, Карамба, Бенефис и ТМТД. В максимальной концентрации действующего вещества (10 000 мкг/л в питательной среде) четыре препарата полностью подавляли рост всех штаммов, препараты Систива и Максим – выборочно. Низкие концентрации Бенефис, Максим и Систива оказывали стимулирующее действие на рост некоторых штаммов. Препарат Карамба в среднем наиболее эффективно ограничивал рост всех анализированных штаммов грибов рода Fusarium. В отношении большинства штаммов также эффективен был фунгицид Дэлит Про. Проведён поиск метаболитов пептидной природы, обладающих антимикробными свойствами в различных экстрактах из 14 видов растений и культуральных жидкостях 38 штаммов ризосферных бактерий. Были разработаны и оптимизированы протоколы культивирования бактерий и получения органических экстрактов из растений, обеспечивающие высокий выход антимикробных пептидов. Экстракты протестированы по отношению к мицелиальным грибам, дрожжам, грамположительным и грамотрицательным бактериям. Выявлено два перспективных штамма бактерий и отобраны этилацетатные экстракты из трех видов растений. Исполнителями проекта проведены экспедиционные сборы в Ленинградской, Псковской, Новгородской, Белгородской и Челябинской областях и в Краснодарском крае. Для целей проекта организован обширный сбор фитопатологических образов коллегами из многих других регионов. Исполнителями проекта принято участие в работе 5 конференций и конгрессов, в т.ч. трёх зарубежных. Подготовлено 8 рукописей для подачи в журналы, входящие в системы цитирования Scopus и Web of Science. Полученные результаты и собранный биологический материал позволяют продолжить в 2020 г. все запланированные исследования.

 

Публикации

1. Гагкаева Т.Ю., Гаврилова О.П., Орина А.С. Актуальная информация о видовом составе грибов рода Fusarium на зерновых культурах в России IV Всероссийский съезд по защите растений с международным участием «Фитосанитарные технологии в обеспечении независимости и конкурентоспособности АПК России». Сборник тезисов докладов. СПб.: ФГБНУ ВИЗР, с. 68 (год публикации - 2019).

2. Гомжина М.М., Ганнибал Ф.Б. Виды рода Diaporthe на подсолнечнике в России IV Всероссийский съезд по защите растений с международным участием «Фитосанитарные технологии в обеспечении независимости и конкурентоспособности АПК России». Сборник тезисов докладов. СПб: ФГБНУ ВИЗР, с. 69 (год публикации - 2019).

3. Зиновьева Ю.Р., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Выявление хемотипов гриба Fusarium graminearum на территории России IV Всероссийский съезд по защите растений с международным участием «Фитосанитарные технологии в обеспечении независимости и конкурентоспособности АПК России». Сборник тезисов докладов. СПб.: ФГБНУ ВИЗР, с. 121 (год публикации - 2019).

4. Кессених Е.Д., Густылева Л.К., Савельева Е.И., Гаврилова О.П., Орина А.С., Гагкаева Т.Ю. Identification of volatile metabolites of Microdochium fungi The 7th annual conference of ANALYTIX-2019 (13-15 november 2019, Berlin). Abstract book. BIT, Berlin, p. 114 (год публикации - 2019).

5. Орина А.С., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Оценка чувствительности грибов, выделенных из газонных трав Санкт-Петербурга, к различным фунгицидам IV Всероссийский съезд по защите растений с международным участием «Фитосанитарные технологии в обеспечении независимости и конкурентоспособности АПК России». Сборник тезисов докладов. СПб.: ФГБНУ ВИЗР, с. 268 (год публикации - 2019).

6. Хлопунова Л.Б., Гасич Е.Л., Бекиш Л.П., Чашин Д.О. Оценка образцов ярового рапса по устойчивости к болезням в лабораторных и полевых условиях в северо-западном регионе России IV Всероссийский съезд по защите растений с международным участием «Фитосанитарные технологии в обеспечении независимости и конкурентоспособности АПК России». Сборник тезисов докладов. СПб.: ФГБНУ ВИЗР, с. 250 (год публикации - 2019).


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Участниками Проекта полностью достигнуты все поставленные на 2020 г. научные задачи, пополнены биологические коллекции, опубликована бОльшая часть полученных в 2019-2020 гг. результатов. Успешно проведён большой объём наблюдений и экспериментальных исследований, касающихся фитопатогенных грибов: их биоразнообразия, экологии, географии, биохимии, устойчивости к фунгицидам. Продолжена разработка методик идентификации фитопатогенов на основе новейших молекулярных методов. Выполнены работы по поиску новых веществ с антимикробной активностью и установлению их химической структуры. Проанализировали 220 образцов зерна овса, пшеницы и ячменя урожая 2018-2020 гг. из пяти федеральных округов России (Центрального, Южного, Северокавказского, Уральского и Сибирского). Микологический анализ зерна выявил более 20 видов грибов. Впервые из зерна пшеницы из Европейской части России выделен изолят Fusarium globosum. Первые находки гриба F. langsethiae сделаны в Московской, Курганской, Свердловской областях и Чечне. Гриб F. sibiricum впервые найден в Кемеровской области. Анализ количественного содержания основных пяти токсинопродуцирующих видов Fusarium с применением ПЦР в реальном времени в зерне из Уральского и Сибирского федеральных округов выявил массовое распространение на этой территории F. graminearum. Получены сведения о присутствии в зерне 4 микотоксинов, продуцируемых грибами рода Alternaria и 11 – видами Fusarium из 31 проанализированных вторичных метаболитов. В нескольких образцах зерна из Московской, Челябинской, Тюменской областей и Чечни выявлено превышение ПДК Т-2 токсина (до 26 раз). В двух образцах из Сибири детектированы экстремально высокие количества тенуазоновой кислоты (до 15 мг/кг). Коллекция чистых культур была пополнена 107 штаммами, относящимися к 20 видам грибов (роды Alternaria, Bipolaris, Botrytis, Fusarium, Neosetophoma, Plenodomus, Preussia, Pyrenophora и Sclerotinia). Также создана рабочая коллекция изолятов Parastagonospora и Zymoseptoria. С помощью филогенетического анализа мультилокусного генотипирования были идентифицированы 28 изолятов Microdochium и Septoria sensu lato, полученных из листьев и семян зерновых культур, 22 изолята Plenodomus с крестоцветных культур и 36 штаммов из комплексов видов Fusarium fujikuroi (FFSC) и F. sambucinum (FSAMSC). Впервые для территории России выявлен вид Microdochium bolleyi в зерне пшеницы, овса и ячменя, выращенном в Северо-Западном, Приволжском и Дальневосточном федеральных округах. Среди возбудителей септориоза листьев пшеницы обнаружены Zymoseptoria tritici, Parastagonospora nodorum и P. avenae. Показано, что в России на крестоцветных культурах распространены два вида рода Plenodomus: P. lingam и P. biglobosus и оба представлены подвидами ‘brassicae’. Из числа грибов рода Fusarium 30 штаммов были отнесены к виду Fusarium graminearum sensu stricto, а три – к виду F. culmorum. Один штамм, выделенный из зерна пшеницы из Алтайского края, оказался представителем вида F. vorosii (третья находка для России и первая – для Сибири). Два штамма из комплекса видов FFSC, вероятно, представляют собой новый для науки вид. Впервые в России проведен анализ вирулентности популяций возбудителя жёлтой ржавчины пшеницы (Puccinia striiformis), собранных на Северном Кавказе, Северо-Западе и Западной Сибири в 2019 году. Было изучено 77 монопустульных изолятов гриба с использованием международного и европейского наборов сортов-дифференциаторов пшеницы и изогенных линий Avocet. Выявлено 3 расы. Различия между северокавказской и ленинградской популяциями P. striiformis были ниже, чем между северокавказской и новосибирской. Проведено исследование роли дикорастущих злаковых трав в качестве резерваторов инфекции бурой, стеблевой и желтой ржавчины. Показано, что изоляты всех трёх видов, выделенные с трав, являлись высоко вирулентными для девяти из двенадцати протестированных сортов озимой пшеницы, выращиваемых в Краснодарском крае. Перечень грибных болезней зерновых культур, картофеля, рапса, сои и подсолнечника расширен примерно в три раза (до 233 наименований) за счёт редких и мало изученных заболеваний. Для каждого заболевания указаны патогены с учётом современной систематики и номенклатуры. Для основных заболеваний, встречающихся на территории России, собрана информация о распространённости заболевания и потенциальных потерях. Дана оценка возможности применения ранее полученных пулов ДНК-аптамеров, специфичных к Ustilago tritici и Parastagonospora nodorum, для детекции этих грибов в природных образцах. Определение грибов в пробах было приведено с помощью метода проточной цитометрии. Оценили чувствительность 17 штаммов Microdochium majus и M. nivale к однокомпонентным фунгицидам, содержащим в своём составе пропиконазол, азоксистробин и флудиоксонил. Выявлена высокая чувствительность обоих видов к флудиоксонилу. Штаммы M. majus оказались в среднем были менее чувствительны ко всем анализированным фунгицидам, чем штаммы M. nivale. Определена фито- и цитотоксичность и структурно-функциональные свойства (с помощью ВЭЖХ-МС) антимикробных метаболитов Pseudomonas brassicacearum UTMN3 и Bacillus velezensis X-BIO-1. Также исследована фитотоксичность, ингибиторные и субингибиторные эффекты 2,4-диацетилфлороглюцинола (2,4-ДАПГ) на модельные микроорганизмы, в т.ч. способность к повреждению ДНК и денатурации белков. Для дальнейшего изучения молекулярных механизмов взаимодействия антимикробных пептидов с грибными клетками-мишенями сконструировали генетическую систему для гетерологичной экспрессии синтетических генов пептида нигеллина-1.1а в клетках бактерий. Проведена школа молодых учёных «Роль биологически активных соединений в онтогенезе микромицетов и в борьбе с ними» в форме серии вебинаров. Программу школы составили 15 лекций, которые представили лекторы из десяти организаций СПб и Москвы. В школе приняли участие более 70 слушателей из 12 городов России и Белоруссии. В сумме за два прошедших года опубликовано 20 статей в журналах, индексируемых Web of Science (Сore Сollection) и Scopus, в т.ч. 6 в журналах первого квартиля. Ещё три рукописи находятся на рецензировании. Для целей проекта организован обширный сбор фитопатологических образов коллегами из разных регионов. Непосредственно исполнителями проекта проведены полевые сборы в Ленинградской области. Полученные результаты и собранный биологический материал позволяют в 2021 г. продолжить запланированные исследования.

 

Публикации

1. - В гербарий по грибы. Ученые шлифуют методы защиты растений от патогенов Газета Поиск, №39, 25 сентября 2020, с. 6-7 (год публикации - ).

2. Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю., Орина А.С., Маркова А.С., Кабашов А.Д., Лоскутов И.Г. Микобиота зерна селекционных линий овса ФИЦ «Немчиновка» конкурсного сортоиспытания на полях в Московской области в 2019 году Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, Т. 181. № 2. С. 134-144. (год публикации - 2020).

3. Гаврилова О.П., Орина А.С., Кессених Е.Д., Густылева Л.К., Савельева Е.И., Гогина Н.Н., Гагкаева Т.Ю. Diversity of physiological and biochemical characters of the Microdochium fungi Chemistry and Biodiversity, Vol. 17, № 7, e2000294 (год публикации - 2020).

4. Гагкаева Т.Ю., Гаврилова О.П., Орина А.С., Буркин А.А., Хусайнов Х.А. Microbiological quality of grain cultivated in the North Caucasus region in 2019 BIO Web of Conferences, Vol. 27, article 00151 (год публикации - 2020).

5. Гагкаева Т.Ю., Орина А.C., Гаврилова О.П. Разнообразие грибов рода Microdochium, выявленных на зерновых культурах в России Микология и фитопатология, Т. 54, № 5, с. 347–364. (год публикации - 2020).

6. Гагкаева Т.Ю., Орина А.С., Гаврилова О.П., Гогина Н.Н. Evidence of Microdochium fungi associated with cereal grains in Russia Microorganisms, Vol. 8, issie 3. Art. 340 (23 pp.) (год публикации - 2020).

7. Гагкаева Т.Ю., Ули-Маттила Т. Emergence of Fusarium verticillioides in Finland European Journal of Plant Pathology, V. 158, issue 4. P. 1051-1057. (год публикации - 2020).

8. Гомжина М.М., Ганнибал Ф.Б. Diaporthe species infecting sunflower in Russia BIO Web of Conferences, Vol. 18, art. # 00010 (год публикации - 2020).

9. Гомжина М.М., Ганнибал Ф.Б. Фомоидные грибы на растениях семейства Asteraceae в Микологическом Гербарии ВИЗР LEP Микология и фитопатология, Том 54, выпуск 6, с. 452-459 (год публикации - 2020).

10. Гомжина М.М., Гасич Е.Л., Хлопунова Л.Б., Ганнибал Ф.Б. New species and new findings of phoma-like fungi (Didymellaceae) associated with some Asteraceae in Russia Nova Hedwigia, Vol.11, issue 1-2. P. 131-149 (год публикации - 2020).

11. Гомжина М.М., Гасич Е.Л., Хлопунова Л.Б., Ганнибал Ф.Б. Paraphoma species associated with Convolvulaceae Mycological Progress, Vol.19, issue 3. P. 185-194 (год публикации - 2020).

12. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л. Вирулентность российских популяций возбудителя желтой ржавчины пшеницы Микология и фитопатология, Т. 54, вып. 4. С. 299-304 (год публикации - 2020).

13. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Казарцев И.А., Косман Е. Race characterization and molecular genotyping of Puccinia triticina populations from Durum Wheat in Russia Plant Disease, - (год публикации - 2021).

14. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Косман Е. Regional and temporal differentiation of virulence phenotypes of Puccinia triticina Eriks. from common wheat in Russia during the period 2001-2018 Plant Pathology, Vol. 69, issue 5. P. 860-871 (год публикации - 2020).

15. Казарцев И.А., Гагкаева Т.Ю., Гаврилова О.П., Ганнибал Ф.Б. Fungal microbiome of barley grain revealed by NGS and mycological analysis Foods and Raw Materials, Т. 8, № 2, p. 286-297. (год публикации - 2020).

16. Орина А.C., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю., Ганнибал Ф.Б. Микромицеты Alternaria spp. и Bipolaris sorokiniana и микотоксины в зерне, выращенном в уральском федеральном округе Микология и фитопатология, Т. 54, № 5, с. 365–377. (год публикации - 2020).

17. Орина А.С., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. The effect of fungicides on growth of Fusarium fungi in vitro BIO Web of Conferences, Vol. 18, article 00022 (год публикации - 2020).

18. Орина А.С., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю., Буркин А.А., Кононенко Г.П. The contamination of Fabaceae plants with fungi and mycotoxins Agricultural and Food Science, Vol. 29. issue 3. p. 265-275. (год публикации - 2020).

19. Рогожин Е.А., Васильченко А.С., Барашкова А.С., Смирнов А.Н., Завриев С.К., Демушкин В.П. Peptide Extracts from Seven Medicinal Plants Discovered to Inhibit Oomycete Phytophthora infestans, a Causative Agent of Potato Late Blight Disease Plants, Vol. 9, art. 1294 (15 pp.) (год публикации - 2020).

20. Славохотова А.А., Рогожин Е.А. Defense Peptides From the α-Hairpinin Family Are Components of Plant Innate Immunity Frontiers in Plant Science, Vol. 11, art. 465 (12 pp.) (год публикации - 2020).

21. Шайдаюк Е.Л., Гультяева Е.И. Population studies of causative agent of wheat yellow rust in the Northwest Russia BIO Web of Conferences, Vol. 23, 01006 (год публикации - 2020).


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Участниками Проекта полностью достигнуты все поставленные на 2021 г. научные задачи, пополнены биологические коллекции, опубликована бОльшая часть полученных в 2020-2021 гг. результатов. Успешно проведён большой объём наблюдений и экспериментальных исследований, касающихся фитопатогенных грибов: их биоразнообразия, географии, экологии и физиологии. Получила продолжение разработка методик идентификации фитопатогенов на основе новейших молекулярных методов. Выполнены работы по поиску новых веществ с антимикробной активностью, определению их химической структуры, поиску в геноме микроорганизмов генов, связанных с синтезом антимикробных метаболитов. Продолжена разработка биотехнологических методов получения рекомбинантных антимикробных полипептидов. Проведены фитопатологические обследования посевов в Амурской и Ленинградской областях, собраны образцы поражённых растений (преимущественно зерновые, масличные, соя). Из образцов, собранных исполнителями проекта и присланными коллегами из разных регионов, выделено несколько сотен изолятов грибов, представляющих почти 50 видов. Коллекция чистых культур была пополнена 176 изолятами, относящимися к родам Alternaria, Alternariaster, Ascochyta, Botrytis, Cercospora, Cochliobolus, Colletotrichum, Cryptosporiopsis, Diaporthe, Didymella, Diplodia, Fusarium, Mycosphaerella, Parastagonospora, Phoma, Pyrenophora, Septoria, Sclerotinia и Zymoseptoria. Для 116 изолятов, полученных в 2021 году, а также изолированных в прежние годы и сохраняемых в коллекции лаборатории микологии и фитопатологии ВИЗР, проведён глубокий микологический и молекулярно-филогенетический анализ, представляющий собой микроскопическое исследование морфологии и мультилокусное секвенирование ДНК с последующей реконструкцией филогенетических отношений с использованием трёх алгоритмов. В результате был идентифицирован 21 вид грибов. Помимо этого обнаружено, что двенадцать неидентифицируемых изолятов Colletotrichum и Nigrospora, очевидно представляют собой несколько новых для науки видов, описание которых запланировано на будущий год. Сделано две таксономические новации: описана новая секция в роде Alternaria – Helianthiinficientes, а ранее описанный вид A. simmonsii признан синонимом A. helianthiinficiens. Восемь видов выявлено на территории России впервые: Botryosphaeria sinensis, (люпин, Амурская область), Colletotrichum destructivum (борщевик Сосновского, одуванчик лекарственный, клевер, Ленинградская область, Камчатский край), Didymella lethalis (соя, Белгородская обл.), Didymella sinensis (соя, Амурская область), Neoascochyta graminicola (соя, Рязанская область) Nigrospora gorlenkoana (зерновые культуры, рапс, Европейская часть РФ, Урал, юг западной Сибири), Septogloeum sojae (соя, Амурская обл.) и Stagonosporopsis stuijvenbergii (соя, Амурская область). Для двух видов грибов зафиксированы новые питающие растения: для Botryosphaeria sinensis – люпин, для Alternaria helianthiinficiens – осот полевой и лопух паутинистый. Продолжен анализ вирулентности популяций возбудителя жёлтой ржавчины пшеницы (Puccinia striiformis), собранных на Северном Кавказе, Северо-Западе, Поволжье, Западной и Восточной Сибири в 2020 году. Было изучено 89 монопустульных изолятов гриба с использованием международного и европейского наборов сортов-дифференциаторов пшеницы и изогенных линий Avocet. Выявлено 39 рас патогена. Наиболее значимые различия обнаружены между азиатскими и европейскими выборками изолятов. Впервые для характеристики внутривидового разнообразия российских популяций и обнаружения высокоагрессивных инвазивных изолятов P. striiformis использовали SCAR и SSR-маркеры. Дополнительно проанализировали полиморфизм по вирулентности у изолятов, полученных с трёх видов-хозяев (мягкой и твёрдой пшеницы и тритикале). Не выявлено существенных различий в составе популяций патогена на твёрдой и мягкой пшенице. При этом изоляты с тритикале разделились на две группы: одна из них была ближе к изолятам, полученным с пшеницы, а другая значимо отличалась от них. Показано, что с применением разработанных в предыдущем году пулов ДНК-аптамеров, специфичных к фитопатогенным грибам Ustilago tritici и Parastagonosporа nodorum, возможно создание электрохимических аптасенсоров для определения присутствия указанных объектов в пробах. Разработана методика получения сенсорного слоя пула аптамеров, специфично связывающих указанные грибы, на поверхности золотых дисковых электродов. Продолжен поиск антимикробных метаболитов растительного и микробного происхождения, изучение их свойств и структуры. Определено, что антимикробный метаболит, синтезируемый Aspergillus fumigatus MX59, вероятно является глиотоксином. Уточнён спектр антимикробной активности данного метаболита. Проведено масштабирование процесса получения четырёх наиболее активных органических экстрактов растений, осуществлен первичный анализ их компонентного состава методом аналитической обращённо-фазовой ВЭЖХ. Исследование этилацетатной вытяжки цветков борщевика Сосновского позволило локализовать в его составе целый набор органических кислот и их производных. Показано, что наиболее активные компоненты экстракта имеют фенольную структуру и относятся к группе флавоноидов. Расшифрованы и аннотированы геномы штаммов Pseudomonas putida, Bacillus velezensis и Aspergillus fumigatus – перспективных продуцентов антимикробных метаболитов, в которых выявлен ряд генов биосинтетических кластеров, кодирующих продукцию вторичных антимикробных метаболитов. Благодаря полногеномному секванированию Bacillus velezensis найдено девять кластеров биосинтетических генов, сходных с нерибосомальными пептид-синтазами, вероятно отвечающими за синтез антимикробных пептидов. Идентифицирована нуклеотидная последовательность гена Fusarium graminearum, кодирующего металл-ассоциированную протеазу из класса фунгализинов. Усовершенствована и дополнена схема биотехнологического получения целевых рекомбинантных полипептидов – нигеллинов. Проведена школа молодых учёных «Грибные болезни полевых сельскохозяйственных культур. Распространение, значение, диагностика» в форме 12 онлайновых лекций. В школе приняли участие 100 слушателей из 26 организаций России, Казахстана и Узбекистана. В сумме за три прошедших года опубликовано 36 статей в журналах, индексируемых WoS и/или Scopus (в т.ч. 12 в журналах первого квартиля) и 3 статьи в журналах, индексируемых в РИНЦ. Сделаны доклады на семи конференциях. Для целей проекта организован сбор фитопатологических образов коллегами из разных регионов. Непосредственно исполнителями проекта проведены полевые сборы в Ленинградской и Амурской областях. Полученные результаты и собранный биологический материал позволяют в 2022 г. продолжить запланированные исследования.

 

Публикации

1. - Биологи увидели потенциал микробиоты вечной мерзлоты Naked Science, - (год публикации - ).

2. Барашкова А.С., Садыкова В.С., Сало В.А., Завриев С.К., Рогожин Е.А. Nigellothionins from Black Cumin (Nigella sativa L.) Seeds Demonstrate Strong Antifungal and Cytotoxic Activity Antibiotics, Vol.10, Issue 2, article 166 (15 pp.) (год публикации - 2021).

3. Беляев Д.В., Юрьева Н.О., Терешонок Д.В., Ташлиева И.И., Деревягина М.К., Мелешин А.А., Рогожин Е.А., Козлов С.А. High Resistance of Potato to Early Blight is Achieved by Expression of the Pro‐SmAMP1 Gene for Hevein‐Like Antimicrobial Peptides from Common Chickweed (Stellaria media) Plants, Vol. 10, issue 7, article 1395 (14 pp.) (год публикации - 2021).

4. Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю., Орина А.С., Маркова А.С., Кабашов А.Д., Лоскутов И.Г. Характеристика устойчивости селекционных линий овса к заражению Fusarium langsethiae и накоплению T-2/HT-2 токсинов Вавиловский журнал генетики и селекции, Т. 25, вып. 7, С. 732-739 (год публикации - 2021).

5. Гаврилова О.П., Орина А.С., Гогина Н.Н., Гагкаева Т.Ю. Co-occurrence of the metabolites of Alternaria and Fusarium fungi associated with small-grain cereals Russian Agricultural Sciences, Vol. 47, No. 1, pp. 37–41 (год публикации - 2021).

6. Гагкаева Т.Ю., Орина А.С., Гаврилова О.П. Fusarium head blight in the Russian Far East: 140 years after description of the ‘drunken bread’ problem PeerJ, Vol. 9, article e12346 (20 pp.) (год публикации - 2021).

7. Гультяева Е., Левитин М., Шайдаюк Е. Variability of the Russian populations of Puccinia triticina under the influence of the host plant Biological Communications, Vol. 66, issue 1, p. 28-35 (год публикации - 2021).

8. Гультяева Е., Шайдаюк Е., Ганнибал Ф. Leaf rust resistance genes in wheat cultivars registered in Russia and their influence on adaptation processes in pathogen populations Agriculture, Vol. 11, issue 4, article 319 (13 pp.) (год публикации - 2021).

9. Гультяева Е., Шайдаюк Е., Ганнибал Ф., Косман Е. Analysis of host-specific differentiation of Puccinia striiformis in the South and North-West of the European Part of Russia Plants, Vol. 10, issue 11, article 2497 (14 pp.) (год публикации - 2021).

10. Гультяева Е.И., Беспалова Л.А., Аблова И.Б., Шайдаюк Е.Л., Худокормова Ж.Н., Яковлева Д.Р., Титова Ю.А. Злаковые травы - резерваторы инфекции видов ржавчины для озимой мягкой пшеницы на Северном Кавказе России Вавиловский журнал генетики и селекции, Т. 25, вып. 6. С. 638-646 (год публикации - 2021).

11. Гультяева Е.И., Яковлева Д.Р., Aбдуллаев K.M., Пюккенен В.П., Гультяева E.И. Популяционно-генетические исследования Puccinia striiformis f. sp. tritici в Дагестане и на Северо-Западе России Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, Т. 182, вып. 3. С. 174-181 (год публикации - 2021).

12. Джулиан В.Т., Васильченко А.В., Шпиндюк Д.Д., Пошвина Д.В., Васильченко А.С. Bacterial-Derived Plant Protection Metabolite 2,4-Diacetylphloroglucinol: Effects on Bacterial Cells at Inhibitory and Subinhibitory Concentrations Biomolecules, Vol. 11, issue 1, art. #13 (год публикации - 2021).

13. Доманская О.В., Бомэ Н.А., Иашников А.В., Васильченко А.В., Васильченко А.С. The Multiple Activities and the Plant Beneficial Potential of Bacillus spp. Derived from the Permafrost of Western Siberia Agronomy, Vol. 11, issue 11, article 2347 (13 pp.) (год публикации - 2021).

14. Зеленева Ю.В., Шайдаюк Е.Л. Resistance of winter soft wheat varieties to leaf and yellow rust in the conditions of the Central Chernozem region of Russia E3S Web of Conferences, Vol. 254, article 01017 (6 pp.) (год публикации - 2021).

15. Кравченко С.В., Пошвина Д.В., Васильченко А.В., Васильченко А.С. Draft Genome Sequence of the Multiple Antibiotic Producer Bacillus velezensis X-BIO-1 Microbiology Resource Announcements, Vol. 9, issue 50, article e01319-20 (2 pp.) (год публикации - 2020).

16. Орина А.С., Гаврилвоа О.П., Гогина Н.Н., Ганнибал Ф.Б., Гагкаева Т.Ю. Natural Occurrence of Alternaria Fungi and Associated Mycotoxins in Small-Grain Cereals from The Urals and West Siberia Regions of Russia Toxins, Vol. 13, issue 10, article 681 (год публикации - 2021).

17. Орина А.С., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю., Гогина Н.Н. Контаминация зерна в Западной Сибири грибами Alternaria и их микотоксинами Вестник защиты растений, Т. 104, вып. 3, с.153–162 (год публикации - 2021).

18. Орина А.С., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю., Усольцева М.Ю. Действие фунгицидов на рост грибов, вызывающих снежную плесень злаков Агрохимия, № 5, с. 52-61 (год публикации - 2021).

19. Пошвина Д.В., Васильченко А.В., Васильченко А.С. Draft Genome Sequence of Pseudomonas brassicacearum Strain UTMN3, a Biological Control Agent from the Rhizosphere of Pisum sativum Microbiology Resource Announcements, Vol. 10, Issue 45, article e00895-21 (2 pp.) (год публикации - 2021).

20. Сычева М.В., Попова Е.В., Хлопко Ю.А., Пашкова Т.М., Карташова О.Л., Катаев В.Ю., Герасименко В.В., Васильченко А.В. Genome Analysis of the Probiotic Strain Enterococcus faecium Ef79OSAU Microbiology Resource Announcements, Vol. 10, Issue 42, article e00691-21 (3 pp.) (год публикации - 2021).