Повышение устойчивости зерновых культур к абиотическим

Повышение устойчивости зерновых культур к абиотическим факторам с помощью
молекулярных методов
Д.б.н., профессор Кенжебаева С.С.


Ведутся работы по созданию генетической основы для создания гермоплазмы
пшеницы и кукурузы с высокой продуктивностью и качеством, устойчивостью к
засухе и засолению, улучшению характеристики качества зерна и индустриальных
показателей зерновых культур, использованию молекулярных маркеров и методов
обратной
генетики
для
манипулирования
генов,
сопряженных
с
засухоустойчивостью и повышением качества, повышению генетической основы
для создания гермоплазмы с высокой продуктивностью и устойчивостью к
абиотическим стрессорам (засуха, засоление). Семена районированных в
Казахстане сортов были облучены различными дозами радиации и высеяны на
полях для получения новых мутантных линий пшеницы и кукурузы с ценными
признаками (Кенжебаева С.С., Атабаева С.С., Шоинбекова С.С., Асрандина С.Ш.).
Работы ведутся в рамках международных проектов МАГАТЭ (International Atomic
Energy Agency) «IAEA European Regional Technical Cooperation Project RER/5/013
"Evaluation of South-Eastern Europe Natural and Mutant Genetic Diversity in Cereals by
Nuclear and Molecular Techniques». «IAEA European Regional Technical Cooperation
Project RER/5/013 "Evaluation of South-Eastern Europe Natural and Mutant Genetic
Diversity in Cereals by Nuclear and Molecular Techniques». Участники проекта
проходят стажировку в ведущих Университетах Европы (Кенжебаева С.С. Department of Nuclear Scinces and Applications, Seibersdorf Laboratories, Agriculture
and Biotechnology Laboratory, Soil Science Unit (Австрия) (15 апреля - 15 июля
2007); Атабаева С.Д. - «Regional Training Course on PCR-Based Molecular Marker
Systems» (30 июня - 12 июля 2008 г.). в г. Катовице (Польша)).
Биохимические свойства активного ила в процессах биоремедиации.
Д.б.н., профессор Карпенюк Т.А., к.б.н. Гончарова А.В.
Изучается
биоремедиационная
способность активного ила
биологических
очистных
сооружений,
влияние
различных
факторов
на
эффективность биоремедиации
для
отработки
комбинированной технологии,
сочетающей
в
себе
возможности физических и
биологических подходов к
очистке воды от различных
загрязнений.
Проводится
разработка
быстрых и надежных методов
контроля
за
функционированием очистных
сооружений
и
состоянием
водных
экосистем,
разрабатываются
ферментативные
экспрессметоды
контроля
за
микробиологическим звеном.
Подобраны
условия
для
интенсификации
процессов
деградации компонентов нефти
и
дизельного
топлива,
утилизации
фосфорорганических
соединений микроорганизмами
активного ила. Полученные
результаты
могут
быть
использованы для разработки
комбинированной
радиобиологической
технологии очистки сточных
вод, повышения активности
коммерческих препаратов на
основе
консорциумов
углеводород
окисляющих
микроорганизмов,
создания
биопрепаратов для очистки
сточных вод и загрязненных
территорий на основе массовых
видов
микроорганизмов
активного ила.
ОССОБЕННОСТИ
ДЕЙСТВИЯ
ТЯЖЕЛЫХ
МЕТАЛЛОВ
НА
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАСТЕНИЙ.
ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВ
Д.б.н., проф. Атабаева С.Д.
Работы проводятся на базе Института биологии и биотехнологии растений Национального
центра по биотехнологии РК совместно с сотрудниками лаборатории физиологии и
биохимии
растений
Проведено
комплексное
исследование
особенностей
фитотоксического действия тяжелых металлов и ответных адаптивных реакций на
организменном и клеточном уровне, установлены физиологические и биохимические
особенности действия тяжелых металлов, закономерности, которые способствуют
выявлению механизмов устойчивости растений, разработаны теоретические положения и
практические рекомендации, обобщающие результаты исследований токсического
действия тяжелых металлов на растения. Предложены методологические подходы к
разработке технологии фиторемедиации почв с использованием дикорастущих видов
растений флоры Казахстана. Результаты работы являются также итогом сотрудничества с
учеными из Battele Pacific Northwest National Laboratory (США), Agriculture and
Environment Division IACR-Rothamsted и University of Wales (Англия), Institute of Soil
Science (Австрия) в рамках международных исследовательских программ IPP (№ 325702A-F), ISTC (K-487), INTAS (№203). Проводятся работы по оптимизации процессов
фиторемедиации загрязненных тяжелыми металлами почв с использованием
синтетических хелаторов и гуминовых кислот для повышения фитоэкстракции металлов
из почвы. Результатом исследований является получение Инновационного патента
№19911 от 28.05.08. «Способ очистки загрязненных металлами почв с помощью
растений» (Атабаева С.Д.).
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ И РЕГУЛЯЦИИ ФЕРМЕНТОВ
ПРОСТАГЛАНДИНСИНТАЗНОЙ СИСТЕМЫ ЖИВОТНЫХ
Д.б.н., профессор Шоинбекова С.А.
На основе побочных продуктов промышленности (виниловый эфир моноэтаноламина,
аллиламин) синтезированы новые высокомолекулярные соединения с ионогенными и
редокс-активными группами различного назначения (высокоэффективные сорбенты,
редокс-агенты, катализаторы и т.д.), а также проводится работа по модификации
природных полимеров с целью использования их в качестве матриц и темплантов для
препаратов медицинского и сельскохозяйственного назначения (Шоинбекова С.А.).
Исследование состава и структуры полимеров, показало, что они проявляют высокие
сорбционные, окислительно-восстановительные и ионообменные свойства и могут
эффективно использоваться для решения проблем гидрометаллургии, химии, экологии.
Кроме того, отсутствие токсичности полимеров, биологическая совместимость и
возможность иммобилизации фармацевтических препаратов на полимерные матрицы
позволит широко использовать их в медицинских целях.
РАЗРАБОТКА НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ ДЛЯ ВЕРБЛЮЖЬЕГО МОЛОКА
И ДРУГИХ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ.
РhD, доцент Конуспаева Г.
Ведутся
исследования
в
области биохимии молока,
национальных
молочных
продуктов Изучается физикохимический состав молока и
кисломолочных
продуктов,
определяются антропогенные
загрязнители
в
пищевых
продуктах.
Исследуются
сывороточные и казеиновые
белки молока, выделяются
ферменты
молока
и
определяется их активность.
Выделяются
и
идентифицируются
липиды
молока. Определяется влияние
внешних факторов на состав
молока. Эти исследования
используются для обновления и
разработки
нормативных
документов, республиканских
стандартов
национальных
молочных продуктов, создания
новых продуктов на базе
верблюжьего
молока.
Полученные
результаты
способствуют
совершенствованию здорового
питания,
разработке
и
созданию новых диететических
препаратов,
биологически
активных добавок.
Биоремедиация почв, загрязненных почв использованием БИОГУМУСА, растенийаккумуляторов и галофитов.
К.б.н., доцент Богуспаев К.К.
Изучено действие биогумуса и
его компонентов на процессы
детоксикации
НДМГ
в
опытных
образцах
загрязненных почв. Выявлены
почвенные нитрифицирующие
микроорганизмы,
которые
способны
утилизировать
1.1.диметилгидразин, изучены
биохимические
механизмы
процесса детоксикации НДМГ
с
участием
ферментов
азотфиксации
(нитратредуктаза,
нитритредуктаза). Разработаны
способы биоремедиации почв,
загрязненных
НДМГ
и
восстановление
почвенной
биоты
с
использованием
биогумуса,
биологически
активных
препаратов,
полученных из биогумуса и
растений-аккумуляторов
тяжелых металлов (Amaranthus
paniculatus). Установлено, что
количество связанных ионов
ТМ гуминовыми кислотами
зависит
от
количества
карбоксильных
групп.
Показано, что при воздействии
ЭДТА уровень накопления
тяжелых металлов растениями
возрастает примерно в два раза.
Разработаны способы трансформации подсолнечника (H.annuus) с высокой
экспрессией гена глутатион-трансферазы (GST). Созданные трансгенные растения
подсолнечника,
экспрессирующие
гетерологичный ген GST,
должны стать
инструментом в технологиях очистки загрязненных почв.
Полученные новые
трансгенные подсолнечника, наряду с нативными в будущем будут использованы в
технологии очистки загрязненных почв ТМ и радионуклидами. Установлено, что
галофиты способны накапливать в вегетативных органах вразных количествах цинк,
кадмий и свинец на засоленных почвах. Glomus, Gigaspora. Показано усиленное
действие арбускулярной микоризы на рост и поглощающую способность тяжелых
металлов галофитом Aeluropus litoralis при засолении. Микоризация усиливала темпы
роста и размеры листьев. На основании полученных результатов разработан способ
повышения аккумулирующей способности растений с применением разработанной нами
методики предварительной обработки семян (прайминг) и микоризации растений
галофитов.
Подготовлен лабораторный регламент по
технологии фитоэкстракции
тяжелых
металлов (Zn, Cd) из засоленных почв с
использованием галофитов (A.litoralis) и
микоризных грибов.
Подобные исследования впервые
проведены в Республике Казахстан и в
пределах СНГ. Аналогичные работы
проводятся
в США, Германии и
Австрии.
Разработка технологии получения
использования в гибридной селекции.
солеустойчивых
линий
кукурузы
для
К.б.н., доцент Богуспаев К.К.
В результате проведенных исследований разработан быстрый способ определения
признака цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) у самоопыленных линий
кукурузы с использованием метода ПЦР-анализа со случайными и специфическими
праймерами. Три пары праймеров специфичных для T-, C-, и S-типов ЦМС были
подобраны по последовательностям мтДНК, опубликованным GenBank. Синтез
последовательностей был осуществлен фирмой «SIGMA», Израиль.
Разработана технология и лабораторный регламент получения солеустойчивых линий
кукурузы с использованием предварительной обработки семян (прайминг) биологически
активными препаратами из биогумуса (5% и 10 % биокомпост) и препарат «Гумистар».
Выявлены биохимические маркеры солеустойчивости линий кукурузы как на уровне
первичной адаптации (концентрация пролина в корнях и листьях проростков) так и на
последующих этапах развития растений. Как метаболический маркер формирования
долгосрочной солеустойчивости растений нами использовано изменение активности
супероксиддисмутазы (СОД) при действии засоления (0,1М NaCL) и после прайминга
семян 0,5% вытяжкой биогумуса.
Разработка технологии экспрессии генов целлюлолитических ферментов для
получения ферментов переработки целлюлозного сырья, используемого в
производстве биоэтанола.
К.б.н., доцент Богуспаев К.К.
Проведен расчет олигонуклеотидных праймеров для амплификации кДНК гена cel7A на
матрице соответствующей мРНК с применение реакции обратной транскрипции (РОТ) и
полимеразной цепной реакции (ПЦР). проведен расчет и осуществлен синтез полного
кДНК-гена cel7A, в составе плазмиды pBluescriptSK. Нами проведена генетическая
трансформация данной плазмидой бактериальных клеток Escherichia coli штамма BL21 и,
таким образом осуществлено клонирование кДНК гена cel7A из L. edodes. В настоящее
время проводится переклонирование гена cel7A по сайтам рестриктаз NcoI и XmaI под
контроль трансляционных энхансеров с целью увеличения уровня синтеза целевого белка
как в клетках бактерий, так и в бесклеточной .
Создание новых продуктивных и устойчивых к стрессам сортов пшеницы с
использованием физиолого-генетических и биотехнологических методов
Доцент, к.б.н. С.К.Турашева
Работы проводятся на базе Института биологии и биотехнологии растений Национального
центра по биотехнологии РК совместно с сотрудниками лаборатории физиологии и
биохимии растений. Выявлены донорные гибридные линии мягкой пшеницы
отечественной селекции, обладающие высокой морфогенетической и регенерационной
способностью. На основе применения селективных сред были отобраны клеточные линии
и растения-регенеранты, проявляющие стабильную устойчивость к засухе как на
клеточном, так и на организменном уровне. Были получены дигаплоидные линии мягкой
пшеницы, несущие адаптивные маркерные признаки, коррелирующие с адаптивностью
(устойчивостью) к абиотическим стрессам. Дигаплоидные линии, полученные на основе
гаплоидной технологии вовлечены в дальнейшие селекционные исследования для
изучения устойчивости к биотическим факторам в различных экологических зонах.
Особенности ассоциативного симбиоза водорослей для получения средств защиты и
стимуляторов роста растений
К.б.н., доцент Джокебаева С.А.
Проводятся
научноисследовательские работы в
области
фототрофного
управляемого
биосинтеза,
предусматривающего
использование
фотосинтеза
водорослей в промышленном
производстве
различных
высокоценных
веществ
Микроводоросли в зависимости
от
типа
биотических
взаимоотношений
в
ассоциациях
синтезируют
вещества
различной
химической природы. Изучено
влияние
биологически
активных
веществ
мутуалистических дикультур
водорослей
на
ростовые
процессы растений. Получены
фитопрепараты для стимуляции
роста,
повышения
продуктивности
и защиты
сельскохозяйственных
растений.
Разрабатывается
препарат
для
повышения
резистентности организма к
неблагоприятным
факторам
окружающей среды. Создана
коллекция
живых
культур
водорослей, которая постоянно
пополняется.
Изучаются
физиолого-биохимические
аспекты
ассоциативного
симбиоза
водорослей
и
растений.
Разработка биотехнологии ускоренного размножения дефицитных лекарственных
растений (Stevia rebaudiana Bertoni)
К.б.н., доцент кафедры С.Ш.Асрандина
На основе проведенного комплексного изучения процесса регенерации установлено, что
каллусогенез и органогенез различных эксплантов зависит от эндогенных и экзогенных
факторов. На основании гистологического анализа процессов дифференцировки и
органогенеза в культуре стевии in vitro выявлены закономерности формирования
каллусных тканей различных эксплантов. Процесс морфогенеза в каллусных тканях
осуществляется двумя путями. В результате геммогенеза на поверхности каллуса
образуются дифференцированные стеблевые зачатки, из которых произрастают стебли. В
процессе эмбриоидогенеза формируются соматические зародыши, из которых
произрастают растения. Выявлена возможность повышения коэффициента размножения
стевии в культуре апикальных меристем и пазушных почек в условиях in vitro. Индукция
процесса регенерации из апикальных меристем позволяет получать из одной апикальной
меристемы за 45-60 дней более 1200-1400 растений регенерантов, готовых для высадки в
открытый грунт. Введение 0,1 мг/л НУК в агаризованную среду ½ МС в наибольшей мере
стимулировало процесс корнеобразования у микрочеренков стевии. Индукция процесса
регенерации из пазушных почек позволяет получить за 2 пассажа около 400 растений.
Установлено, что неморфогенные каллусы, образовавшиеся из листовых и стеблевых
эксплантов, не способны синтезировать стевиозид. Дифференциация клеток с
образованием стеблей (геммогенез) на каллусах индуцировала синтез стевиозида.
Очевидно, синтез стевиозида осуществляется в специализированных клетках,
возникающих в процессе геммогенеза в культуре каллусных тканей.
Разработан регламент микроклонального размножения стевии. Предложен способ
клонального размножения стевии in vitro, позволяющий получить из одной апикальной
меристемы за 45-60 дней 1300-1400 растений - регенерантов. Путём индукции пазушных
почек за 60-65 дней можно получить около 400 растений. Разработан эффективный
способ адаптации регенерантов для пересадки при посадке в открытый грунт.