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 проекта 20-74-00002

НазваниеИзучение микробиологического сообщества дикого винограда Vitis amurensis

Руководитель Алейнова Ольга Артуровна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии» Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №49 - Конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-206 - Физиология и биохимия растений

Ключевые слова Виноград амурский, Vitis amurensis, фитопатогены, эндофиты, биотический стресс, абиотический стресс, урожайность растений, симбиотические микроорганизмы

Код ГРНТИ62.00.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Виноград является одной из самых востребованных и экономически важных агрокультур в мире. В свою очередь, это растение довольно сильно подвержено воздействию внешней среды и заболеваниям разной этиологии. Биотические и абиотические стрессы сильно влияют на рост, урожайность и качество плодов культивируемых сортов винограда, что в свою очередь приводит к экономическому урону сельскохозяйственной отрасли (Mzid et al. 2007). В настоящее время достаточно хорошо известны возбудители болезней европейско-азиатской группы винограда на основе вида Vitis vinifera L, в основном произрастающих на территории европейских государств. К таким возбудителям относятся Botrytis cinerea, Erysiphe necator, Plasmopara viticola, Xylella fastidiosa, Rhizobium vitis (ранее Agrobacterium vitis), которые вызывают такие заболевания как серая гниль, мучнистая роса (пепелица виноградной лозы, бель, оидиум), ложная мучнистая роса (милдью), болезнь Пирса и корончатый галл соответственно (Armijo et al. 2016). На американском и австралийском континентах виноделы ежегодно теряют миллионы долларов из-за болезней ствола виноградной лозы (Эска винограда, отмирание Botryosphaeria и Eutypa, болезнь Петри и «черная нога»), которые приводят к отмиранию древесины винограда (Smart et al. 2015). Основными возбудителями этих болезней являются грибы Eutypa lata и Botryosphaeria sp. Известно, что некоторые сорта винограда более восприимчивы к болезням, чем другие сорта. Например, для американской группы винограда на основе Vitis lambrucsa характерна большая устойчивость к насекомому филлоксере виноградной Dactylosphaera vitifolia, обусловленная образованием пробкового слоя коры, изолирующего пораженные филлоксерой места и не допускающего гниения и отмирания тканей. Это свойство стало причиной их широкого распространения в качестве подвоев для прививки культурных сортов V. vinifera, страдающих от филлоксеры. Виноград сорта Мерлот более устойчив к заболеваниям ствола виноградной лозы, чем другие сорта винограда (Travadon et al. 2014, Guan et al. 2015). Двухлетнее наблюдение за 10 различными сортами в Италии показали, что заболеваемость Эска была выше в сортах Кабернет Совиньен, Санджовезе и Треббиано тоскано и ниже в Монтепульчано и Мерло (Quaglia et al. 2009). В последнее время появляется большое количество работ, посвященных изучению разнообразия микробиологического сообщества, населяющего растение винограда – эндофитов. Изучают, какие именно микроорганизмы населяют разные части растения винограда V. vinifera (Compant et al. 2011), при помощи секвенирования метагенома исследуют разницу между составом микроорганизмов здоровых и больных растений (Bulgari et al. 2014), выявляют, какие микроорганизмы способны подавлять рост патогенных микроорганизмов (Shcherbakov et al. 2016). Ранее было выделено 11 штаммов эндофитов, полученных из стеблей винограда V. vinifera cv. Corvina, способных ингибировать рост B. cinerea. Один штамм, представляющий род Lysinibacillus, индуцировал ингибирование широкой зоны роста B. cinerea чем другие штаммы (Andreolli et al. 2016). В другом исследовании, 26 изолятов были способны сдерживать рост B. cinerea на листьях винограда, а 9 штаммов показали противогрибковый эффект in vitro. Среди них два штамма Pantoea sp. и Pseudomonas fluorescens были выделены из листьев и стеблей соответственно (Trotel-Aziz et al. 2008). Кроме того, 25 штаммов эндофитов, выделенных из одомашненных и дикорастущих растений винограда, были очень активными против B. cinerea in vitro, особенно штаммы, принадлежащие к родам Bacillus и Pantoea (Campisano et al. 2015). Было показано, что способность Bacillus phytofirmans ингибировать заражение растений винограда B. cinerea была связана с индукцией временного подщелачивания внеклеточного пространства, продукцией салициловой кислоты и экспрессией транскриптов, связанных с защитой растений (Ait Barka et al. 2000). Недавний скрининг также показал, что значительное количество эндофитных бактериальных изолятов из виноградной лозы может подавлять рост Neofusicoccum parvum, Botryosphaeria dothidea, Botryosphaeria obtuse, Pochonia chlamydospora и Plasmopara viticola in vitro (Campisano et al. 2015; Andreolli et al. 2016). Бэлл с соавторами идентифицировали 24 эндофитных штамма Enterobacter agglomerans, Rahnella aquatilis и Pseudomonas sp., которые обладают сильным ингибирующим действием против Rhizobium vitis – возбудителя корончатого галла (Bell et al. 1995). Также существует ряд исследований, где показано, что эндофитные микроорганизмы винограда способствуют устойчивости растений к абиотическим стрессам. Причем польза от эндофитов не происходит непосредственно через индукцию связанных со стрессом генов, а скорее происходит путем подготовки растения к активации защитного ответа на стресс (Esmaeel et al. 2016). Например, Paraburkholderia phytofirmans может индуцировать разные PR-гены [кодирующие хитиназу, фенилаланин-аммиак-лиазу (PAL), липоксигеназу (LOX) и глюканазу], защищающие растение от низких температур (Theocharis et al. 2012). Эндофитами высвобождаются молекулы, которые принимают участие в удаление активных форм кислорода (АФК), таким образом, помогают винограду справиться с различными абиотическими стрессами, такими как холод, засуха или соленость почв. Показано, что эндофит винограда Bacillus licheniformis стимулирует выработку вторичных метаболитов, таких как монотерпены, проявляющие антиоксидантную активность, и сесквитерпены, проявляющие антибактериальное действие (Salomon et al. 2014). B. licheniformis производит каротиноиды, которые могут выступать в качестве антиоксидантов (Cohen et al. 2018). Примечательно, что эти соединения являются предшественниками абцизовой кислоты (АБК) в растениях, служащей основой засухоустойчивости растений (Salomon et al. 2016). Эндофитные грибы Septglomus deserticola, Funneliformis mosseae, Rhizoglomus intraradices, Rhizoglomus clarum и Glomus aggregatum также могут модулировать метаболизм АБК у инокулированных растений винограда, что дает им преимущество перед незараженными растениями в условиях засухи (Torres et al. 2018). Было показано, что эндофиты винограда благоприятно влияют на качество плодов винограда. Например, инокуляция винограда эндофитами Acinetobacter lwoffii, Bacillus subtilis и Pseudomonas fluorescens, проявляющие активность против Botrytis cinerea, приводят к накоплению стильбенов, особенно транс-резвератрола (3,5,4'-тригидроксистилбен) и его олигомера, транс-ε-виниферина, которые накапливаются в плодах винограда (Verhagen et al. 2011). В свою очередь, мало что известно об естественных патогенах и тем более эндофитных микроорганизмах винограда азиатской группы, основным представителем, которой является дикий виноград амурский Vitis amurensis. Известно, что данный вид хорошо переносит низкие температуры и имеет относительно высокую сопротивляемость к патогенам. V. amurensis также используют в качестве подвоев для создания устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам сортов винограда. Поэтому, основной целью данного проекта является изучение микробиологического сообщества дикого винограда V. amurensis для дальнейшего создания перспективных препаратов для возделывания сельскохозяйственных культур винограда. Для достижения выше поставленной цели планируется сбор внешне больных и здоровых участков растения винограда амурского в разных точках Приморского края, возможно в окрестностях Хабаровска, и на юге Китая. Далее выделение из собранных тканей винограда микроорганизмов, а именно бактерий и грибов, их описание и дальнейшее секвенирование 16S рибосомальной РНК бактерий и межгенного спейсера ITS1 грибов с целью определения принадлежности к тому или иному роду. Сравнительный анализ данных о микробиологических сообществах, населяющих здоровые и больные растения V. amurensis, поможет выявить роды микроорганизмов, способные подавлять рост и развитие патогеннов дикого винограда. Полученные данные будут использованы для создания препаратов на основе симбиотических микроорганизмов винограда, для борьбы с возбудителями болезней винограда. Список литературы: Ait Barka E., Belarbi A., Hachet C., Nowak J., and Audran J. C. (2000). Enhancement of in vitro growth and resistance to grey mould of Vitis vinifera co-cultured with plant-promoting rhizobacteria. FEMS Microbiol. Lett. 186: 91–95. doi: 10.1111/j.1574-6968.2000.tb09087.x Andreolli M., Lampis S., Zapparoli G., Angelini E., and Vallini, G. (2016) Diversity of bacterial endophytes in 3 and 15 year-old grapevines of Vitis vinifera cv. Corvina and their potential for plant growth promotion and phytopathogen control. Microbiol. Res. 183: 42–52. doi: 10.1016/j.micres.2015.11.009 Armijo G., Schlechter R., Agurto M., Muñoz D., Nuñez C., Arce-Johnson P. (2016) Grapevine Pathogenic Microorganisms: Understanding Infection Strategies and Host Response Scenarios. Front Plant Sci. 7: 382. Bell C. R., Dickie G. A., Harvey W. L. G., and Chan, J. W. Y. F. (1995). Endophytic bacteria in grapevine. Can. J. Microbiol. 41:46–53. doi: 10.1139/m95-006 Bulgari D., Casati P., Quaglino F., Bianco P. (2014) Endophytic bacterial community of grapevine leaves influenced by sampling date and phytoplasma infection process. BMC Microbiol. 21(14): 198. Burruano S., Moschetti G., Zanzotto A., Morroni M., Yousaf S., Anees M., Campisano A., Cardinale M., Berg G., Aziz A., Verhagen B., Villaume S., Höfte M., Baillieul F., Clément C., Trotel-Aziz P., Ben-Maachia S., Errakhi R., Mathieu F., Lebrihi A., Errakhi R., Bouteau F., Barakate M., Lebrihi A., Muzammil S., Saria R., Yu Z., Graillon C., Mathieu F., Lebrihi A., Compant S., Mondello V., Conigliaro G., Angeli D., Micheli S., Maurhofer M. (2016) Detection of Bacterial Endophytes in Vitis vinifera L. and Antibiotic Activity against Grapevine Fungal Pathogens. Biocontrol of Major Grapevine Diseases: Leading Research. 182-190. Campisano A., Pancher M., Puopolo G., Puddu A., Lopez-Fernandez S., Biagini B. et al. (2015). Diversity in endophyte populations reveals functional and taxonomic diversity between wild and domesticated grapevines. Am. J. Enol. Vitic. 66: 12–21. doi: 10.5344/ajev.2014.14046 Cohen A. C., Dichiara E., Jofré V., Antoniolli A., Bottini R., and Piccoli P. (2018). Carotenoid profile produced by Bacillus licheniformis Rt4M10 isolated from grapevines grown in high altitude and their antioxidant activity. Int. J. Food Sci. Tech. 53 (12): 2697–2705. doi: 10.1111/ijfs.13879 Compant S., Mitter B., Colli-Mull J., Gangl H., Sessitsch A. (2011) Endophytes of grapevine flowers, berries, and seeds: identification of cultivable bacteria, comparison with other plant parts, and visualization of niches of colonization. Microb Ecol. 62(1): 188-97. Esmaeel Q., Pupin M., Kieu N. P., Chataigné G., Béchet M., Deravel, J., et al. (2016). Burkholderia genome mining for nonribosomal peptide synthetases reveals a great potential for novel siderophores and lipopeptides synthesis. MicrobiologyOpen 5 (3): 512–526. doi: 10.1002/mbo3.347 Felber A., Orlandelli R., Rhoden S., Garcia A., Costa A., Azevedo J., Pamphile J. (2016) Bioprospecting foliar endophytic fungi of Vitis labrusca Linnaeus, Bordô and Concord cv. Annals of Microbiology. 66 (2): 765–775. Guan X., Essakhi S., Laloue H., Nick P., Chong J., Bertsch C. (2015). Mining new resources for grape resistance against Botryosphaeriaceae: a focus on Vitis vinifera ssp. Sylvestris. Workshop COST action FA1303. Cognac (France). 28. Hamdi, S., Lauvergeat, V. (2007) Overexpression of VvWRKY2 in tobacco enhances broad resistance to necrotrophic fungal pathogens. Physiol. Plant. 131: 434–447. Mzid, R., Marchive, C., Blancard, D., Deluc, L., Barrieu, F., Corio-Costet, M.-F., Drira, N., Porras-Alfaro A, Bayman P. (2011) Hidden fungi, emergent properties: endophytes and microbiomes. Annu. Rev. Phytopathol. 49: 291–315. Quaglia M., Covarelli L., Zazzerini, A. (2009). Epidemiological survey on esca disease in Umbria, central Italy. Phytopathologia Mediterranea. 48:84-91. Salomon M. V., Bottini R., de Souza Filho G. A., Cohen A. C., Moreno D., Gil M., et al. (2014) Bacteria isolated from roots and rhizosphere of Vitis vinifera retard water losses, induce abscisic acid accumulation and synthesis ofdefense-related terpenes in in vitro cultured grapevine. Physiol. Plant. 151 (4): 359–374. doi: 10.1111/ppl.12117 Salomon M. V., Purpora R., Bottini R., and Piccoli P. (2016). Rhizosphere associated bacteria trigger accumulation of terpenes in leaves of Vitis vinifera L. cv. Malbec that protect cells against reactive oxygen species. Plant Physiol. Biochem. 106: 295–304. doi: 10.1016/j.plaphy.2016.05.007 Shcherbakov A., Mulina S., Rots P, Shcherbakova E., Chebotar V. (2016) Bacterial endophytes of grapevine (Vitis vinifera L.) as promising tools in viticulture: isolation, characterization and detection in inoculated plants. Agronomy Research. 14(5): 1702–1712. Smart, R. (2015). Trunk diseases: Timely trunk renewal to overcome trunk disease. Wine & Viticulture Journal. 30(5): 44. Torres N., Goicoechea N., Zamarreño A. M., and Carmen Antolín, M. (2018). Mycorrhizal symbiosis affects ABA metabolism during berry ripening in Vitis vinifera L. cv. Tempranillo grown under climate change scenarios. Plant Sci. 274: 383–393. doi: 10.1016/j.plantsci.2018.06.009 Theocharis A., Bordiec S., Fernandez O., Paquis S., Dhondt-Cordelier S., Baillieul F., et al. (2012). Burkholderia phytofirmans PsJN primes Vitis vinifera L. and confers a better tolerance to low nonfreezing temperatures. Mol. Plant Microbe Interact. 25, 241–249. doi: 10.1094/MPMI-05-11-0124 Travadon R., Preece J.E., Baumgartner K. (2014). Evaluating grapevine germplasm for resistance to Eutypa dieback. Phytopathologia Mediterranea. 53(3): 578-579. Trotel-Aziz P., Couderchet M., Biagianti S., and Aziz, A. (2008). Characterization of new bacterial biocontrol agents Acinetobacter, Bacillus, Pantoea and Pseudomonas spp. mediating grapevine resistance against Botrytis cinerea. Environ. Exp. Bot. 64: 21–32. doi: 10.1016/j.envexpbot.2007.12.009 Verhagen B., Trotel-Aziz P., Jeandet P., Baillieul F., and Aziz, A. (2011). Improved resistance against Botrytis cinerea by grapevine-associated bacteria that induce a prime oxidative burst and phytoalexin production. Phytopathol. 101: 768–777. doi: 10.1094/PHYTO-09-10-0242

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---