| Аннотация |
Абиотические стрессы, вызванные изменением климата (засуха, экстремальные температуры, засоление) усугубляются с каждым годом и ставят под угрозу глобальную продовольственную безопасность. В природе эти стрессы обычно возникают одновременно и вызывают повреждения, существенно превышающие единичные их воздействия. Прогресс в изучении механизмов опосредованной эндофитными рост-стимулирующимх бактериями (PGPB) устойчивости важнейших сельскохозяйственных культур, включая пшеницу, достигнутый в последние годы, касается в основном отдельных стрессов, тогда как данные по одновременному их воздействию немногочисленны и фрагментарны, а в отношении сочетания засухи с перепадами температур и засолением вовсе отсутствуют. Малоизученными остаются метаболические и метагеномные перестройки растений в условиях множественных абиотических стрессов (SCIP Database, http://223.31.159.3/plant_complete/index_orangesunset.php), а в отношении пшеницы, и, особенно, при их инокуляции эндофитными PGPB вовсе отсутствуют. Все вышеуказанное определяет высокую степень новизны решаемых в проекте задач и позволяет рассматривать выяснение молекулярных механизмов адаптации растений эндофитными PGPB к множественным абиотическим стрессам, связанных с изменением климата, в качестве актуальной фундаментальной проблемы с высокой прикладной значимостью.
Проект направлен на выявление уникальных молекулярных механизмов и паттернов метаболических путей и морфофизиологической акклиматизации контрастных по устойчивости растений пшеницы, инокулированных эндофитными PGPB (на примере Bacillus subtilis 10-4) при действии множественных абиотических стрессов (сочетания засухи с высокими температурами, засолением), а также выявление вклада перестроек в ризо- и эндосферном микробиоме растений, обуславливающих формирование их комплексной устойчивости.
Впервые предполгается применить основанные на искусственной нейронной сети (ANN, Artificial neural network) алгоритмы для фенотипирования неинокулированных и инокулированных эндофитными PGPB растений пшеницы при воздействии множественных абиотических стрессов с использованием параметров флуоресценции хлорофилла, оцененных с помощью импульсного флуориметра IMAGE-PAM Maxi. Впервые будет изучено влияние эндофитных PGPB на фенологические/морфофизиологические (рост, архитектура корневой системы) параметры, фотосинтез (содержание хлорофиллов a, b, каротиноидов, фотосинтетическую активность), площадь листьев, состояние устьиц у контрастных по устойчивости растений пшеницы при выращивании в условиях воздействия множественных абиотических стрессов в сочетании с данными о формировании основных элементов структуры урожая. Будут изучены показатели уровня перекисного окисления липидов (МДА), содержание пролина, пероксида водорода (Н2О2), экспрессия генов PR1, PDF1.2, как свидетелей работы ключевых сигнальных защитных систем растений, генов антиоксидантных ферментов (SOD, POD и CAT) как важных биомаркеров уровня стресса в растениях и лигнификацию корней растений, инокулированных PGPB и произрастающих при воздействии засухи, засоления, высоких температур и их сочетаний. Будет изучен характер колонизации эндофитными PGPB внутренних тканей растений, как в отсутствии, так и в присутствии воздействия множественных абиотических стрессов, а также комплексная оценка изменений микробного сообщества в ризо- и эндосферном микробиоме растений (корни, листья, семена) с помощью метагеномного анализа в контролируемых и полевых условиях. При помощи биоинформатического анализа полного генома B. subtilis 10-4 предполагается оценить проявление спрогнозированных на геномном уровне функционально-полезных свойств эндофита на уровне фенотипа растений, подвергнутых множественным абиотическим стрессам, а также выявить генетические детерминанты, обеспечивающие фомирование эффективных растительно-микобных взаимодействий в стрессовых условиях среды.
|
