Программно-технологический комплекс «Биотрон»

Создан с целью исследования и сохранения генофонда уникальных видов растений

В области биотехнологий (технологий для жизни) Никитский ботанический сад работает уже 40 лет, проводя исследования на цветочно-декоративных, плодовых и эфиромасличных растениях.  Всё начиналось с лаборатории, которая в 1986 г. переросла в отдел, и все эти годы учёные Сада успешно вели работу по сохранению растений, их селекции, восстановлению утраченных видов и интродукции, высоко неся марку НБС-ННЦ как ведущего научного учреждения и кузницы кадров в области биотехнологии и вирусологии растений. Ими разработаны десятки технологий и патентов.

Создав в рамках гранта Российского научного фонда биотехнологический комплекс «Биотрон-2015» и лабораторию «Геномика-2016», для учёных НБС-ННЦ открылись новые возможности в области клеточной и генной инженерии и выход на мировые рубежи.

Они проводят активную работу по созданию новых, высокоурожайных сортов, устойчивых к вирусным заболеваниям. Начата генетическая паспортизация сортов, создаётся безвирусный посадочный материал. Под руководством зав. отд. биологии развития растений, биотехнологии и биобезопасности, д.б.н.,руководителя направления  «Биотехнология» гранта РНФ И.В. Митрофановой научные сотрудникиосуществляют мониторинг вирусных патогенов и их диагностику с помощью DAS-ELISA и ОТ-ПЦР, расшифровку данных, полученных в результате метагеномного секвенирования. Разрабатывается система получения безвирусного посадочного материала. Для решения этих задач объединены усилия специалистов в области биотехнологии, вирусологии, физиологии, биохимии и репродуктивной биологии растений.

Работа уникальной биотехнологической лаборатории направлена на конкретный научно-практический результат – получение конкурентоспособных сортов в плодоводстве, эфиромасличном растениеводстве, декоративном садоводстве.  В приоритете – плодовые культуры. В рамках программы развития садоводства Крыма, подготовленной специалистами Никитского ботанического сада, научные сотрудники разрабатывают и модифицируют протоколы микроразмножения и генетической трансформации  перспективных сортов  яблони, персика, абрикоса, инжира, хурмы – всего более двадцати различных культур.

Наравне с прикладными исследованиями проводятся фундаментальные, которые направлены на изучение механизмов регулирования процессов органогенеза и соматического эмбриогенеза, устойчивости к фитопатогенам, проведение биохимической и физиологической оценки растений, культивируемых in vitro, ex vitro, ex situ и in situ, с целью сравнительного анализа их адаптационного потенциала, сохранение ценной растительной плазмы.

НБС-ННЦ активно проводит фундаментальные научные исследования для получения оздоровленного посадочного материала. С помощью генной инженерии учёные Сада занимаются выведением новых сортов растений, устойчивых к самым опасным вирусным заболеваниям. Генетические исследования, в частности, направлены на выведение новых сортов косточковых культур, толерантных к такому опасному заболеванию, как вирус шарки сливы Plum pox virus. Эта болезнь плодовых деревьев уже охватила многие страны, подвержены ей и регионы Крыма и Кубани. Вирус поражает все виды косточковых плодовых культур, и ещё 132 вида растений являются его резерваторами. Нередко говорят, что для растений это настолько же серьёзная болезнь, как рак – для человека. Учёные Никитского сада методом генной инженерии уже вывели сорт сливы, устойчивый к этому опасному вирусу. На очереди – спасение персика и абрикоса, также продолжаются исследования для достижения подобных результатов по другим косточковым плодовым культурам.

В последние 20 лет из-за неконтролируемого завоза растений накопилось множество различных фитопатогенов, которые становятся причиной различных болезней – грибных, вирусных и бактериальных. Из-за этого многие растения серьёзно страдают. Например, сильно поражены коллекции канны, клематиса, роз, некоторые плодовые, часть субтропических растений… Эта тенденция характерна не только для Никитского сада. С подобной проблемой сталкиваются все садоводы страны. Выявление такого рода болезней – одна из задач отдела, на протяжении многих лет здесь ведутся исследования по диагностике фитопатогенов, поражающих растения. В лабораториях «Биотрона-2015» созданы условия для приготовления питательных сред, состоящих из разных макро-, микроэлементов, витаминов, регуляторов роста и их стерилизации. Наряду с этим оптимизируются условия культивирования, что способствует нормальному росту и развитию исследуемых растительных объектов. При введении в культуру in vitro экспланты необходимо оздоровить.

По сути, в лабораториях НБС-ННЦ создаётся суперэлита в пробирках, новые, оздоровленные или устойчивые к вирусам и другим сосудистым фитопатогенам сорта, которые в дальнейшем будут исследовать и размножать.

В специальных культуральных модулях здесь «растут» тысячи крошечных живых растений. Каждая пробирочка и баночка тщательно подписаны. Хурма, инжир, абрикос или лаванда посажены в желеобразный агар-агар – ту основу питательной среды, где растения живут и растут. Постепенно из меристемы развивается микропобег, тиражируется, и затем уже эксплант переносится в генобанк. Таким образом учёные могут выяснить, удалось ли им найти оптимальное сочетание факторов, чтобы управлять ростом и развитием растений. Задача-максимум для биоинженеров – вывести растения,  устойчивые к болезням, и распространить эти здоровые формы по всей стране.

Иногда по внешнему виду трудно определить, болеет ли растение. Вирусная инфекция может быть в латентной форме. Болезнь может проявиться через год или два. Однако с помощью специальных разработанных методик, которыми владеют учёные Сада, болезнь можно не только диагностировать, но и бороться с ней. В случае строительства производственного биотехнологического комплекса, в Саду оздоровленный и ювенилизированный посадочный материал смогут производить в больших количествах – речь идёт о сотнях тысяч и даже миллионах штук.

Также, совместно с голландскими учеными, биотехнологи Никитского сада будут работать над ускорением сроков цветения хризантем, модификацией форм их соцветий, повышением холодостойкости этой культуры.

И уже сегодня крымские учёные готовы предоставить для промышленного выращивания сорта технических и эфиромасличных растений, в несколько раз превосходящие существующие аналоги по интенсивности их выращивания и продуктивности.

*Комплекс «Биотрон», аналогов которому в России нет, был смонтирован и создан за год. Он расположился на площади около 400 квадратных метров и занимает практически два этажа лабораторного научного корпуса НБС, состоит из различных модулей и кластеров. Сотрудники лаборатории, благодаря современному оборудованию, уверенно «дирижируют» климатическими условиями, освещением, давлением, стерильностью помещений и др.

СЕКТОР БИОИНЖЕНЕРИИ РАСТЕНИЙ

Лаборатория создана для проведения биоинженерных исследований растительных объектов с целью получения новых форм с изменённым геномом.

Задача, стоящая перед лабораторией – работа с трансгенными растениями, их анализ, геномное «редактирование».

Д.б.н. С.В. Долговым и его группой получены трансгенные линии сливы районированного сорта «Стартовая» с использованием вектора для РНК-интерференционного ингибирования вируса возбудителя шарки сливы (PPV). Показана высокая степень устойчивости к данному вирусу, что также подтверждено с помощью молекулярно-биологических и иммунологических методов (ОТ-ПЦР, DAS-ELISA, Вестерн блоттинг, ImmunoStrip тест).