Введение к работе
Актуальность исследования. Грибы рода Fusarium широко распространены в природе, большинство из них являются факультативными паразитами, ведущими сапрофитный образ жизни, переходящих к различной степени паразитизма при определённых условиях. Действие видов рода Fusarium на растения определяется совокупностью их патогенных свойств, которые значительно варьируют у различных видов и популяций внутри вида в силу высокого уровня природного полиморфизма, обусловленного генетической изменчивостью и наличием различных типов вегетативной совместимости, приводящей к клональной структуре популяций. Наличие внутривидового полиморфизма у фитопатогенных грибов и почвенно-климатические условия региона способствуют отбору экологически пластичных и высоко патогенных популяций, которые занимают доминирующее положение в структуре фитопатогенного комплекса и вытесняют виды рода Fusarium, обладающих случайной или низкой степенью встречаемости и слабо выраженными патогенными свойствами. Изучение внутривидовой изменчивости дает возможность оценить инфекционный фон наиболее стабильных токсигенных видов, прогнозировать возможные эпифитотии фузариоза и проводить направленный отбор эффективных фунгицидов.
Фитопатогенные штаммы рода Fusarium представляют практический интерес для современной биотехнологии как продуценты биологически активных веществ - селективных факторов отбора устойчивых сортов в клеточной селекции зерновых и конструирования высокоспецифичных маркеров для их обнаружения, а также служат тест-объектами для создания биологических средств защиты растений. Таким образом, всестороннее исследование этой группы грибов в условиях конкретного почвенно-климатического региона является актуальным как с теоретической, так и практической точки зрения.
Цель исследования: изучение эколого-биологических особенностей сибирских штаммов Fusarium, распространенных на зерне районированных сортов пшеницы.
Задачи исследования:
-
Изучить видовой состав и частоту встречаемости грибов рода Fusarium на семенах пшеницы.
-
Оценить фитопатогенные свойства видов рода Fusarium и гетерогенность их популяций по этому признаку.
-
Изучить внутривидовую изменчивость сибирских штаммов рода Fusarium и их вегетативную совместимость.
-
Охарактеризовать чувствительность видов рода Fusarium к биологическим фунгицидам в лабораторных и полевых условиях.
-
Определить возможность использования фитотоксичных штаммов рода Fusarium для отбора устойчивых сортов в клеточной селекции зерновых и конструирования видоспецифичных маркеров.
Основные защищаемые положения:
-
Вид Fusarium sporotrichioides является наиболее типичным представителем рода Fusarium в зерне пшеницы, районированных для Сибири сортов.
-
Популяционная структура видов Fusarium sporotrichioides и Fusarium oxysporum представляет собой мозаику клонов с различными типами вегетативной совместимости, морфолого-культуральными особенностями, фитопатогенными свойствами и восприимчивости к действию биологических фунгицидов.
-
Живые культуры или биологические активные вещества отдельных штаммов рода Fusarium могут быть использованы в практических целях, для отбора устойчивых сортов в клеточной селекции зерновых и конструирования видоспецифичных маркеров для обнаружения чувствительных клеток-мишеней.
Научная новизна. Впервые был изучен видовой состав и определена частота встречаемости видов рода Fusarium на зерне пшеницы районированных для Сибири сортов. Исследованы внутривидовые особенности видов Fusarium sporotrichioides и Fusarium oxysporum по совокупности морфолого-культуральных свойств, фитопатогенности, вегетативным реакциям и резистентности к биологическим фунгицидам, исследованы взаимоотношения фитопатогенных штаммов с растениями и почвенной микрофлорой. Впервые сибирские штаммы рода Fusarium и бактерий Salmonella были использованы в качестве объектов селекции высокоспецифичных олигонуклеотидов для создания видоспецифичных маркеров.
Практическая значимость. Составлен перечень видов грибов рода Fusarium, распространенных на сортах пшеницы, рекомендованных для выращивания в условиях Сибири; выявлен вид, представляющий потенциальную опасность для развития заболеваний в благоприятных условиях. Установлен диапазон чувствительности видов Fusarium sporotrichioides и Fusarium oxysporum к действию метаболитов микроорганизмов-антагонистов. Подобраны концентрации метаболитов штамма Fusarium sporotrichioides для получения устойчивых к ним каллусных культур пшеницы. Подобраны условия для проведения селекции аптамеров к клеткам Fusarium oxysporum и Salmonella для создания видоспецифичных маркеров.
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на конференциях различного уровня: Международной конференции «Современные разработки методов диагностики заболеваний человека» (Оттава, Канада, 2011); 4-й Канадской химической конференции-выставке «Химия и здоровье» (Монреаль, Канада, 2011); Международной научной конференции «Фитосанитарная безопасность экосистем» (Новосибирск, 2010); Конференции молодых ученых и студентов с международным участием «Молекулярно-генетические методы диагностики инфекционных заболеваний» (Красноярск, 2011); ХIV Международной конференции «Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Сибири, Монголии и Казахстана» (Красноярск, 2011); Всероссийской конференции «Химико-лесной комплекс – проблемы и решения» (Красноярск, 2009-2010); Международной конференции «13th Tetrahedron Symposium Asia Edition» (Тайпей, Тайвань, 2012). (Красноярск, 2011), а также на расширенном семинаре кафедры химической технологии и биотехнологии Сибирского государственного технологического университета (Красноярск, 2012).
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для обучения и прохождения научной стажировки в зарубежных высших учебных заведениях и научных центрах на 2010/2011 учебный год по приоритетным направлениям развития науки, технологии и техники в Российской Федерации; при финансовой поддержке РФФИ «Красноярский краевой фонд поддержки научной деятельности».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, библиографического списка из 148 наименований, из которых 78 - на иностранном языке. Объем работы составляет 184 страницы машинописного текста, включая 82 иллюстрации и 16 таблиц. Приложение состоит из 52 таблиц, 10 рисунков.
Место проведения работы. Основная часть работы выполнена на кафедре химической технологии древесины и биотехнологии Сибирского государственного технологического университета; исследования по созданию аптамеров и оценке вегетативных реакций выполнены на кафедре химии Университета г. Оттава (Канада); эксперименты по клеточной селекции зерновых - на базе Красноярского НИИСХ Россельхозакадемии; селекция аптамеров к бактериям Salmonella - на базе НИИ молекулярной медицины и патобиохимии КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздравсоцразвития.
Личный вклад автора. Основная работа по получению материала, обобщению результатов и формулированию выводов выполнена автором лично. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю Ю.А. Литовке и консультанту Т.В. Рязановой; сотрудникам лаборатории оценки селекционного материала Красноярского НИИСХ Н.В. Зобовой, С.Ю. Луговцовой, Н.А. Нешумаевой, В.Ю. Ступко, Т.В. Осиповой, А.В. Сидорову; сотрудникам кафедры химии Университета г. Оттава М. Berezovsky, D. Mucharemagic, A. Chechik, сотрудникам НИИ молекулярной медицины и патобиохимии КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздравсоцразвития А.С. Замай, О.С. Коловской.
