Иркутское отделение ОФР

Т.В. Копытина, СИФИБР СО РАН, Иркутск 

Прим.ред.: В Бюллетене 4(36) статья опубликована в сокращении. Полный вариант статьи с подробным текстовым описанием и иллюстрациями можно скачать по этой ссылке 

Иркутское отделение Общества физиологов растений представлено, в основном, коллективом СИФИБР СО РАН. Членами отделения являются также ряд сотрудников базовой кафедры физиологии растений, клеточной биологии и генетики при Иркутском гос.университете. Возглавляет отделение д.б.н., проф., Виктор Кириллович Войников. Иркутское отделение – одно из наиболее многочисленных в Обществе - более 70 человек. Многие молодые ученые из числа членов отделения являются руководителями грантов РФФИ, РНФ (к.б.н. М.В. Протопопова, к.б.н. О.А. Боровик), к.б.н. В.В. Павличенко является стипендиатом Президента РФ.

СИФИБР СО РАН. Историческая справка

Институт был организован 31 марта 1961 г. под названием Восточно-Сибирский биологический институт, а в 1966 г. он был переименован  в Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО АН СССР. Современное название «Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук» было присвоено в 2011 г.. После реорганизации РАН 2013-м Институт был передан в ведение Федерального агентства научных организаций.

Первым директором  и организатором Института (до 1976 г.) был известный физиолог растений чл.-корр. АН СССР Федор Эдуардович Реймерс. В первые годы cотрудники проводили ботанические и геоботанические исследования пойменных  лугов р. Лены и Енисея, помогали в решении задач на таежных сибирских стройках – вырабатывали рекомендации по борьбе с кровососущими насекомыми (гнусом), изучали вредителей леса и научные основы повышения плодородия почв. В это время был спроектирован и создан первый отечественный фитотрон – станция искусственного климата.

С 1976 по 2002 г. Институт возглавлял чл.-корр. РАН Рюрик Константинович Саляев. Благодаря его усилиям в Институте получили развитие современные направления биологии и экологии растений. Появилось новое направление – изучение стрессовых белков растений, которое впоследствии развилось в научную школу под руководством д.б.н. В.К. Войникова. Стали активно развиваться исследования по генной инженерии, фитоиммунологии, агроэкологии, по изучению растительно-микробного симбиоза, экологии наземных природных и антропогенных экосистем. Одними из первых в стране, коллектив ученых под руководством Р.К. Саляева обратились к изучению трансмембранных переносчиков у растений. Доказано и описано явлением эндоцитоза у растений, изучены его энергетика и механизм. Для первых экспериментальных работ по генетической трансформации растений Р.К. Саляевым создана и изготовлена оригинальная конструкция «генной пушки».

С 2002 по 2017 г. директором Института был проф. Виктор Кириллович Войников, продолживший активно развивать молекулярно-биологические и эколого-физиологические направления исследований. Фитотрон после модернизации вошел в состав нового Байкальского биотехнологического центра, организованного при Институте.

С 2017 г. Институтом руководит д.б.н. Виктор Иванович Воронин.

Проф. В.К. Войников, председатель Иркутского отделения ОФР

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Лаборатория физиологии растительной клетки

Научные исследования в лаборатории направлены на изучение структуры вакуолярной мембраны, механизмов регуляции мембранного транспорта метаболитов в вакуолях, ферментативных систем вакуолей. Специальным методом получены изолированные вакуоли высокой степени чистоты и стабильности. На вакуолярной мембране обнаружены белок-липидные микродомены – рафты, которые могут принимать участие в регуляции активности мембранных транспортных систем.

Более 10 лет в лаборатории работают над созданием «съедобных» вакцин на основе трансгенных растений, в сотрудничестве с учеными  ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор», ИБХИФМ СО РАН и рядом научных коллективов США и Италии. На сегодняшний день на основе трансгенных томатов создана и протестирована на животных бинарная вакцина от гепатита В и ВИЧ. Подобраны условия для получения сухой съедобной вакцины путем высушивания плодов томата из глубоко замороженного состояния. Получена кандидатная вакцина против вируса папилломы человека (тип HPV16), с целью коммерциализации этих результатов разработан лабораторный регламент ее получения для дальнейших испытаний.

Лаборатория генетической инженерии растений

Исследования ведутся по следующим направлениям: 1) изучение молекулярных механизмов редокс-регуляции генетических и физиологических функций митохондрий и хлоропластов; 2) изучение путей импорта ДНК в митохондрии в системе in organellо и in vivo; 3) разработка подходов для генетической трансформации митохондрий растений путем введения целевых генов в системе in vivo. В ходе исследований открыто явление природной компетентности митохондрий к активному поглощению ДНК. Коллективом лаборатории впервые выяснены функции ядерно-кодируемой РНК-полимеразы арабидопсиса RpoTmp, направляемой в митохондрии и хлоропласты. На основе нокаут-мутанта арабидопсиса по гену RpoTmp была разработана генетическая конструкция и получены трансгенные растения, которые можно использовать для генетической трансформации митохондрий.

Лаборатория физико-химических методов исследования.

Основные направления исследований связаны с изучением влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на физиологические процессы в растительной ткани. Установлено, что это влияние является дозозависимым. Показано, что одним из путей действия света гелий-неонового лазера является его влияние на мембраны клеток и клеточных органелл. При этом  индуцируются процессы перекисного окисления в мембранных липидах, изменяется гидролитическая активность  протонных помп, наблюдаются изменения в структуре мембран. Продемонстрировано, что низкоинтенсивное лазерное излучение в указанных дозах  оказывает заметное действие на химический состав и пути биосинтеза жирных кислот липидов растительных тканей и клеточных органелл. Предложено рассматривать влияние низкоинтенсивного лазерного действия на растения, как действие мягкого стрессора, а ответ растительной ткани на это действие, как стресс-реакцию.

Лаборатория физиологической генетики растений

В лаборатории ведутся исследования генетических и биохимических механизмов регуляции энергетического обмена в митохондриях и участия стрессовых белков в метаболизме клетки, механизмы стрессоустойчивости. Разрабатываются биотехнологические приемы для изменения стрессоустойчивости растений путем переноса целевых генов. Созданы генномодифицированные быстрорастущие формы тополя берлинского, а также устойчивые к низким положительным температурам. В работах коллектива было показано, что при температурных стрессах в клетках растений функционирует митохондриальный сигналинг, который включает в себя взаимодействие информационной и энергетической систем клетки. Обнаружены новые суперкомплексы системы окислительного фосфорилирования (OXPHOS) митохондрий из Pisum sativum L.

Лаборатория физиологии устойчивости растений

Научные темы лаборатории  представлены исследованиями растительно-микробных взаимодействий, ведущих к патогенезу. Установлен феномен регулирующего влияния ризобиальной инфекции (антагонистическое и синергическое действие) на АФК и АФА-генерирующие системы корней растения-хозяина. 

Лаборатория физиолого-биохимической адаптации растений была создана в 2009 году на базе лаборатории технической биохимии и объединила несколько научных групп, усилия которых направлены на всестороннее изучение адаптации различных культурных растений к неблагоприятным условиям произрастания. В сотрудничестве с новосибирскими и немецкими учеными ведется картирование в геноме мягкой пшеницы локусов количественных признаков,  связанных с устойчивостью к засухе. Также исследуются процессы формирования белкового матрикса клейковины пшеницы, ее технологическое качество и механизмы адаптации растений пшеницы, связанные с липидным метаболизмом. Лаборатория активно участвует в работе Европейского общества по анеуплоидии пшеницы (EWAC) и крупных международных форумах по генетике пшеницы.

Большое внимание в лаборатории уделяется изучению зимостойкости яблони в условиях Южного Предбайкалья. За короткий срок усилиями сибирских селекционеров было создано более 200 сортов яблони для разных регионов Сибири, подробно изучен полифенольный профиль плодов яблони сибирской и ее полукультурных гибридов.

Лаборатория растительно-микробных взаимодействий

Основное направление научных исследований: изучение микробных биопленок, их структуры, роли в растительно-микробных взаимодействиях и изучение путей регуляции биопленкообразования. Одним из новых направлений работы лаборатории является изучение физиологический роли сложных эфиров ортофталевой кислоты. Получены дополнительные доказательства биогенного происхождения этих соединений и возможности их участия в регуляции растительно-микробных взаимодействий. В рамках биотехнологического направления выделены и охарактеризованы бактерии-нефтедеструкторы, перспективные для биоремедиации загрязненных нефтью почв Восточно-Сибирского региона.

Лаборатория биоиндикации экосистем

Ведутся комплексные исследования лесных экосистем Байкальской Сибири с применением методов геоботаники и дендрохронологии, вкупе с исследованием различных аспектов фотосинтеза и продуктивности древостоев, а также изотопного состава древесины годичных колец хвойных.

Коллективом разработан коэффициент использования ресурсов среды (КИРС)  -комплексный показатель степени использования деревьями ресурсов среды для реализации наивысших за сезон показателей фотосинтетической активности. Сформулированы основные положения адаптивной стратегии фотосинтеза хвойных. Почвенно-геоботаническое профилирование в местах контакта степной и лесостепной растительности, а также степной и таежной выявило расширение лесных площадей и повышение линии границы леса в хребтах на юге Байкала. Установлена причина массового усыхания кедрачей в южном Прибайкалье - активизация бактериальной водянки хвойных.

Впервые на экосистемном уровне проведена интегральная оценка режимов функционирования, состояния и устойчивости агроэкосистем. Выявлено, что неблагоприятные относительно «климатической нормы» условия и техногенное загрязнение фторидами пахотных почв на их фоне повышают эмиссию СО₂ в атмосферу и потери углерода, как следствие деструкции органического вещества и деградации почвы.

Лаборатория природных и антропогенных экосистем

Основные направления работы связаны с изучением видового, структурного, функционального разнообразия редких и реликтовых сосудистых растений, альгофлоры, бриофлоры, энтомофауны, микобиоты на территории Байкальской Сибири в естественных условиях и при воздействии негативных факторов. Разрабатываются ГИС-технологии для анализа, обобщения и хранения данных по биоразнообразию. Другое направление работы – исследование лесных экосистем Байкальского региона, подвергающихся воздействию антропогенных факторов, разработка подходов к оценке уровня техногенного загрязнения лесов. Впервые проведены исследования уникальных псаммофитных сообществ на подвижных (дюнных) песках о. Ольхон.

Группа Гербарий

Группа ведет комплексные работы по изучению флоры высших растений Байкальской Сибири и процессов ее антропогенной трансформации, исследует внедрение чужеродных видов, разрабатывает способы охраны аборигенных видов растений Байкальского региона, ведет поиск и картирование их местонахождений, мониторинг популяций. Поддерживает банк семян (с контролем качества и регулярной оценкой их всхожести) и живую коллекцию (в том числе альпинарий для петрофитов), ведет реинтродукционные работы. Совместно с ИДСТУ СО РАН разрабатывается система мониторинга биоразнообразия Байкальской Сибири. Коллектив группы принимает активное участие в работах по ведению и составлению Красных книг разного уровня.