Изучение ассоциаций растений с микроорганизмами, стимулирующими их рост и развитие, а также повышающими адаптационные возможности и устойчивость растений к стрессовым факторам окружающей среды, привлекает всё больше внимания. Среди фундаментальных вопросов – исследование состава и структуры фитомикробиомов, роли отдельных микроорганизмов и их сообществ, а также механизмов, опосредующих коммуникацию, и влияющих на взаимовыгодное существование всех участников растительно-микробных консорциумов. В прикладном аспекте наибольший интерес связан с экологически-устойчивым растениеводством.

На примере тропических орхидных, отличающихся уникальностью своей биологии и особенностями строения корневой системы, мы занимаемся поиском новых стратегий, включая использование культур PGPB (plant growth promoting bacteria), для сохранения редких и исчезающих видов растений.

фотографии орхидей на поверхности других растений
Различные виды эпифитных орхидей, культивируемые в Фондовой оранжерее ГБС РАН им. Н.В. Цицина

В лаборатории проводятся всесторонние исследования биоразнообразия ассоциативных микроорганизмов, их локализации и распределения в ризоплане и филлоплане, изучаются механизмы их взаимодействия с прорастающими семенами и взрослыми наземными и эпифитными растениями. Одним из основных направлений является определение способности и механизмов ассоциативных бактерий и грибов к биосинтезу вторичных метаболитов – стимуляторов роста растений, преимущественно ауксинов и гиббереллинов.

электронные микрофотографии бактрий, грибов и других микроорганизмов на поверхности корней тропических орхидей
Локализация и распределение ассоциативных микроорганизмов, в том числе эндофитных (гетеротрофные бактерии, цианобактерии, грибы) в ризоплане тропических орхидей.

Основные методы исследования включают современные методы молекулярной биологии и традиционные микробиологические подходы к выделению, культивированию и идентификации микроорганизмов. Среди наиболее применимых техник – световая, электронная и конфокальная лазерная сканирующая микроскопии; методы аналитической химии, включая ТСХ, ГХ и ВЭЖХ, различные методы биохимии и физиологии растений.

четыре фотографии электрофорезных гелей и одна хроматограмма
Исследование механизмов биосинтеза ауксинов (1) и гиббереллинов (2) ассоциативным микромицетом орхидей, Fusarium proliferatum ET1, в сравнении с другими представителями рода Fusarium.

Полученные данные не только расширяют область знаний о специфике и разнообразии микробных популяций в фитомикробиоме, о функциональной активности микроорганизмов, колонизирующих растения, об их роли в жизнедеятельности растения-хозяина, но также о механизмах и стратегиях взаимодействия между партнёрами и о сигнальных молекулах и вторичных метаболитах, которые индуцируют ростовые процессы и способствуют формированию ассоциаций.

хроматограмма интермедиантов образования ауксинов, таблица с продукцией ауксинов бактериями ризопланы орхидей и серия фотографий, показывающих влияние ауксинов на рост корней у черенков фасоли
Образование ауксинов (индол-3-усусная кислота, ИУК) ассоциативными бактериями, идентификация интермедиатов и биотесты по определению активности микробной ИУК, способствующей формированию и роста корней у черенков фасоли.

Активные бактерии – продуценты ауксинов (например, представители рода Sphingomonas) эффективны при семенном in vitro размножении орхидей, – они значительно увеличивают число прорастающих мельчайших, лишенных эндосперма, семян орхидных и стимулируют их дальнейшее развитие. Эти результаты является необходимыми в дальнейшей разработке подходов к использованию микробно-растительных ассоциаций для успешной и эффективной реинтродукции растений в природу.

фотографии колоний бактерий на чашках петри, роста культуры орхидей; микро- и макроскопические фотографии разных стадий развития семян орхидеи; кстати, вы прочли секретное сообщение! ваша дотошность достойна похвалы. приходите к нам на кафедру пить кофе с плюшками
Выделение культур ассоциативных бактерий с воздушных и субстратных корней эпифитной орхидеи Dendrobium moschatum (1); Семенное in vitro размножение Dendrobium nobile в ко-культурах с различными бактериальными штаммами (2) и стадии развития семян D. nobile (3).

Научная группа:

Цавкелова Елена Аркадьевна
к.б.н., старший научный сотрудник

Егорова Мария Анатольевна
к.б.н., доцент

Леонтьева Мария Романовна
к.б.н., научный сотрудник