Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологийНИР

Ecophysiology, cytology and genetics of fungi as the basis of rational nature management and biotechnologies

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий
Результаты этапа: Работы по теме «Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий» имеют фундаментальное и прикладное значение. Проведен посев выделение в чистую культуру грибов из новых и собранных ранее образцов почв побережья содовых озер Кулундинской степи и гиперсоленых озер Калмыкии. Ведется получение моноспоровых изолятов и их идентификация. Исследованы особенности экофизиологии и таксономический статус представителей аскомицетов из порядка Sordariales (Sordariomycetes), характерный обитателей щелочных местообитаний. Выявлены особенности динамики растворимых углеводов цитозоля и мембранных липидов у ксерофильного гриба Aspergillus penicillioides на средах с низкой активностью воды, которую достигали добавлением 4 М глицерина и 2 М NaCl. На обеих средах с низкой активностью воды установлено доминирование глицерина среди осмолитов и преобладание фосфатидных кислот в составе мембранных липидов. Исследован спектр антимикробной активности у алкалофильных штаммов Sodiomyces alkalinus. Обобщены литературные данные о пептаиболах (описанных с 2010 г.) с противоопухолевой и антифунгальной активностями. Изучен комплекс антимикробных пептидов (эмерициллипсины (А-Е)) из алкалофильного гриба Emericellopsis alkalina VKPM F1428. Описана их полная первичная структура и биологическая активность. Продолжено изучение микобиоты Арктических морей России, определен состав углеводородокисляющих грибов литорали Белого и Баренцева морей. Найдено 3 штамма микромицетов, которые были выделены из донных грунтов Белого моря, обладающих высокой антираковой активностью к широкому набору тест-клеток. Получены первые данные о видовом богатстве грибов в донных грунтах Байкала. Методами выделения на питательные среды и метагеномного подхода в образцах, отобранных на глубинах от 9 до 1200 м, обнаружено 286 видов грибов, принадлежащих к 178 родам, 55 порядкам, 22 классам и 6 отделам. Из них большинство (206 видов) было выявлено с использованием метагеномного анализа. Всего 13 видов установлено как одним, так и другим подходом, т.е. их одновременное применение существенно меняет оценку видового разнообразия грибов в грунтах. Численность грибов в донных грунтах Байкала варьировала в среднем от 100 до 300 КОЕ/г вне зависимости от глубины отбора. Обоими подходами установлены значительные различия в таксономической структуре и видовом составе грибов в зависимости от глубины отбора донных грунтов. Оно выражалось в снижении видового разнообразия, упрощении таксономической структуры и нарастании в сообществе видов, характерных для водных экосистем, дрожжевых грибов. Обнаружено 32 штамма 21 вида, которые обладают антимикробной и/или антибактериальной активностями, 15 из них проявляют высокую активность, и представляют перспективные культуры для дальнейшего изучения. Выявлена микобиота пищеварительного тракта дождевых червей Eisenia fetida и Dendrobena veneta, что важно для разработки способов ускорения вермикомпостирования и получения вермикомпоста с комплексом полезных свойств для выращивания растений. Выявлено 66 видов в кишечнике E. fetida и 15 - у D. Veneta. Среди культивируемых грибов в кишечниках червей доминируют Fusarium oxysporum, Mucor circinelloides, Fusarium verticillioides, Rhodotorula mucilaginosa, Didymella glomerata, Trichoderma spp., другие аско- и базидиомицетные дрожжи. Метагеномный подход позволил выделить ряд тех же видов, но и довольно значительную долю тех, которые не были изолированы на питательные среды. Заметное количество было и неидентифицированных таксонов. Доминирующие ОТЕ были представлены видами родов Fusarium, Mucor, Dipodascus, Rhodotorula, Didymella, Phialophora, Mallazezia. Оба подхода свидетельствует, что в составе грибов, способных длительно обитать в пищеварительном тракте доминируют дрожжевые виды и грибы, для которых характерен мицелиально-дрожжевой диморфизм и адаптированность к анаэробным условиям. Применение штамма Trichoderma viride стимулирует рост и репродукционную активность дождевых червей E. fetida, что повышает эффективность вермикомпостирования органических отходов. Этот штамм идентифицирован, нуклеотидная последовательность депонирована в Генбанке, штамм депонирован для целей патентования в Всероссийскую Коллекцию Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) под номером ВКПМ F-1525 и получен патента РФ №2750957. Получаемый биопрепарат повышает устойчивость к корневым грибных патогенам растений и ускоряет их рост. Коллекция съедобных и биотехнологически значимых базидиальных грибов СБГ-МГУ была пополнена 15 новыми штаммами трутовых грибов, проведена их молекулярная идентификация. Исследована биологическая активность штаммов ганодерм – антиоксидантная, противоопухолевая, антибиотическая. Проведён первый этап эксперимента по оптимизации долгосрочного хранения чистых культур макромицетов Agaricus bisporus, Auricularia auricula-judae, Flammulina velutipes и Pleurotus ostreatus. Идентифицирован аскомицет Eurotium cristatum, выделенный из брикета китайского чая Фуцзянь, являющийся основным агентом ферментации листьев чайного куста и образования постферментированного чая. Получены новые сведения о разнообразии и эволюции геномов дрожжей родов Kluyveromyces и Saccharomyces. Для дрожжей рода Kluyveromyces проведено хромосомное картирование генов ферментации лактозы и молекулярно-генетический анализ генов β-галактозидаз и пермеазы лактозы. У сахаромицетных дрожжей и гибридов Saccharomyces изучен полиморфизм генов пектиназ. Полностью завершена разработка метода сухого иммунного дот блоттинга, с помощью которого установлен ряд закономерностей накопления маркеров старения и окислительного стресса у мицелиальных грибов, включая биолюминесцентных видов. В определенных случаях грибы очищают свои клетки от маркерных молекул (карбонилированных белков) в ответ на оксидативное воздействие. Описан новый для грибов физиологический процесс – макровезикулярный эндоцитоз, в корне меняющий важные положения в физиологии, питании и клеточной организации мицелиальных грибов. Исследованы особенности физиологии и метаболизма светящихся и несветящихся ксилотрофных грибов. По типу ответа на окислительный стресс светящиеся грибы не отличались от несветящихся: происходило ингибирование роста при 50 мМ перекиси водорода и небольшое ингибирование роста при 5 мМ как у светящихся, так и у несветящихся штаммов. При воздействии перекиси водорода не отмечали накопления карбонилированных белков у светящихся и несветящиеся ксилотрофов. При сравнении двух штаммов (обладающего и не обладающего свечением) одного вида разницы обнаружено не было. Гипотеза о том, что светящиеся грибы более устойчивы к окислительному стрессу, по сравнению с несветящимися ксилотрофами по изменения содержания карбонилированных белков не была подтверждена. Такое возможно благодаря тому, что у ксилотрофных грибов, обитающих в постоянных жестких оксидативных условиях защитные клеточные системы настолько активны и развиты, что дополнительная защита за счет способности к свечению не требуется. При этом грибы поддерживают свечение при высокой концентрации перекиси водорода в среде, но, усиления люминесценции при увеличении стрессовой нагрузки не происходит. Можно предположить, что свечение не является частью защитных систем, но поддерживается грибом, что указывает на некую функциональную его значимость. На основании анализа ультраструктуры клеток с использованием модифицированной методики химической фиксации сделано предположение, что макроинвагинации цитоплазматической мембраны являются местом локализации биолюминесцентной системы у грибов. Достоверное увеличение числа внутриклеточных мембранных структур (в том числе инвагинаций цитоплазматической мембраны) у биолюминесцентных видов грибов нами было показано ранее. Подобные макроинвагинации имеют, видимо, полифункциональную значимость для жизнедеятельности грибов - принимают участие в поглощении веществ клеткой и свечении. Продолжается эксперимент с 8-мью мицелиальными линиями Podospora anserinа, которые поддерживаются в состоянии непрерывного роста за счет периодических серийных пассажей в жидкую питательную среду. К настоящему моменту продолжительность сохранения жизнеспособности и роста гриба составила девять с половиной лет. Дана оценка грибостойкости разрабатываемых рядом предприятий изделий – резин, кабеля, геополотна и губки, изготовленной на основе природного материала (плодов Люфы), для мытья посуды. Рекомендуемыми методами ГОСТа показано, что резины и губка без введения биоцидных средств оказались не грибостойки.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий
Результаты этапа: Значительно расширена география поиска экстремофильных грибов и штаммов съедобных и биотехнологически ценных видов, исследования особенностей их экофизиологии, механизмов адаптации и синтеза антибиотических веществ. Проведено выделение в чистую культуру грибов из новых и собранных ранее образцов почв побережья содовых озер Кулундинской степи и гиперсоленых озер Калмыкии, донных грунтов Байкала, горячих источников и грунтовых вод. Исследованы особенности экофизиологии и таксономический статус представителей аскомицетов из рода Emericellopsis (Hypocreales, Sordariomycetes). Новые штаммы вошли в состав трех экологических групп по адаптированности к щелочным условиям среды. Обобщены данные, полученные на основе культурального метода и метагеномного подхода, о таксномической структуре и численности колониеобразующих грибов различных видов в грунтах прибрежной зоны озера Байкал (с глубин от 9 до 178 м). Методом посева и анализа ITS2 участка рДНК в грунтах выявлено 77 и 147 видов грибов, соответственно. Всего 8 видов установлено обоими подходами. Обнаружены виды грибов, которые в донных грунтах озер до этого момента не встречали, а также нуклеотидные последовательности неизвестных грибов. На основании данных о представленности разных видов в посевах и при метагеномном анализе, способности штаммов расти на органических субстратах в грунтах и сведений об их физиологических свойствах установлено около 20 видов аско- и базидиомицетов, которые могут функционировать в донных грунтах Байкала. Подведены итоги исследований по характеристике динамики микобиоты при компостировании коровьего навоза и соломы пшеницы с применением ДНК баркодинга и культуральным методом. Они выражаются в существенном увеличении представленности базидиомицетов в компосте, способных к трансформации лигнина, органических веществ навоза и снижении доли доминирующих в исходных субстратах обильно спороносящих, «сахарных» и целлюлозолитических аскомицетов. Значимые перестройки произошли в составе копрофильных, эпифитных и фитопатогенных грибов. Выявленв токсинообразующие, аллергенные и термофильные виды, представляющие опасность для здоровья человека, рассмотрена возможность оценки готовности компоста в качестве биоудобрения с учетом данных по микобиоте. Изучен комплекс антимикробных пептидов (эмерициллипсины (А-Е) у 38 изолятов грибов рода Emericellopsis из щелочных и засоленных почв. Показано, что оно значительно варьирует у разных видов и изолятов Emericellopsis. Проведены выделение, очистка и первичная характеристика нового соединения гидрофобина у алкалофильного гриба Sodiomyces alkalinus. Гидрофобин, Sa-HFB1, показал высокую антифунгальную активность, сравнимую с используемым в медицине антимикотиком амфотерицином В. Продолжен первичный скрининг штаммов, выделенных из грунтов озера Байкал, на наличие антибиотической активности. Коллекция чистых культур макромицетов, перспективных съедобных видов и для медицинских и экологических биотехнологий, пополнена 20 штаммами, которые относятся к 17 видам. Наилучшими носителями для криохранения базидиомицетов были вспененном перлите и криохранение на зерне пшеницы. Показано, что определенные чистые культуры макромицетов возможно хранить в лиофилизированном состоянии ( Flammulina rossica и Pleurotus ostreatus). Природные дрожжи K. lactis var. drosophilarum, которые не способны сбраживать лактозу, образуют три генетически изолированные популяции: “krassilnikovii”, “drosophilarum” и “phaseolosporus”. Культурные молочные дрожжи K. lactis var. lactis образуют отдельную кладу на филогенетическом дереве. При формировании макроинвагинации у ксилотрофных базидиомицетов проходят стадию трубки или ламеллы и их тип определяется толщиной формирующей трубки. В микроскопических препаратах происходит постепенная реорганизация актинового цитоскелета и потеря им контроля над натяжением плазматической мембраны. Проведен эксперимент по адаптации Podospora anserina к разложению и усвоению глютена. Четыре независимых линии гриба в течение месяца культивировали на качалке в 100 мл жидкой среды с глютеном, с 4 единовременными пересевами в свежую среду. Уже за такое непродолжительное время были отмечены видимые изменения мицелия – он стал более обильным и менее плотным, что, возможно, свидетельствует о стрессе, который испытал гриб при переходе на глютен в качестве единственного источника питания. По последним наблюдениям стресс, видимо, постепенно преодолевается P. anserina, причем во всех повторностях. Разработанное новое геополотно и кабель с биоцидным покрытием для улучшения хранения были устойчивы к поражению грибами, в отличие от таковых без фунгицидных добавок. Метаболомный профиль Lecanacilium gracile, который способен колонизировать известковую штукатурку и белый камень (известняк) и мрамор, характеризовался накоплением в мицелии моносахаридов и полиолов, синтезирует экстраклеточные полимерные соединения и изменяет рН среды в щелочную область.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий
Результаты этапа: В 2023 г. значительно расширено изучение грибов экстремальных мест обитания, в особенности микромицетов и макромицетов-ксилотрофов, исследование особенностей их строения, экофизиологии, механизмов адаптации и синтеза антибиотических веществ, роли в переработке органических отходов. Завершена экспериментальная работа и обобщены данные о щелочеустойчивых грибах в субстратах береговой зоны засоленных озер юга Забайкальского края на территории биосферного заповедника «Даурский» (озера Зун-Торей, Хангей). Выявлены изменения структуры сообщества щелочеустойчивых аскомицетов в зависимости от локальных условий. Проведен анализ данных о галоалкалотолерантных грибах в прибрежных грунтах соленого горного озера Большой Тамбукан (Северный Кавказ, Россия). Проведенное исследование впервые показывает присутствие полиэкстремотолерантных грибов в различных субстратах озера Тамбукан. Микобиота донных отложений озера включает культивируемые соле- и щелочеустойчивые мицелиальные грибы, которые можно считать важным связующим звеном между деструкторами и участниками начальных этапов формирования лечебных грязей. Обобщены данные, полученные на основе двух принципиально отличных подходов - культурального и метагеномного, о таксномической структуре и видовом разнообразии грибов различных видов в грунтах озера Байкал (до глубин 1200 м). Данные по грунтам прибрежной зоны опубликованы. На основании данных о представленности разных видов в посевах и при метагеномном анализе, способности штаммов расти на органических субстратах в грунтах и сведений об их физиологических свойствах установлено около 15 видов аско- и базидиомицетов, которые могут функционировать в глубоководных грунтах Байкала. Подготовлен и опубликации материал по динамике микобиоты при компостировании коровьего навоза и соломы, полученные пшеницы с применением ДНК баркодинга и культуральным методом. Применение ДНК-баркодинга позволило обнаружить в субстратах грибы отделов Ascomycota, Basidiomycota, Mortierellomycota, Chytridiomycota, Rozellomycota, Aphelidiomycota, культуральным методом (посевом) только - Ascomycota, Basidiomycota, Mucoromycota. Все порядки, установленные посевом, за исключением Saccharomycetales в Ascomycota и Mucorales в Mucoromycota, были обнаружены и с помощью ДНК-баркодинга, но последним и многие другие. Совпадение видов, выявленных обоими методами, было единичным. ДНК-баркодинг в сравнении с посевом на среды позволил полнее выявить изменения таксономической и эколого-трофической структуры грибного сообщества при компостировании навоза и соломы. В структуре грибного сообщества при трансформации органических отходов червями Eisenia fetida. ДНК-баркодингом в субстратах и вермикомпосте идентифицировано значительно большее число грибов, чем методом посева. Представители почти всех порядков, которые были выявлены методом посева (Eurotiales, Hypocreales, Pleosporales, Dothideales, Saccharomycetales, Mucorales, Filobasidiales), обнаружены и с помощью метабаркодинга. ДНК-баркодингом обнаружены, кроме того, грибы отделов Mortierellomycota, Chytridiomycota, Glomeromycota, Basidiobolomycota, Rozellomycota, Aphelidiomycota. Установлено, что численность грибов Горячинского термального источника (Бурятия) варьировала в диапазоне от нескольких единиц до сотни КОЕ в 1 г. Посевами выделено и идентифицировано до вида 15 и 2 морфотина до рода из 34 морфотипов. Это были термофильные и термотолерантные виды. Методом высокопроизводительного секвенирования ITS2 участка рДНК в грунтах источника выявлено на порядок большее разнообразие грибов, 149 видов 132 родов, а всего обоими подходами обнаружено 160 видов. Число идентифицированных операционно-таксономических едициц (ОТЕ) до вида составило 64.4 %. Продолжен поиск и изучение антимикробных пептидов на основе коллекции изолятов грибов-экстремофилов - комплекса антимикробных пептидов (эмерициллипсины (А-Е), ЭмиА-Е) у грибов рода Emericellopsis. Первичный скрининг штаммов, выделенных из грунтов озера Байкала и горячих источников с высокой антибиотической активностью. Проверено 182 штамма, 37 из них проявляют хорошую активность, и представляют перспективные культуры для дальнейшего изучения в жидких средах. Коллекция съедобных и биотехнологически значимых базидиальных грибов СБГ-МГУ была пополнена 16 новыми штаммами Ganoderma applanatum, собранных на территории Москвы и Московской области. Штаммы идентифицированы и охарактеризованы по половой совместимости и вегетативной несовместимости. С помощью молекулярных методов и полифазного анализа показана гетерогенность вида Saccharomyces bayanus, обнаружена дивергентная популяция этих дрожжей в Новой Зеландии и Австралии. Сравнение природные изоляты микоризы орхидных (Ceratobasidium spp ) и родственных им изолятов патогенов картофеля (Rhizoctonia solani – анаморфы Thanatephorus cucumeris и Ceratobasidium sp.) показало, что двуядерный мицелий характерен для телеоморфы Ceratobasidium spp., т.е. данный признак не коррелирует со способом питания этих грибов. У ксилотрофных базидиомицетов и некоторых других эколого-трофических групп базидиальных грибов хорошо развиты четыре тубулярно-ламеллярные мембранные внутриклеточные системы. Если исключить сверхдлинные митохондрии, то данные системы универсальны для всех мицелиальных грибов. Механизм быстрого сжатия/расширения гиф, сопровождающийся динамичным формированием/расформированием макроинвагинаций ПМ, видимо, имеет универсальный характер среди грибов. Комплексное изучение изменений непрерывно растущего гриба Podospora anserinа продолжается 11 лет и 6 месяцев (пассаж № 664). Завершен анализ NGS-данных, которые были нами получены из предшествующих временных точек многолетнего эксперимента. В краткосрочном адаптивном эксперименте с Podospora anserina оценивали способность гриба адаптироваться к новому источнику азота по изменению скорости роста мицелия и/или активности секретируемых протеолитических ферментов. Установлено, что пролиниминопептидазная активность в культуральной жидкости P. anserina обусловлена секрецией внеклеточных лейцинаминопептидаз, последовательности которых обнаружены в опубликованном референсном геноме гриба в количестве 6 копий. Рекомендуемыми методами ГОСТа определена грибостойкость изделий и материалов, разрабатываемых рядом предприятий.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий
Результаты этапа:
6 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий
Результаты этапа:
7 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".