«Физиология растений и микроорганизмов – взгляд в будущее»

Всероссийская научная конференция, посвященная памяти профессора Раисы Александровны Карначук и 90-летию со дня основания кафедры физиологии растений и биотехнологии Томского государственного университета.

Конференция проходила на базе Томского государственного университета (ТГУ) со 2 по 5 апреля 2013 года и была приурочена к 90-летию кафедры физиологии растений и биотехнологии и посвящена памяти профессора Раисы Александровны Карначук – одного из основоположников изучения световой регуляции роста и развития растений.

Научная карьера Р.А. Карначук начиналась с микробиологии, затем ее внимание привлекло изучение влияния спектрального состава света на растения. Особый интерес вызывала ответная реакция растений на зеленый свет. Средневолновую область спектра многие исследователи относили к неактивным участкам солнечной радиации. Основное доказательство этого положения сформировалось на основании того, что цвет листьев, аккумулирующих свет, у подавляющего большинства растений зеленый, следовательно, зеленый свет растения отражают, а не используют в качестве источника энергии. Именно Раиса Александровна впервые показала, что высокая интенсивность зеленого света не лимитирует процессы фотосинтеза и активно регулирует морфогенетические ответы растений. Более низкая активность средневолновой области спектра по сравнению с красным и синим светом впервые была объяснена снижением плотности распределения хлоропластов в листе растения на зеленом свету. Эти пионерские исследования Р.А. Карначук получили свое подтверждение спустя много лет в работах зарубежных ученых. Приоритет принадлежит Раисе Александровне и в области изучения рецепции зеленого света, она раньше других исследователей получила экспериментальные факты, позволяющие предполагать, что основными рецепторами средневолновой области спектра являются криптохромы и фитохромы. В своих последующих работах Раиса Александровна изучала вклад некоторых фитогормонов, главным образом, брассиностероидов и жасмоновой кислоты, в светозависимые морфогенетические реакции растений.

В последнее время Раиса Александровна успешно развивала научное направление, связанное с выяснением фоторецепции базидиальных грибов, а также регуляторную роль селена в жизни растений.

Стремясь развивать современные научные исследования и находить практическое применение полученным фундаментальным результатам, Раиса Александровна инициировала большой комплекс работ в области биотехнологии растений. Под ее руководством была создана коллекция каллусных и суспензионных культур декоративных растений и растений медицинского назначения. Для ряда лекарственных растений (серпуха венценосная, княжик сибирский, копеечник чайный, горькуша и др.) клеточная культура ею была получена впервые.

Наряду с выдающимися научными достижениями, огромное влияние для развития кафедры имела организаторская деятельность Раисы Александровны. Стремясь поднять биологическое образование до международных стандартов, она была основным инициатором и создателем Международного факультета сельского хозяйства в Томском университете. Инициатива Раисы Александровны способствовала открытию в 2005 году учебно-научной лаборатории биотехнологии и биоинженерии при Томском государственном университете, а в 2007 году – новой специализации «биотехнология растений и микроорганизмов». Это позволило укрепить и расширить традиционные для кафедры исследования в области микробиологии и практического применения микроорганизмов.

В 2009 году Раиса Александровна открыла малое предприятие ООО «БиоГен‑Т» по производству безвирусного семенного картофеля на основе меристемных технологий. Открытию малого предприятия предшествовало создание учебно-производственной лаборатории получения безвирусного картофеля и ее успешное функционирование. В настоящее время это одна из значимых биотехнологий, развиваемых в Западной Сибири; оздоровленный семенной картофель пользуется большим спросом у населения и предприятие ООО «БиоГен-Т» поддерживается администрацией Томской области.

Основные труды Р.А. Карначук посвящены изучению световой и гормональной регуляции фотосинтеза и морфогенеза растений in vivo и in vitro, фоторегуляции вторичного метаболизма лекарственных растений и грибов, продуктивности безвирусного картофеля.

На конференцию были приглашены физиологи растений и микробиологи из различных российских научных центров. В работе конференции приняли участие приглашенные лекторы из ведущих научных учреждений России, ученые из 10 институтов Российской академии наук, представители из Федеральных университетов и из классических университетов ряда городов России.

На торжественной церемонии открытия конференции со словами приветствия к участникам обратились ректор Томского государственного университета проф. Г.В. Майер, Президент общества физиологов растений России чл.-корр. РАН Вл.В. Кузнецов и зав. кафедрой физиологии растений и биотехнологии ТГУ проф. О.В. Карначук.

Мемориальная лекция памяти Р.А. Карначук была прочитана директором Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН чл.-корр. РАН Вл.В. Кузнецовым. Тема его лекции – «Физиология растений и глобальные вызовы». В докладе рассмотрен основополагающий вклад физиологии растений как теоретической основы высокопродуктивного земледелия в решение проблемы голода на планете. Основное внимание в лекции было уделено использованию инновационных биотехнологий, созданных на базе важнейших достижений современной физиологии растений и клеточной биологии, в решении глобальных проблем человечества, таких как борьба с болезнями, поиск новых возобновляемых источников энергии, преодоление последствий негативных изменений климата, сохранения биоразнообразия и окружающей среды.

Пленарный доклад д-ра биол. наук, проф. В.В. Кузнецова (Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН) касался молекулярных механизмов гормональной регуляции биогенеза хлоропластов. В докладе была рассмотрена роль пластид в жизни растительной клетки, особенности структуры и экспрессии пластидного генома, а также участие фитогормонов и света в регуляции биогенеза хлоропластов. Доклад был встречен с интересом всеми участниками конференции, поскольку, согласно современным представлениям, хлоропласты произошли от цианобактерий и имеют много общего как с эукариотическими, так и с бактериальными клетками.

На пленарных заседаниях конференции с докладами выступили также ведущие ученые-микробиологи Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, д-р биол. наук Е.А. Бонч-Осмоловская и д-р биол. наук Н.В. Пименов. Е.А. Бонч-Осмоловская представила новые данные о термофильных прокариотах, полученные с помощью подходов геномики и путем фенотипических исследований. Акцент был сделан на современных способах изучения гипертермофильных архей и их недавно открытых свойствах (наличии новых гидролаз, гидрогенном росте на СО и формиате, существовании сульфатредукции у кренархеот). Н.В. Пименов сделал доклад на тему «Сообщество сульфатредуцирующих бактерий окисленных вод Черного и Балтийского морей». В докладе сообщалось об обнаружении сульфатредукции не только в придонных сероводородных водах, но и в окисленной зоне морей; были обобщены сведения о механизмах защиты сульфатредукторов от окислительного стресса. Были представлены данные о распределении, филогенетическом положении и in situ активности сульфатредуцирующих бактерий в поверхностной водной толще Черного и Балтийского морей.

Доклад д-ра биол. наук, проф. Н.В. Обручевой (Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН), был посвящен гормональной регуляции выхода семян из физиологического покоя и запуску прорастания. Особое внимание уделялось способам выхода семян из покоя. Н.В. Обручевой показано, что на этапе выхода семян из покоя ключевую роль играют фитогормоны (абсцизовая и гибберелловая кислоты), а на этапе подготовки семян к прорастанию ключевая роль принадлежит водному статусу.

Директор Института биофизики СО РАН, академик РАН А.Г. Дегерменджи представил доклад на тему «Проточные системы культивирования и принципы устойчивой организации микробных сообществ». В докладе А. Г. Дегерменджи обобщил собственные теоретические и экспериментальные исследования, связанные с принципами стабильного сосуществования популяций микроорганизмов (бактерий, водорослей, дрожжей), взаимодействующих посредством плотностно-зависимых контролирующих рост факторов в открытых проточных системах.

В докладе д-ра биол. наук, проф. И.Ф. Головацкой (кафедра физиологии растений и биотехнологии, ТГУ) обсуждался вклад профессора Р.А. Карначук в развитие основных научных направлений физиологии растений и биотехнологии.

Д-р биол. наук, проф. Е.В. Дейнеко (Институт цитологии и генетики СО РАН) обобщила основные методы генетической трансформации растений и возможности использования трансгенных растения в качестве моделей для фундаментальных исследований в области физиологии растений.

Гормональная регуляция проявления пола у растений обсуждалась д-ром биол. наук, проф. В.Н. Хряниным (Пензенский государственный университет). Были рассмотрены экзогенные и эндогенные факторы, способные регулировать флоральное развитие и проявление пола у растений.

Значительная часть докладов была посвящена изучению регуляторной и фотосинтетической роли света разного спектрального состава и разной интенсивности. В докладе д-ра биол. наук, проф. А.А. Тихомирова (Институт биофизики СО РАН) показано, что повысить скорость образования съедобной биомассы и кислорода в искусственных экосистемах можно высокоинтенсивными потоками ФАР и подбором спектрального состава света в зависимости от видовой специфики растений. Рассматривались основные проблемы утилизации отходов в замкнутых экосистемах и использование для этой цели высших растений.

Доклад канд. биол. наук доц. М.В. Ефимовой (кафедра физиологии растений и биотехнологии, ТГУ) был посвящен вкладу брассиностероидов в световую регуляцию растений. Показана способность этого класса фитогормонов инициировать программу светового развития растений на уровне формирования признаков деэтиолированного фенотипа (раскрывание апикальной петельки, укорочение гипокотиля и разворачивание семядолей), синтеза фотосинтетических пигментов (хлорофилла а и b) и активации транскрипции пластидных генов «домашнего хозяйства» и генов, кодирующих белки фотосинтетического аппарата. Показана зависимость проявления эффекта брассиностероидов от условий освещения растений.

М.А. Шелякиным (Институт биологии Коми НЦ УрО РАН) показано участие альтернативного пути дыхания в поддержании гомеостаза фотосинтезирующей клетки в период становления фотосинтетической функции.

Некоторые доклады участников конференции были посвящены обсуждению устойчивости растений к абиотическим факторам и методам их оценки. Д-р биол. наук, проф. Н.А. Гаевский (Сибирский федеральный университет, г. Красноярск) предложил использовать метод оценки световых кривых транспорта электронов для ранней диагностики физиологической устойчивости генотипов пшеницы к засолению. Канд. биол. наук Г.А. Семенова (Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино) ассматривала структурные и физиолого-биохимические перестройки в стареющих листьях сахарной свеклы при нитратном и углеводном стрессах. Канд. биол. наук О.Г. Бендер (Институт леса СО РАН, г. Томск) на основании показателей флуоресценции и содержания фотосинтетических пигментов, сравнивала механизмы защиты кедра сибирского и кедрового стланика от низких температур и солнечной радиации в зимний период. А.А. Ермошин (Уральский федеральный университет) рассказал о проведении клеточной селекции растений клевера ползучего для получения линий, устойчивых к меди и другим стрессорным факторам.

Большой блок секционных и стендовых докладов был посвящен новым достижениям в области микробиологии. Доклад д-ра биол. наук, проф. Н.Н. Терещенко был посвящен оценке целесообразности и эффективности применения микробных препаратов для биоремедиации нефтезагрязненных почв на основе анализа отечественного и зарубежного опыта. Докладчик с соавторами показали, что наиболее эффективную очистку почв от нефтяного загрязнения обеспечивают in situ микробные технологии с обязательным применением фиторемедиации, когда происходит вовлечение в процесс очистки всего биологического потенциала экосистемы.

Традиционно среди научных направлений работы кафедры физиологии растений и биотехнологии важное место занимает изучение физиологии, биотехнологии и экологии микроорганизмов. В последнее время под руководством зав. кафедрой д-ра биол. наук, проф. О.В. Карначук развиваются геномные исследования в этой области. Она представила доклад «Микроорганизмы, медь и кислород», в котором были обобщены результаты поиска и сравнительного анализа медьсодержащих белков в геномах прокариот в аспекте эволюции живых организмов. Также были представлены новые данные о системах гомеостаза меди и наличии медьсодержащих протеинов у сульфатредуцирующих прокариот. Сделано предположение о связи медьсодержащих белков у сульфатредукторов с явлением факультативного анаэробиоза.

Доклады сотрудников Кафедры физиологии растений и биотехнологии ТГУ канд. биол. наук доц. Ю.А. Франк и канд. биол. наук с.н.с. А.Л. Герасимчук касались исследования прокариот из экстремальных местообитаний. В докладе Ю.А. Франк было освещено изучение глубинной подземной биосферы на примере экосистем Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна. Доклад А.Л. Герасимчук был посвящен ацидофильным сульфатредуцирующим бактериям в местах обитания, связанных с добычей и переработкой металлов.

Несколько представленных докладов были междисциплинарными и объединяли исследования в области микробиологии и физиологии растений. Д-р биол. наук, проф. А.С. Минич (Томский государственный педагогический университет) в докладе представил доказательства взаимосвязи продуктивности Lactuca sativa L. с активностью гетеротрофных бактерий почвы и спектральным составом света. Доклады канд. биол. наук Ю.А. Марковой и А.Л. Турской (Иркутский государственный университет) были посвящены бактериям-эндофитам. Ю.А. Маркова представила доклад на тему «Образование индолилуксусной кислоты энтеробактериями, патогенными для человека». В выступлении А.Л. Турской было проранализировано образование активных форм кислорода в корнях проростков редиса при воздействии с Escherichia coli.

По результатам подведения итогов конкурса стендовых докладов среди молодых ученых победителем стала представитель Сибирского ботанического сада ТГУ (г. Томск) А.А. Селиверстова за работу по изучению состава и динамики содержания фитоэкдистероидов в Silene colpophylla.

Три дня работы конференции завершились очень активным заключительным заседанием, на котором выступили многие участники. Все они были единодушны в исключительно позитивной оценке прошедшего мероприятия, в огромной пользе заслушанных докладов, как для научных сотрудников, так и для преподавателей и студентов высших учебных заведений. Проведение таких междисциплинарных конференций способствует не только получению знаний из смежных областей науки, но и созданию совместных комплексных проектов, в которых участвуют как физиологи растений, так и микробиологи, что особенно важно для развития современной биотехнологии. Многие выступающие отметили превосходный уровень организации мероприятия, как на этапе подготовки, так и на этапе проведения конференции. Принимающей стороне удалось создать атмосферу гостеприимства и доброжелательности, которая окружала всех участников конференции.

На конференции присутствовало около 100 сотрудников и студентов Томских университетов и НИИ СО РАН, представителей научных учреждений других городов России (Москва, Воронеж, Пенза, Казань, Сыктывкар, Екатеринбург, Омск, Минск, Харьков, Красноярск, Иркутск, Новосибирск, Томск) и некоторых стран СНГ.

Конференция поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований (№ 13-04-06012-г), Обществом физиологов растений России, МОО «Микробиологическое общество» и ООО «Компания «Хеликон».

М.В. Ефимова, Ю.А. Франк, О.В. Карначук, В.В. Кузнецов*

Томский государственный университет

* Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН