КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 21-76-00017

НазваниеНовые фосфат-мобилизующие штаммы Pantoea brenneri как альтернатива фосфорным удобрениям и химическим пестицидам

РуководительСулейманова Алия Дамировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Республика Татарстан (Татарстан)

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2023 

Конкурс№60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

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

Ключевые словаPantoea, фосфор, мобилизация фосфатов, фосфат-мобилизующие бактерии, биоудобрения, биопестициды, биофунгициды, генетический потенциал, бактерии, растения, антимикробная и ростостимулирующая активности, экспрессия генов, биоконтроль

Код ГРНТИ62.00.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Традиционное сельское хозяйство играет ведущую роль в обеспечении продовольствием растущего населения земли, которое, по оценкам экспертов, к 2050 году достигнет 9,6 миллиардов человек. Это приведет к необходимости, как минимум, удвоить текущее сельскохозяйственное производство (Wilson, 2003; Bruinsma, 2009). Экологические проблемы, связанные с применением минеральных удобрений и химических пестицидов, вынуждают ученых внедрять наукоёмкие технологии в агропроизводство, которые оказывают наименьшее негативное воздействие на окружающую среду, позволяя сохранять и увеличивать продуктивность возделываемых культур. Использование современных методов биотехнологии открывает новые возможности к реализации собственного генетического потенциала ризосферных микроорганизмов с целью перехода к устойчивому и стабильному сельскому хозяйству. Таким образом, мы ожидаем, что выполнение проекта позволит нам:
 1) Впервые получить фундаментальные знания о молекулярных механизмах мобилизации неорганических почвенных фосфатов штаммами P. brenneri, включая изучение реализации генетического потенциала этих бактерии в области фосфорного метаболизма. 2) Получить приоритетные знания о противомикробной активности штаммов P. brenneri против широкого спектра фитопатогенных микромицетов. 3) Оценить перспективу использования штаммов P. brenneri в качестве потенциальной биологической защиты растений от карантинного возбудителя - Erwinia amylovora, меры борьбы с которым в России ограничиваются лишь агрессивными химическими способами. 4) Предложить научную основу для производства биоудобрения и биопестицида на базе штаммов P.brenneri – продуцентов фитаз, обладающих множественными PGP-свойствами и фунгицидной активностью против фитопатогенных микромицетов рода Fusarium. Оценить способноcть данного препарата заменить или дополнить используемые сегодня химические удобрения и пестициды. Полученные данные будут иметь потенциал практического применение в качестве основы для дальнейшей разработки биотехнологии использования бактериальных препаратов в роли биоудобрений и биопестицидов. Реализация данного проекта может внести вклад в повышение конкурентоспособности Российского сельского хозяйства за счет получения новых знаний для создания эффективной альтернативы минеральным удобрениям и химическим пестицидам и, следовательно, снижения затрат на производство сельскохозяйственной продукции.

Ожидаемые результаты
Мы ожидаем, что выполнение проекта позволит нам:
 1) Впервые получить фундаментальные знания о молекулярных механизмах мобилизации неорганических почвенных фосфатов штаммами P. brenneri, включая изучение реализации генетического потенциала этих бактерии в области фосфорного метаболизма. 2) Получить приоритетные знания о противомикробной активности штаммов P. brenneri против широкого спектра фитопатогенных микромицетов. 3) Оценить перспективу использования штаммов P. brenneri в качестве потенциальной биологической защиты растений от карантинного возбудителя - Erwinia amylovora, меры борьбы с которым в России ограничиваются лишь агрессивными химическими способами. 4) Предложить научную основу для производства биоудобрения и биопестицида на базе штаммов P.brenneri – продуцентов фитаз, обладающих множественными PGP-свойствами и фунгицидной активностью против фитопатогенных микромицетов рода Fusarium. Оценить способноcть данного препарата заменить или дополнить используемые сегодня химические удобрения и пестициды.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
эффективность солюбилизации составила 75%.

 

Публикации

1. А.Д. Сулейманова Pantoea brenneri strains with the broad phosphate mobilizing activity Central Asia Genomics Symposium abstract book, p. 87 (год публикации - 2021)

2. А.Д.Сулейманова ФОСФАТМОБИЛИЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЕННЫХ ИЗОЛЯТОВ PANTOEA BRENNERI Х Российский симпозиум "Белки и пептиды". Научные труды, том 2. - М.: Издательство "Перо", 2021, Том 2, с. 191 (год публикации - 2021)

3. Е.А. Егорова, А.Д. Сулейманова TRICALCIUM PHOSPHATE AND ROCK PHOSPHATE MOBILIZATION BY PANTOEA BRENNERI STRAINS Microbiology: yesterday, today, tomorrow [Electronic resource]: abstract book of International M65 conference devoted to the 100th anniversary of Microbiology Department at Kazan University (Kazan, December 20–21, 2021)., c. 105 (год публикации - 2021)

4. Сокольникова Л.Д., Сулейманова А.Д. THE ABILITY OF PANTOEA BRENNERI STRAINS TO BREAK DOWN INORGANIC SOIL PHOSPHATES, UNAVAILABLE FOR PLANTS NUTRITION Microbiology: yesterday, today, tomorrow [Electronic resource]: abstract book of International M65 conference devoted to the 100th anniversary of Microbiology Department at Kazan University (Kazan, December 20–21, 2021)., с.159 (год публикации - 2021)


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
На начальном этапе представляло интерес исследовать антагонистическую активность штаммов P. brenneri в отношении широкого спектра фитопатогенных микромицетов, как самой обширной группы возбудителей заболеваний растений. Установили, что все изучаемые штаммы P. brenneri обладали способностью ингибировать рост большинства исследуемых фитопатогенных микромицетов, являющихся возбудителями заболеваний экономически значимых сельскохозяйственных культур. Однако по отношению к грибам Pyrenophora sp. и Botrytis cinerea антагонистической активности выявлено не было. Максимальный антагонизм отмечен в отношении F. sambucinum, F. solani, R. solani и A. kamchatica, где степень ингибирования роста фитопатогена составила в среднем 70-85%. Для изучения природы антагонистической активности штаммов P. brenneri по отношению к фитопатогенным микромицетам оценивали их жизнеспособность при совместном культивировании с бактериальными штаммами. Показали, что совместное культивирование штамма P. brenneri 3.2 с микромицетами F. sambucinum, F. solani, и C. сoccodes приводило к окрашиванию мицелия в темно-синий (при использовании красителя Эванс голубого) и светло-красный цвет (при использовании красителя нейтрального красного), тогда как для мицелия с контрольных чашек показана слабая синяя и яркая красная окраска, соответственно. По-видимому, присутствие бактериальных клеток в бинарной культуре вызывало разрушение грибных гиф, указывая на фунгицидную природу антагонистического действия штамма P. brenneri 3.2 в отношении микромицетов F. sambucinum, F. solani и C. сoccodes. С другой стороны, в отношении микромицетов F. oxysporum, R. solani, Alternaria sp. и A. kamchatica данный бактериальный штамм характеризовался фунгистатическим механизмом действия, поскольку существенных различий в окраске мицелия контрольных и опытных чашек выявлено не было, тогда как ингибирование роста фитопатогенов наблюдалось. Далее исследовали наличие антагонистической активности штаммов P. brenneri по отношению к тест-культуре E. amylovora, вызывающей бактериальный ожог плодовых культур. Антагонистическую активность определяли путем совместного культивирования бактериальных штаммов на различных питательных средах (NAS, King B, LB, R2A, NAG, 925). Зоны подавления роста тест-культуры E. amylovora вокруг колоний штаммов P. brenneri наблюдали лишь на питательных средах R2A и 925. В обоих случаях наибольший диаметр зон сдерживания роста отмечен для штаммов P. brenneri 3.2 (17-24 мм), 3.5.2 (17-23 мм) и 3.6.1 (20-22 мм). Поскольку проведенные эксперименты in vitro позволили нам оценить лишь потенциальные биотические взаимоотношения между бактериями в модельной системе, для скрининга на предмет использования штаммов в качестве агента биологического контроля мы проводили дополнительные эксперименты на плодах растений. Антагонистический эффект наблюдался при предварительной обработке груш штаммами P. brenneri – профилактическая обработка. Тогда как, при внесении через 24 часа патогена E. amylovora не приводило к развитию заболевания. Профилактическая обработка срезов груш суспензией клеток оказывала такой же эффект, как и обработка культуральной жидкостью. Это может быть связано с тем, что антагонизм P. brenneri по отношению к E. amylovora обусловлен межклеточным взаимодействием, а не секрецией антибактериальных метаболитов. Терапевтическая обработка груш штаммами P. brenneri спустя 24 часа после заражения патогеном не приводила к защитному действию – наблюдали появление молочно-белого экссудата и некроза. Одной из задач технологии производства удобрений на основе микроорганизмов является максимальный выход биомассы клеток, сохранение их жизнеспособности и заявляемых свойств. Нами оптимизирован состав среды NBRIP для максимального выхода биомассы P. brenneri 3.5.2 с сохранением высокой фосфатмобилизующей активности (г/л dH2O): глюкоза – 9.8, Ca3(PO4)2 – 5, MgCl –– 5, MgSO4 * 7H2O – 0.25, KCl – 0.20, (NH4)2SO4 – 0.10, рН 9.0. При исследовании влияний условий культивирования установили, что культивирование следует проводить при температуре 35℃. Далее проводили оценку жизнеспособности бактериальных штаммов при изменении таких параметров, как температура (4°С и 25°С) и длительность хранения (3 мес и 6 мес). Для работы использовали 4 варианта растворов различного состава для длительного хранения бактериальных клеток (0.9% NACl, 0.2% KNO3 в 0.9% NACl, 0.5% KNO3 в 0.9% NACl, питательная среда LB с добавлением 4% глицерина). К концу эксперимента наиболее высокую выживаемость клеток для штаммов P. brenneri 3.2 и 3.5.3 как при 4°С, так и при 25°С также обеспечивала питательная среда с глицерином. Фосфатмобилизующую активность штаммов P. brenneri 3.2 и 3.5.2 оценивали спустя три месяца хранения на плотной питательной среде NBRIP, содержащей трикальцийфосфат в качестве единственного источника фосфора. Все изученные жидкие композиции позволили сохранить высокую Р-солюбилизирующую активность штаммов P. brenneri 3.2 и 3.5.2. Однако самый высокий индекс PSI наблюдался при инокуляции штаммов из LB-бульона с добавлением 4% глицерина и хранении при 4°С. Таким образом, на основании полученных результатов, штаммы P. brenneri могут быть использованы в качестве: 1) биоудобрения, способствующего росту сельскохозяйственных культур и улучшающего фосфатное питание растений; 2) биофунгицида, обладающего фунгицидным и фунгистатическим действием против широкого спектра фитопатогенных микромицетов, заражающих посевной материал и вызывающих гибель урожая при хранении; 3) Биологического средства защиты плодовых деревьев при борьбе с бактериальным ожогом, вызванным E. amylovora, для предотвращения распространения которого в России на сегодняшний день используются только химические средства.

 

Публикации

1. Бульмакова Д.С., Сулейманова А.Д. Viability and efficiency of Pantoea brenneri strains as phosphate solubilizing bacteria E3S Web of Conferences, - (год публикации - 2023)

2. Бульмакова Д.С., Шагиева Г.И., Иткина Д.Л., Ленина О.А., Шарипова М.Р., Сулейманова А.Д. АНТАГОНИСТИЧЕСКИЕ ШТАММЫ PANTOEA BRENNERI КАК СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ МИКОЛОГИЯ И ФИТОПАТОЛОГИЯ, Том: 57, Номер: 5, Стр: 352-361 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0026364823050033

3. Е.А. Егорова, Л.В. Сокольникова, Д.С. Бульмакова, А.Д. Сулейманова ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ И СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ВЫХОДА БИОМАССЫ И СОХРАНЕНИЯ ФОСФАТ-МОБИЛИЗУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ ШТАММА PANTOEA BRENNERI 3.5.2 ХIП Всероссийскую научно-практическую конференцию молодых ученых «Достижения и перспективы развития АПК России», посвященную памяти Р.Г. Гареева, - (год публикации - 2023)

4. Сокольникова Л.В., Бульмакова Д.С., Невзорова Ю.В., Сулейманова А.Д. ВКЛАД СЕКРЕТИРУЕМЫХ ФОСФАТАЗ В МОБИЛИЗАЦИЮ ПОЧВЕННЫХ ФОСФАТОВ ШТАММАМИ PANTOEA BRENNERI Биомика, Т.14(3). С. 209-214. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2022-15

5. Сулейманова А.Д., Бульмакова Д.С., Сокольникова Л.В., Егорова Е.А., Иткина Д.Л., Кузьминова О.А., Гизатуллина А.Т., Шарипова М.Р. Phosphate Solubilization and Plant Growth Promotion by Pantoea brenneri Soil Isolates Microorganisms, 11(5), 1136 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/microorganisms11051136

6. Бульмакова Д.С., Невзорова Ю.В., Сулейманова А.Д. Механизмы мобилизации почвенных фосфатов штаммами Pantoea brenneri Материалы 3-ей Международной научной конференции PLAMIC2022 IРастения и микроорганизмы: биотехнология будущего» 3-8 октября 2022 г., Санкт-Петербург / отв. ред. И.А. Тихонович, Материалы 3-ей Международной научной конференции PLAMIC2022 IРастения и микроорганизмы: биотехнология будущего» 3-8 октября 2022 г., Санкт-Петербург / отв. ред. И.А. Тихонович – 2022. – с.50 (год публикации - 2022)

7. Е.А. Егорова, А.Д. Сулейманова СПОСОБНОСТЬ ШТАММОВ PANTOEABRENNERI К МОБИЛИЗАЦИИ ШИРОКОГО СПЕКТРА НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПОЧВЕННЫХ ФОСФАТОВ Сборник тезисов "IX МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ: ВИРУСОЛОГОВ, БИОТЕХНОЛОГОВ, БИОФИЗИКОВ, МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ И БИОИНФОРМАТИКОВ" Новосибирск, 27-30 сентября 2022 г., c. 149 (год публикации - 2022)

8. Егорова Е.А., Сулейманова А.Д. Влияние факторов культивирования на фосфат мобилизующую способность почвенных бактерий Pantoea brenneri VIII ПУЩИНСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ "БИОХИМИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ И БИОСФЕРНАЯ РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ", ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ, АСПИРАНТОВ И СТУДЕНТОВ "ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В МИКРОБИОЛОГИИ И МИКРОБНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ" Сборник тезисов докладов. Москва, 2022, с. 37 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.34756/GEOS.2022.17.38266

9. Л. В. Сокольникова, Д. С. Бульмакова, А. Д. Сулейманова ВЛИЯНИЕ КОМПОНЕНТОВ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ НА СОЛЮБИЛИЗАЦИЮ ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТА ШТАММОМ PANTOEA BRENNERI 3.5.2 Сборник тезисов "IX МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ: ВИРУСОЛОГОВ, БИОТЕХНОЛОГОВ, БИОФИЗИКОВ, МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ И БИОИНФОРМАТИКОВ" Новосибирск, 27-30 сентября 2022 г., c. 254 (год публикации - 2022)

10. Л.В. Сокольникова, Д.С. Бульмакова, А.Д. Сулейманова ВЫСВОБОЖДЕНИЕ ФОСФОРА ИЗ ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТА ШТАММОМ PANTOEA BRENNERI 3.5.2 И ВЛИЯНИЕ КОМПОНЕНТОВ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛЮБИЛИЗАЦИИ Сборник тезисов XIII молодежной школы-конференции с международным участием "АКТУАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ СОВРЕМЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ ", с.247-248 (год публикации - 2022)

11. Сокольникова Л.В., Бульмакова Д.С., Сулейманова А.Д. Высвобождения фосфатов из труднодоступного трикальцийфосфата штаммом Pantoea brenneri 3.5.2 Материалы 3-ей Международной научной конференции PLAMIC2022 IРастения и микроорганизмы: биотехнология будущего» 3-8 октября 2022 г., Санкт-Петербург / отв. ред. И.А. Тихонович, Материалы 3-ей Международной научной конференции PLAMIC2022 IРастения и микроорганизмы: биотехнология будущего» 3-8 октября 2022 г., Санкт-Петербург / отв. ред. И.А. Тихонович – 2022. – c. 200. (год публикации - 2022)

12. Сулейманова А.Д., Шарипова М.Р. PHOSPHATE SOLUBILIZING STRAINS OF PANTOEA BRENNERI AS AN ALTERNATIVE TO PHOSPHORUS FERTILIZERS AND CHEMICAL PESTICIDES FEMS Conference on Microbiology Abstract Book, FEMS Conference on Microbiology in association with Serbian Society of Microbiology, 30 June - 2 July 2022, Serbia : Electronic Abstract Book (год публикации - 2022)

13. - Как повысить урожайность? UniverTV, - (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Перспектива практического использования результатов Проекта заключается в формировании научных заделов для создания экологически чистой технологии агропроизводства на основе применения новых бактериальных штаммов. Научная новизна полученных результатов заключается в применении в качестве биоудобрения автохтонной микрофлоры региона, включающей в себя бактерии, обладающие способностью улучшать макро- и микроэлементное питание растений, стимулировать их рост, а так же защищать от фитопатогенных микроорганизмов - как микромицетов, так и бактерий. Исследуемые в Проекте бактерии получены и изучены сотрудниками нашей лаборатории, разработаны условия и способы приготовления препаратов для внесения в качестве биоудобрений и биофунгицидов, изучено сохранение жизнеспособности при долгосрочном хранении.