Лаборатория стрессоустойчивости растений

Заведующий лабораторией: кандидат биологических наук, Таранов Василий Васильевич
тел. (499) 977 09 38; факс (499) 977 09 47; e-mail: v.taranov1@gmail.com


Cотрудники:

Бабаков Алексей Владимирович — г.н.с., д.б.н., профессор
Леонова Татьяна Геннадиевна — к.б.н., в.н.с.
Насибов Шаиг Насир оглы — д.б.н.,в.н.с
Злобин Николай Евгеньевич — н.с.
Шамустакимова Анастасия Олеговна — м.н.с.
Гребенкина Наталья Александровна — м.н.с.

Основные направления исследований

1. Идентификация в растениях генов, с функционированием которых связана устойчивость растений к абиотическому и биотическому стрессам.
2. Создание генетического инструментария для трансформации культурных растений с целью повышения их стрессоустойчивости.
3. Исследовательская работа ведется в рамках программы «Живые системы», поддержана международными грантами и грантами РФФИ.

Основные научные достижения

Thellungiella salsuginea
На протяжении последних 4-х лет в лаборатории ведутся работы с растением Thellungiella salsuginea (halophila), которое выбрано мировым научным сообществом в качестве нового модельного растения благодаря схожести его генома с геномом Arabidopsis, но при этом проявляющим гораздо большую устойчивость к солевому и холодовому стрессам.
Изучение физиологических особенностей роста и развития in vitro изолированных побегов и суспензионной культуры (совместно с ИФР РАН) Thellungiella позволило установить, что это растение способно к адаптации к солевому стрессу на клеточном уровне и что надземная часть этого растения обладает собственными механизмами устойчивости. Кроме этого, показано, что Thellungiella salsuginea обладает уникальными механизмами адаптации к стрессовому воздействию, на что указывает быстрое повышение экспрессии идентифицированных в нашей лаборатории генов, чья функция связана с адаптивными процессами, в ответ на стрессовые воздействия.

Факторы транскрипции АBF и регуляторные белки 14-3-3
В Thellungiella идентифицированы четыре фактора транскрипции, принадлежащие к семейству ABF. Данные факторы транскрипции выполняют одну из ключевых функции в процессе передачи стрессорного сигнала при участии фитогормона абсцизовой кислоты. Установлено, что в С-концевой области ABF белков имеется последовательность RRTESGP, являющаяся классическим мотивом для взаимодействия с регуляторными белками 14-3-3. Белки 14-3-3 регулируют множество процессов в клетке и, в частности, активность других белков и передачу стрессорных сигналов. Используя метод дрожжевого двугибридного анализа показано, что в Thellungiella действительно имеет место специфичное взаимодействие между отдельными изоформами белков 14-3-3 и факторами транскрипции ABF. Это указывает на существование в Thellungiella пути регуляции активности факторов транскрипции ABF путем их фосфорилирования с последующим присоединением к ним белков 14-3-3. Отличия белков 14-3-3 растений Thellungiella могут служить фактором, обусловливающим возникновение уникальных белковых структур, играющих важную роль в регуляции процессов адаптации этого растения.

Белки с доменом холодового шока (CSDP)
CSDP были открыты в бактериях, где они проявляют РНК-шаперонную и антитерминаторную активности, способствуя адаптации бактерий к росту при пониженных температурах. CSDP участвуют в холодовой акклиматизации растений Arabidopsis thaliana. В лаборатории идентифицированы 4 гена, кодирующие CSDP растений Thellungiella salsuginea. Помимо домена холодового шока TsCSD белки также содержат в своем составе разное количество мотивов цинковых пальцев, разделенных между собой глицин богатыми участками. Показано, что в процессе холодового стресса меняется экспрессия всех 4-х генов с разной динамикой для каждого гена. Определена нуклеотидная последовательность промоторной области гена TsCSDP1. Сопоставление полученных в лаборатории данных с опубликованными для Arabidopsis thaliana показало, что повышенная устойчивость Thellungiella salsuginea к холодовому стрессу, по-видимому, определяется не особенностями структуры CSD белков, а в большей мере связана с регуляцией экспрессии их генов, обусловленной различиями в нуклеотидных последовательностях промоторных областей.

Нами показано, что перенос гена TsCSDP3 в растения Arabidopsis thaliana повышает их морозоустойчивость при закаливании на 3ºС. Полученный результат указывает на участие белка TsCSDP3 в адаптации растений к низким температурам и, следовательно, на перспективность его использования в биотехнологии сельскохозяйственных растений для повышения устойчивости к абиотическому стрессу.

Антигрибные пептиды растения Stellaria media
Пептиды с антигрибной активностью синтезируются всеми растениями и являются составной частью их защиты от фитопатогенов. Нашей лабораторией совместно с ИБХ РАН осуществлен поиск новых антигрибных пептидов в сорных растениях. В результате выделены новые антигрибные пептиды из щирицы (Amaranthus retroflexus L) ArAMP и мокрицы (Stellaria media) SmAMP1 и SmAMP2, относящиеся к семейству хевеин-подобных пептидов. Показано, что все эти пептиды проявляют высокую и специфичную антигрибную активность по отношению к следующим фитопатогенным грибам: Alternaria solani, A. consortiale, Botrytis cinerea, Helminthosporium sativum, Rhizoctonia solani, Fusarium culmorum, Fusarium oxysporum и Thielaviopsis basicola. При анализе аминокислотных и нуклеотидных последовательностей выяснилось, что в мокрице вначале синтезируются пропептиды с уникальной первичной структурой, которая, видимо, и дает определенные преимущества этому растению в борьбе с патогенными грибами. Кроме этого, было обнаружено также, что в мокрице существенно возрастает экспрессия генов антимикробных пептидов при грибном поражении.

Анализ идентифицированной последовательности промотора гена pro-SmAMP2 показал наличие специфических мотивов, характерных только для сильных растительных промоторов (Sawant et al., 1999). С помощью делеционного анализа была установлена минимальная длина последовательности промотора достаточная, чтобы обеспечивать высокий и конститутивный уровень экспрессии репортерного гена GUS в трансгенных растениях N. tabacum. Полученные нами результаты показывают, что активность GUS под контролем конститутивного промотора pro-SmAMP2 в трансгенных растениях была на порядок выше аналогичной величины в растениях с геном GUS под контролем стандартного промотора CaMV35S. Также в нашей лаборатории частично установлена последовательность промотора pro-SmAMP1, являющегося, исходя из анализа экспрессии контролируемого им гена, высокоиндуцибельным в ответ на действие патогенов. В настоящее время ведется работа по установлению минимальной последовательности данного промотора, достаточной для обеспечения функции регуляции транскрипции генов.

Основные публикации

Злобин Н. Е., Терновой В.В., Гребенкина Н.А., Таранов В. В. (2017) Сделать сложное проще: современный инструментарий для редактирования генома растений. Вавиловский журнал генетики и селекции (Journal of Genetics and Breeding), в печати.

Shamustakimova, A. O., Leonova, Т. G., Taranov, V. V., de Boer, A. H., & Babakov, A. V. (2017). Cold stress increases salt tolerance of the extremophytes Eutrema salsugineum (Thellungiella salsuginea) and Eutrema (Thellungiella) botschantzevii. Journal of Plant Physiology, 208, 128-138.

Zlobin, N., Evlakov, K., Alekseev, Y., Blagodatskikh, K., Babakov, A., & Taranov, V. (2016). High DNA melting activity of extremophyte Eutrema salsugineum cold shock domain proteins EsCSDP1 and EsCSDP3. Biochemistry and Biophysics Reports, 5, 502-508.

Ветчинкина, Е. М., Бабаков, А. В., & Комахин, Р. А. (2016). Структурно-функциональный анализ нового растительного промотора pro-SmAMP1 из Stellaria media. Физиология растений, 63(5), 1-11.

Ветчинкина Е.М., Комахина В.В., Высоцкий Д.А., Зайцев Д.В., Смирнов А.Н., Бабаков А.В., Комахин Р.А. (2016). Экспрессия растительного гена антимикробных пептидов pro-SmAMP2 повышает устойчивость трансгенных растений картофеля к возбудителям альтернариоза и фузариоза. Генетика, 52(9), 1055-1068.

Komakhin, R. A., Vysotskii, D. A., Shukurov, R. R., Voblikova, V. D., Komakhina, V. V., Strelnikova, S. R., ... & Babakov, A. V. (2016). Novel strong promoter of antimicrobial peptides gene pro-SmAMP2 from chickweed (Stellaria media). BMC biotechnology, 16(1), 43.

Овчинникова В.Н., Гончарова И.С., Харченко П.Н., Леонова Т.Г., Буряк А.К. (2016). Масс-спектрометрия с лазерной десорбцией/ионизацией для сравнительной оценки содержания гиперицина, псевдогиперицина и гиперфорина в культурном и дикорастущем Hypericum perforatum in vivo и in vitro. Химия растительного сырья, (3), 35-40.

Стрельникова С.Р., Вобликова В.Д., Шукуров Р.Р., Бабаков А.В., Комахин Р.А. (2014). Изучение нового растительного промотора гена proSmAMP2 из Stellaria media методом агробактериальной инфильтрации растений. Биотехнология, (3), 8-17.

Кононенко Н.В., Чикида Н.Н., Митрофанова О.П., , Поляков В.Ю., Леонова Т.Г. (2014). Использование метода цитофотометрии для определения солеустойчивости дикорастущих растений. Доклады РАСХН, (5), 13-16.

Овчинникова В.Н., Леонова Т.Г., Варламова Н.В., Харченко П.Н. (2014). Культивирование культурного (сорт Солнечный) и дикорастущего Hipericum perforatum L. in vitro. Вопросы биологической медицинской и фармацевтической химии, 4, 58-59.

Vysotskii, D. A., de Vries-van Leeuwen, I. J., Souer, E., Babakov, A. V., & de Boer, A. H. (2013). ABF transcription factors of Thellungiella salsuginea: Structure, expression profiles and interaction with 14-3-3 regulatory proteins. Plant signaling & behavior, 8(1), e22672.

Рыжова, Н. Н., Филюшин, М. А., Артемьева, А. М., Бердникова, М. В., Таранов, В. В., Бабаков, А. В., & Кочиева, Е. З. (2013). Идентификация и анализ нуклеотидного полиморфизма генов Brassica rapa (репа), кодирующих белки с доменом холодового шока (CSDP). Молекулярная биология, 47, 107-115.

Таранов В.В., Бердникова М.В., Злобин Н.Е., Бабаков А.В., (2013). Использование белков с доменом холодового шока в биотехнологии растений для повышения их морозоустойчивости. Доклады РАСХН, 3, 22-24.

Vysotskii, D. A., Kostina, M. B., Roslyakova, T., Leonova, T., Souer, E., Babakov, A. V., & de Boer, A. H. (2012). Sequence analysis and expression profiling of 14-3-3 genes from the extremophile Thelungiella salsuginea, ecotype Yakutsk. Russian Journal of Plant Physiology, 59(2), 255-265.

Shukurov, R. R., Voblikova, V. D., Nikonorova, A. K., Komakhin, R. A., Komakhina, V. V., Egorov, T. A., ... & Babakov, A. V. (2012). Transformation of tobacco and Arabidopsis plants with Stellaria media genes encoding novel hevein-like peptides increases their resistance to fungal pathogens. Transgenic research, 21(2), 313-325.

Lee, Y. P., Babakov, A., de Boer, B., Zuther, E., & Hincha, D. K. (2012). Comparison of freezing tolerance, compatible solutes and polyamines in geographically diverse collections of Thellungiella sp. and Arabidopsis thaliana accessions. BMC plant biology, 12(1), 131.

Таранов, В. В., Бердникова, М. В., Носов, А. В., Галкин, А. В., & Бабаков, А. В. (2010). Белки с доменом холодового шока в растении экстремофите Thellungiella salsuginea: структура генов и их дифференцированная экспрессия при холодовой адаптации. Молекулярная биология, 44(5), 889-897.

Шукуров Р.Р., Вобликова В.Д., Никонорова А.К., Егоров Ц.А., Гришин Е.В., Бабаков А.В. (2010) Повышение устойчивости растений Arabidopsis thaliana к фитопатогенным грибам, экспрессирующих гевеиноподобные пептиды из сорного растения Stellaria media. Доклады РАСХН, 4, 24-26.

Бабаков А.В., Мусолямов А.Х., Гришин Е.В., Егоров Ц.А., Василевский А.А., Никонорова А.К. Пептид, обладающий антифунгальной активностью. Патент на изобретение № 235580 (2009)

Никонорова А.К., Егоров Ц.А., Галкина Т.Г., Гришин Е.В., Бабаков А.В. (2009). Антигрибная активность фенольного гликозида вербаскозида, выделенного из семян подорожника. Микология и фитопатология, 43, 52-57 (2009).

Рогожин Е.А., Одинцова Т.И., Мусолямов А.Х., Смирнов А.Н., Бабаков А.В., Егоров Ц.А., Гришин Е.В. (2009) Выделение и характеристика нового липид-переносящего белка из зерновок ежовника обыкновенного (Echinochloa crusgalli). Прикладная биохимия и микробиология, 45, 403-409.

Рослякова Т.В., Лазарева Е.М., Кононенко Н.В., Бабаков А.В. (2009). Новая изоформа (HvNHX3) вакуолярного Na+/H+ -антипортера в ячмене: экспрессия и иммунолокализация. Биохимия, 74, 675-684.

Leonova, T., Ovchinnykova, V., Souer, E., de Boer, A., Kharchenko, P., & Babakov, A. (2009). Isolated Thellungiella shoots do not require roots to survive NaCl and Na2SO4 salt stresses. Plant signaling & behavior, 4(11), 1059-1062.

Ершов П.В., Васекина А.В.,. Вобликова В.Д, Таранов В.В., Рослякова Т.В., Бабаков А.В. (2007). Идентификация гомолога К+/Н+ - антипортера в ячмене: экспрессия в сортах, отличающихся по устойчивости к NaCl. Физиология растений, 54, 22-30.

Научно-техническое сотрудничество

Лаборатория ведет совместную работу со Свободным университетом, Амстердам, с лабораторией белка и нуклеиновых кислот Института молекулярной биологии и биохимии им. М.М. Айтхожина" РГП «Центр биологических исследований» Комитета Науки Министерство образования и науки Республики Казахстан, с Институтом физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН и Институтом биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Партнеры


























События