Повысить отдачу от использования коллекций микроорганизмов и фитофагов

Повысить отдачу от использования коллекций микроорганизмов и фитофагов

В.А. ЗАХАРЕНКО, академик-секретарь Отделения защиты растений РАСХН

Концепция интегрированного управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем основывается на сохранении и рациональном использовании генетических ресурсов как полезных микроорганизмов и насекомых в качестве перспективных объектов для разведения и насыщения ими агроэкосистем, так и вредных - в целях создания искусственных фонов, необходимых для их изучения, а также при селекции устойчивых сортов, разработке биологических и химических средств защиты растений. Для поддержания генетических ресурсов и генетического разнообразия полезных и вредных организмов созданы генофондо-вые коллекции, в которых маточные культуры содержатся в виде живого материала, а при длительном хранении - в криоконсервиро-ванном виде.

Генофондовые коллекции отличаются от зоологических и гербар-ных, которые предназначены для сохранения отдельных особей или ограниченных групп организмов в демонстрационных целях или даже их репродукции. Задача генофон-довых коллекций состоит в сохранении всего исследуемого потенциала и генетико-популяционной структуры вида для его воспроизводства в природных условиях или для культивирования в открытом и защищенном грунте.

Но коллекционирование популяций - это только первый этап. Крайне слаба еще изученность популяций, их огромное биоразнообразие, и коллекции дают для этого богатейший материал. Об уровне информации о биоразнообразии

организмов и, в частности, вирусов, бактерий, грибов, одноклеточных организмов, нематод и насекомых, представляющих биологический ресурс агроэкосистем, дает представление таблица.

Формирование коллекций с генетическим материалом, к сожалению, пока происходитстихийно, отсутствует единая государственная система сохранения и использования генетических ресурсов с регламентацией их деятельности. Между тем целевое изучение материала этих коллекций может открыть новые горизонты в интенсификации многих важных исследований.

Для сохранения коллекционного биологического материала необходимо развивать целый ряд новых технологий - криоконсервирова-ния; идентификации внутрипопуля-ционных структур видов (методы генотипирования); улучшения популяций (новые методы биотехнологии и генной инженерии); оценки пространственного распределения видов и внутрипопуляционных структур с использованием информационных систем (ГИС и ГПС). Для оперативной передачи информации должны также широко использоваться сетевые технологии и Интернет.

В настоящее время в 65 странах мира насчитывается около 500 официально зарегистрированных и входящих в региональные и международные организации коллекций энтомофагов и микроорганизмов, включая патогенные (возбудители болезней человека, животных и растений). В нашей стране держателем генетических коллекций полезных и вредных организмов, имеющих отношение к проблемам защиты растений и создаваемых еще с предвоенных лет прошлого столетия, является Отделение защиты растений РАСХН. В ВИЗР формирование коллекций связано, например, с работами А.А. Евлаховой (энтомопатогенные микроорганизмы - возбудители микозов сосущих вредителей), О.И. Швецовой (бактериозы чешуекрылых), Н.С. Федорончика (микробы-антагонисты фитопато-генных возбудителей). В 1960-х годах коллекции создавались и пополнялись на основе исследований Т.А. Шехуриной, В.К. Митрофанова и А.С. Симонова (новые возбудители вирусных болезней), Н.П.Исаковой, Э.И. Зурабовой(новые штаммы бактерий), И.В. Исси (микроспоридии), Г.В. Веремчук, Л.Г. Данилова (энтомопатогенные

Число описанных видов и оценка реального числа их по таксономическим классам

Таксономические классы Число описанных видов Оцениваемое реальное число видов

верхняя граница нижняя граница

Вирусы 4 1000 50

Бактерии 4 3000 50

Грибы 72 2700 200

Одноклеточные простейшие животные, растительные организмы и водоросли 80 1200 210

Растения 270 500 300

Нематоды 25 1000 100

Насекомые 950 100000 2000

Моллюски 70 200 100

Хордовые 45 55 50

нематоды), Э.Г. Ворониной (энто-мофторовые грибы), И.И. Новиковой и И.А. Бойковой (актиномице-ты и другие продуценты биологически активных веществ).

С 1980 г. начала формироваться рабочая коллекция во ВНИИФ (возбудители болезней сельскохозяйственных растений). В обобщении каталога коллекционных культур участвовали Е.Д. Коваленко, А. А. Санина, Т.М. Коломиец и И.Н. Козловская; с 1990-х годов формируется коллекция энтомо-фагов во ВНИИБЗР.

Современные коллекции Отделения защиты растений РАСХН по юридическому статусу представляют собой коллекции, охраняемые государством и созданные в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 24.06.1996 г. «О мерах по сохранению и рациональному использованию коллекций микроорганизмов». Ведутся они на базе рабочих коллекций полезных и вредных микроорганизмов и имеют специализированную направленность в соответствии со специализацией базовых предприятий. Вот их координаты:

Коллекция микроорганизмов, патогенных для растений и их вредителей. Коллекция энтомофа-гов (196608, г. Санкт-Петербург, Пушкин, шоссе Подбельского, д. 3, ВИЗР). По состоянию на 01.08.2007 г. она включает 575 видов (1465 штаммов) актиномице-тов, 219 видов (3767 штаммов) грибов, 14 видов (296 штаммов) бактерий, 127 видов (406 штаммов) микробов-антагонистов и др., всего 6100 единиц образцов биоматериалов и 151500гербарныхобразцов.

Государственная коллекция фи-топатогенных микроорганизмов и сортов растений-идентификаторов патогенных штаммов микроорганизмов (143050, Большие Вязе-мы, Одинцовский район, Московская область, ВНИИФ). В ней поддерживается и хранится 1317 гриб-

ных, 1058 бактериальных фитопа-тогенов, 24 вируса и 15 вироидов, всего более 3000 штаммов возбудителей болезней наиболее экономически значимых сельскохозяйственных культур, прежде всего зерновых, картофеля.

Коллекция энтомофагов и энто-мопатогенов вредителей растений (305039, г. Краснодар, п/о 39, ВНИИБЗР). Включает 69 единиц биологического материала (31 вид энтомофагов и акарифагов, 17 -вирусов фитофагов, 5 - энтомо-патогенных бактерий, 5 - энтомо-патогенных грибов, 11 - нематод).

В задачи и функции базовых научных учреждений входит:

пополнение коллекций стабилизированными новыми видами и штаммами фитопатогенных микроорганизмов;

учет движения коллекционных образцов внутри учреждения и при рассылке заказчикам;

консервация и централизованное хранение разнообразных штаммов фитопатогенов;

поддержание в жизнеспособном и биологически чистом состоянии всех штаммов, взятых на учет, а также сортов и линий растений-идентификаторов штаммов (ВНИИФ);

совершенствование методов выделения, идентификации, размножения, консервации и хранения фитопатогенных микроорганизмов;

наработка биоматериала и обеспечение им научно-исследовательских учреждений, селекционных центров и других потребителей по их заявкам.

Коллекции,наряду с сохранением генофонда, выполняют функции поддержания научного и практического рационального использования биоматериала. Они представляют базу для обеспечения фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по морфологии, таксономии, физиоло-

гии, биохимии и генетике групп организмов, их биоразнообразию и внутрипопуляционным структурам не только институтов - держателей коллекций, но и координируемых Россельхозакадемией НИУ, а также других организаций на хоздоговорных условиях.

Коллекции используются также научными и научно-производственными предприятиями служб защиты и карантина растений, селекции и семеноводства.

Для формирования и содержания коллекций НИИ разрабатывают процедуры экспедиционных поисков, изоляции и идентификации организмов,количественных и качественных тестов, режимов хра-нения(на агаре, под вазелиновым маслом, в лиофилизированном состоянии, в жидком азоте при условиях, предотвращающих риск генетического изменения биоматериала), подбирают питательные среды и условия для роста и возобновления организмов.

Коллекционные образцы ВНИИФ (биоматериал определенной вирулентности и агрессивности) на договорных началах передаются для создания искусственных фонов при выведении и изучении устойчивости сортов зерновых колосовых, риса, картофеля к возбудителям болезней и для оценки эффективности разных способов и средств борьбы. В среднем ежегодно институт нарабатывает и рассылает в 14 адресов 60 кг инокулюма возбудителей септориоза,корневых гнилей, листовых пятнистостей на зерне. В 8 адресов отправляют 50 пробирок инфекционного материала возбудителя фитофтороза картофеля; в 60 адресов - 110 г уредо-спор ржавчинных грибов.

Коллекция энтомопатогенных и фитопатогенных микроорганизмов и их антагонистов ВИЗР используется как база в разработке общей концепции биологической защиты растений и условий эффективного

применения биологических средств. На основании коллекционных штаммов созданы новые биопрепараты алирин Б, гамаир, глиокладин, немабакт, энтонем. Выявлены и отобраны группы энтомопатогенов, микробов антагонистов, созданы экологически безопасные микробные метаболиты и разработаны эффективные биопрепараты на основе высоковирулентных штаммов энтомопатогенных грибов Monilia-les и Entomophthorales, Beauveria bassiana, Verticillium lecanii, Entomo-phthora thaxteriana, бактерий Bac. thuringiensis, вирусов Baculovirus, нематод из сем. Steinernema и Heterorhabditidae, а также микроспоридий.

Широкий скрининг актиномице-тов рода Streptomyces (1585 культур из 197 почвенных образцов различных регионов России и зарубежных стран) позволил определить потенциал актиномицетов для разработки биологической защиты растений и отобрать 110 штаммов, высокоактивных в отношении тлей, белокрылок, трипсов и паутинного клеща, разработать новые препараты алейцид, алирин С, индоцид и хризомал.

Во ВНИИБЗР коллекция энтомо-фагов и энтомопатогенов вредителей растений обеспечивает развитие исследований по формированию комплекса энтомофагов для подавления виноградных листоверток, злаковой листовертки, листоверток лесных культур. На основании коллекции выявлены перспективные фитофаги и микроорганизмы, угнетающие сорные растения, созданы биопрепараты, подавляющие синтез фузариотокси-нов фитопатогенами.

Институтами принимаются необходимые меры по материально-техническому обеспечению и сохранению коллекций. Во ВНИИФ, например, за счет хоздоговорных средств завершена реконструкция блока из 14 лабораторных помеще-

ний общей площадью 400 м2 и в текущем году будет закончена реконструкция современной камерной теплицы площадью 600 м2. В теплице предусматривается поддерживать круглый год на живых растениях необходимую вирулентность штаммов коллекции и нарабатывать их исходную маточную культуру, необходимую для последующего размножения. Созданы необходимые условия для проведения микологических, фитопато-логических, молекулярно-генети-ческих и других исследований и внедрена надежная защита от несанкционированного доступа в помещения коллекции посторонних лиц и от выброса биоматериала в окружающую среду.

Новые помещения коллекции, теплица и имеющиеся камеры искусственного климата представляют уникальный комплекс для безопасной работы с любыми, в том числе особо агрессивными фито-патогенными микроорганизмами. Подобный комплекс на постсоветском пространстве создан и начал функционировать впервые.

Вместе с тем следует отметить, что институты - держатели коллекций по разным причинам недостаточно используют свой потенциал и возможности дальнейшего развития коллекций. Проявляется недостаток специалистов, владеющих новыми методами систематики, идентификации организмов, изучения и выявления их биологических свойств, опытом работы по формированию коллекций, по документальному оформлению и использованию биоматериала, составлению каталогов биообразцов, дифференцированному хранению и распространению биоматериала пользователям. Серьезной помехой является задержка публикации официальных каталогов коллекций с их отражением на электронных носителях и в сети Интернет.

Недостаточны еще и связи держа-

телей коллекций с научными учреждениями России и зарубежных стран, не на должном уровне ведутся обмен биологическим материалом, регистрация коллекций в международных организациях. Мало внимания уделяется использованию коллекций для развития биотехнологии и генной инженерии в биотестировании микроорганизмов и улучшении их полезных свойств.

На современном этапе наряду с классическими методами изучения коллекционных микроорганизмов необходимо разрабатывать новые биотехнологические методы и иметь коллекцию клонированных плазмидных ДНК, фрагментов их геномов, охарактеризованных нук-леотидных последовательностей этих фрагментов, обеспечивающих идентификацию микроорганизмов, направляемых на анализ. На основании этих коллекций при необходимости можно разрабатывать тест-системы для идентификации микроорганизмов.

Части генома с полезными признаками также целесообразно хранить в коллекциях с целью генетического улучшения полезных признаков микроорганизмов.

Несмотря на государственный статус коллекций, остается нерешенным вопрос их государственного целевого финансирования, порядка и финансового механизма обеспечения потребителей биоматериалом (коллекционные штаммы и региональные популяции фитопа-тогенов). Это тормозит процессы изучения, создания и внедрения устойчивых к болезням сортов сельскохозяйственных культур, разработку биологических средств. В результате НИУ, биологические компании, фирмы, биолаборатории государственной службы защиты растений бывают лишены возможности выполнения работ с исходным селекционным материалом коллекций для получения и испытания биопрепаратов.