ОТДЕЛ БИОТЕХНОЛОГИИ

Маляровская Валентина
Ивановна

зав.отделом, в.н.с., к.б.н.
Контакты
e-mail: malyarovskaya@yandex.ru
телефон: +7 (918) 409-48-66

ПЕРСОНАЛИИ

Гвасалия Майя
Валериановна

с.н.с., к.б.н
Контакты
e-mail: m.v.gvasaliya@mail.ru
телефон: +7 (918) 106-00-71

ПЕРСОНАЛИИ

Лаборатория молекулярной и клеточной селекции

ПЕРЕЙТИ

Начало исследований в области биотехнологии в институте относятся к середине 70-х годов прошлого столетия. В 1976 году под руководством директора НИИ горного садоводства и цветоводства д.с-х.н. Воронцова В.В. была организована лаборатория вирусологии, первым руководителем которой стал к.б.н. Козицкий Ю.Н. Спустя год, в 1977 году прошла очередная реорганизация и лабораторию вирусологии переименовали в лабораторию культуры тканей и вирусологии. В этот период под руководством к.б.н. Козицкого Ю.Н. научными сотрудниками к.б.н Борукаевой М.Р., Смирновой Н.С. разрабатывались методы диагностики вирусных болезней и оздоровления от вирусов посадочного материала ремонтантной гвоздики, фрезии и других цветочных культур. Эти разработки активно внедрялись в производство на базе совхоза «Оранжерейный комплекс» п. Горки-10, Московской области.

В 1979 году на должность заведующей лабораторией культуры тканей и вирусологии была назначена к.б.н. Выхристова Г.И. (руководила лабораторией до 1986 года). Под её руководством сотрудниками лаборатории Петруниной Ф.Г., Глоба-Михайленко И.Д., Даммер И.Ф. разрабатываются способы клонального микроразмножения таких цветочных культур, как ремонтатная гвоздика, фрезия, гербера, нарциссы, гиацинты, имеющие большое значение как для селекционных программ, так и для промышленного цветоводства. Наряду с этим для микроразмножения ценных гибридов луковичных культур применяется и метод культуры зародышей. Выхристовой Г.И. были изучены факторы, контролирующие рост и развитие in vitro. зародышей луковичных цветочных культур, нарциссов и тюльпанов. Вирусологами лаборатории с.н.с. Стародубцевой Т.И., с.н.с. Гутиевым О.Г., н.с. Копыловым С.С. в 80-е годы проводилось изучение и идентификация вирусных болезней фрезии, тюльпанов, гвоздики и других цветочных культур в условиях влажных субтропиков России.
     В 1986 году на базе лаборатории культуры тканей и вирусологии был организован отдел биотехнологии, который возглавила к.б.н. Скипина К.П. (руководила отделом до 1992 года). В этот период отдел существенно пополнился молодыми специалистами способными решать задачи на более высоком уровне, более расширенная стала и программа исследований. В этот период было открыто еще два перспективных направления исследований: разработка методов клонального микроразмножения субтропических и южный плодовых (цитрусовые, персик, хурма, фейхоа, актинидия деликатесная) культур и получение новых форм цветочных культур (гвоздики, фрезии, герберы) с использованием методов клеточной селекции (способами андрогенеза и гиногенеза). Решением поставленных задач занимались: к.б.н. Выхристова Г.И. к.с-х.н. Гутиева Н.М., научные сотрудники Гутиев О.Г., Стародубцева Т.И., Копылов С.С., Смирнова Н., Глоба-Михайленко И.Д., Маляровская В.И., Тутберидзе Ц.В., Даммер И.Ф., Суламов Э.И, Глазырина С., Петрунина Ф.Г., Рыжкова Л.В., Осипенко Г.В., Арутюнова Е.С., Коблева М.Ю. и др.
     В этот период сотрудниками отдела выполнялись масштабные Международные программы со странами СЭВ (ГДР, Болгария, Польша). В рамках этих программ осуществлялись встречи специалистов по обмену опытом производства оздоровленного посадочного материала промышленных цветочных культур (гвоздика, гербера, хризантема). Также на высоком современном уровне велась совместная исследовательская работа с ведущими высшими учебными заведениями и научными учреждениями страны (МГУ, ИФР). Так, благодаря совместной работе с кафедрой вирусологии МГУ, сотрудниками отдела биотехнологии были освоены методы получения чистых препаратов ряда вирусов цветочных культур, современные методы иммуноферментной диагностики и получение чистых препаратов диагностических антисывороток. Разработанные способы получения оздоровленного посадочного материала позволили размножить и внедрить в производство тысячи растений гвоздики, герберы и др. культур.
С 1993 по 2004 г.г. заведывание отделом биотехнологии берет на себя к.с.-х.н. Тибилов А.А. В этот период были продолжены исследования по изучению регенерационных способностей различных цветочно-декоративных, субтропических и южных плодовых культур в условиях in vitro, получение новых форм цветочных культур методами гаплоидии.
     В 2010 году прошла очередная реорганизация, и группа биотехнологов отдела селекции вошла в состав новой лаборатории биотехнологии, физиологии и биохимии растений на тот период возглавляла лабораторию д.б.н. Белоус О.Г., с 2011 года заведующей лабораторией назначена к.б.н. Маляровская В.И. (руководила лабораторией по 2018 год, с 2019 отделом биотехнологии).
     С созданием лаборатории биотехнологии физиологии и биохимии растений в институте начался новый этап развития биотехнологических исследований. Обновилась материально-техническая база, вырос кадровый потенциал специалистов способных решать поставленные задачи. Вопросами разработки, совершенствования биотехнологических методов в субтропическом растениеводстве и сохранении биоразнообразия исчезающих эндемичных видов растений Западного Кавказа занимались в.н.с. к.б.н. Маляровская В.И., в.н.с. к.с-х.н., Коломиец Т.М., с.н.с. к.б.н. Самарина Л.С., н.с. к.б.н. Гвасалия М.В., м.н.с. Губаз С.Л., м.н.с. лаборанты-исследователи Зебелян Л.В. и Беренда Я.И.
В 2019 году после реорганизации вновь воссоздан отдел биотехнологии (зав. отделом в.н.с. к.б.н. Маляровская В.И.) в состав которого вошла лаборатория молекулярной и клеточной селекции (зав. лабораторией н.с. к.б.н. Рахмангулов Р.С.).
Создание лаборатории молекулярной и клеточной селекции позволит перевести селекционные исследования института на принципиально новый высокий уровень, сделав упор на углубление и усиление фундаментальных исследований в области селекции цветочно-декоративных, субтропических и южных плодовых культур. Данное направление соответствует мировому уровню исследований, а современные методы позволят ускорить селекционный процесс и получать новые сорта субтропических культур с качественно улучшенными свойствами.

Основные направления исследований

  • создание и длительное хранение в in vitro генобанке коллекций цветочно-декоративных, субтропических, южных плодовых культур, редких и исчезающих видов природной фло¬ры для использования в селекционных и производственных целях;
  • изучение особенностей депонирования in vitro субтропических, южных плодовых и цве¬точно-декоративных культур, и редких исчезающих видов природной флоры;
  • разработка и совершенствование технологий клонального микроразмножения и регене¬рации растений из различных органов и тканей с целью использования в ускорении селек¬ционного процесса, производстве оздоровленного посадочного материала, восстановления численности редких и исчезающих видов природной флоры;
  • изучение закономерностей морфогенетических процессов в изолированной культуре ор¬ганов и тканей субтропических, южных плодовых и цветочно-декоративных культур;
  • разработка молекулярных маркеров, сцепленных с хозяйственно-ценными признаками для маркер-ассоциированной селекции с целью генотипирования и создания новых улуч¬шенных сортов субтропических, южных плодовых и цветочно-декоративных культур;
  • изучение генетического полиморфизма и разработка молекулярных маркеров для пас¬портизации коллекции генофонда института;
  • изучение цитофизиологических механизмов морфогенеза и цитодифференцировки in vitro в нормальных и стрессовых условиях с целью разработки систем управляемого мор¬фогенеза субтропических, плодовых и цветочно-декоративных культур.

Направление исследований лаборатории молекулярной и клеточной селекции:

  •  поиск генетических маркеров для выявления доноров хозяйственно-ценных признаков в коллекциях цветочно-декоративных, субтропических и южных плодовых культур;
  • изучить функции генов хозяйственно-ценных признаков в коллекциях цветочно-декоративных, субтропических и южных плодовых культур;
  • картирование генов хозяйственно-ценных признаков цветочно-декоративных, субтропических и южных плодовых культур;
  •  паспортизация генетических ресурсов цветочно-декоративных, субтропических и южных плодовых культур;
  • анализ биоразнообразия и генетической пластичности эндемичных и редких видов флоры Западного Кавказа.

Основные достижения с 2010 года

Разработаны теоретические основы моделирования селекционных процессов с целью создания современных сортов тюльпанов по заданным признакам с использованием культуры in vitro. Совместно с ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии (г. Москва) проведены исследования по созданию искусственного генетического локуса для получения устойчивых к грибным заболеваниям трансгенных растений Gerbera jamesonii.

Разработаны протоколы введения в культуру in vitro, микроразмножения, депонирования и адаптации к нестерильным условиям (ex vitro) субтропических культур (чая, цитрусовых, Hydrangea macrophylla, Camellia japonica) и редких, исчезающих, эндемичных видов растений Западного Кавказа.

  • Найдены эффективные ISSR и SSR- маркеры для исследований генетического разнообразия чая, цитрусовых культур (в том числе, хлоропластные маркеры), Hydrangea macrophylla и редких, исчезающих, эндемичных видов растений: Eryngium maritimum L., Galanthus woronowii Losinsk и Campanula sclerophylla Kolak., Pancratium maritimum L., и Lilium caucasicum Miscz. Ex Grossh.
  • Проведен анализ генетического разнообразия в коллекциях чая и цитрусовых культур, выявлены генетические дистанции и основные гаплотипы.

Защищены 2 кандидатские диссертации по теме «Оптимизация приемов микроразмножения и сохранения лимона in vitro» (Самарина Л.С., 2013г.). и «Спонтанные и индуцированные сорта и формы чая (Сamellia sinensis (L.) Kuntze) во влажных субтропиках России и Абхазии, перспективы их размножения и сохранения в культуре in vitro» (Гвасалия М.В., 2015 г.).


Научные достижения сотрудников лаборатории в области биотехнологии отмечены дипломами II и III степени на конкурсах разработок по приоритетным направлениям развития агропромышленного комплекса, научно-технического творчества молодежи (НТТМ) – 2009 г. и программы «Участник научно-инновационного конкурса» (У.М.Н.И.К.) – 2011, 2012 г. У.М.Н.И.К. на СТАРТ – 2014 г.
Разработки методов клонального микроразмножения цитрусовых и чая, и сохранения ценных генотипов в культуре in vitro были награждены золотой медалью на XIV-XV Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (авторы Самарина Л.С. и Гвасалия М.В.).
При поддержке фонда Erasmus Mundus в 2015 году сотрудники прошли 6-месячную стажировку в лаборатории биотехнологии и физиологии университета Хоэнхайм (г. Штудгарт, Германия). Принимали участие в 1-м международном конгрессе по чаю, кофе и какао «CoCoTea Asia2018», проходившем в Китае (провинция Аньхой, г. Хэфэй).

Методические материалы и разработки с 2010 года

  • Способ получения микролуковиц тюльпанов из изолированных зародышей в условиях in vitro (патент № 2123256).
  • Способ получения полноценных растений-регенерантов тюльпанов культивированием семяпочек in vitro (патент №2273987) методики по клональному микроразмножению двух диких видов природной флоры – панкрация морского – (Pancratium maritimum L. и шафрана прекрасного Crocus speciosus Bieb.).
  • Разработан способ культивирования лимона in vitro.
  • Методика длительного сохранения in vitro промышленных видов и перспективных сортов рода Citrus.
  • Методика культивирования in vitro растений чая (Camellia sinensis (L.) Kuntze) для сохранения и использования геноресурсов в практической селекции.
  • Методика клонального микроразмножения и сохранения видов природной флоры и красивоцветущих кустарников в условиях in vitro.

  • Методика клонального микроразмножения и сохранения Osmunda regalis L. в условиях in vitro / В.И. Маляровская, Р.М. Шхалахова, Н.Г. Конинская – Сочи: ФИЦ СНЦ РАН, 2022. – 28

    Samarina L.S., Malyarovskaya V.I., Platonova N.B., Klemeshova K.V. Physiological response of endangered xerophyte Campanula sclerophylla (Kolak.) Ogan. to repeated osmotic stress in vitro // Bangladesh Journal of Botany. – 2018. – Т. 47. – № 2. – С. 293-299. – ISSN: 0253-5416.  

    Samarina L.S., Malyarovskaya V.I., Rakhmangulov R.S., Orlov Y.L., Dobrovolskaya O.B. Challenges of in vitro conservation of Сitrus genetic resources // Biodiversity: genomics and evolution (BioGenEvo-2018): Symposium 21–24 August, 2018 Novosibirsk,. – Novosibirsk: ICG SB RAS, 2018. – p. 38. – DOI 10.18699/BioGenEvo-2018-32.

    Самарина Л.С., Гвасалия М.В.,  Маляровская В.И., Малюкова Л.С., Рахмангулов Р.С., Конинская Н.Г., Астанин А.И. Информативность биохимических индикаторов при индукции осмотического стресса чая in vitro // Субтропическое и декоративное садоводство. – 2018. – 67. –  С. 166-171. – DOI: 10.31360/2225-3068-2018-67-166-171

    Lidia Samarina, Lyudmila Malukova, Maya Gvasaliya, Magda-Viola Hanke, Henryk Flachowsky. Breeding and biotechnology for abiotic stress tolerance to increase tea (Camellia sinensis (L.) Kuntze) production in Russia // Proceedings: materials of the First International Congress on Cocoa Coffee and Tea Asia, October 17-20, 2018. – Hefei. Anhui. China. – P. 88-89.

    Л.С. Самарина, А.В. Рындин, Л.С. Малюкова, М.В. Гвасалия, В.И. Маляровская. Физиологические и генетические механизмы ответа чайного растения Camellia sinensis (L.) Kuntze на засуху // Сельскохозяйственная биология. – 2019. – Т.54. – № 3. – С. 458-468. – DOI: 10.15389/agrobiology.2019.3.458-468.

    Л.С. Самарина, Л.С. Малюкова, М.В. Гвасалия, А.М. Ефремов, В.И. Маляровская, С.В. Лошкарева, М.Т. Туов. Генетические механизмы акклиматизации чайного растения (Camellia sinensis (L.) Kuntze) к холодовому стрессу // Вавиловский журнал генетики и селекции. – Новосибирск, 2019. – №8. – DOI: 10.18699/VJ19.572.

    Lidiia Samarina, Maya Gvasaliya, Natalia Koninskaya, Ruslan Rakhmangulov, Alexsander Efremov, Natalia Kiseleyva, Alexey Ryndin, Magda-Viola Hanke. A comparison of genetic stability in tea (Camellia sinensis (L.) Kuntze) plantlets derived callus wits plantlets from longterm in vitro propagation // Plant cell, tissue and organ culture. – 2019. – Vol. 138. – № 3. – P. 467-474. – DOI: 10.1007/s11240-019-01642-2.

    Samarina L., Matskiv A., Simonyan T., Koninskaya N., Malyarovskaya V., Gvasaliya M., Malyukova L., Tsaturyan G., Mytdyeva A., Martinez-Montero M.E., Choudhary R., Ryndin A. Biochemical and genetic responces of tea (Camellia sinensis (L.) Kuntze) microplants under mannitol-induced osmotic stress in vitro // Plants. – 2020. – №9. – P. 1795. – DOI: 103390/plants9121795.

    Samarina L., Malyukova L., Efremov A., Simonyan T., Matskiv A., Koninskaya N., Rakhmangulov R., Gvasaliya M., Malyarovskaya V., Ryndin A., Orlov Y., Tong W., Hanke V. Physiological, biochemical and genetic responses of Caucasian tea (Camellia sinensis (L.) Kuntze) genotypes under cold and frost stress // PeerJ 8:e9787 http:doi.org/ 10.7717/peerj.9787

    Lidiia S. Samarina, Alexandra O. Matskiv, Ruset M. Shkhalakhova, Natalia G. Koninskaya, Magda-Viola Hanke, Henryk Flachowsky, Alexander N. Shumeev, Karina A. Manakhova, Lyudmila S. Malyukova, Shengrui Liu,Juanyan Zhu, Maya V. Gvasaliya, Valentina I. Malyarovskaya, Alexey V. Ryndin ,Eduard K. Pchikhachev, Stefanie Reim. Genetic Diversity and Genome Size Variability in the Russian Genebank Collection of Tea Plant [Camellia sinensis (L). O. Kuntze] // Frontiers in Plant Science, 2022. – V. 12 – P. 1-14. – DOI: 10.3389/fpls.2021.800141.

    Samarina L.S., Malyarovskaya V.I., Rakhmangulov R.S., Koninskaya N.G., Matskiv A.O., Shkhalakhova R.M., Tsaturyan G.A., Shurkina E.S., Gvasaliya M.V., Kuleshov A.S., Ryndin A.V., Orlov Y.L. Population analysis of Diospyros lotus in the northwestern Caucasus based on leaf morphology and multilocus DNA markers // International Journal of Molecular Sciences, 2022. –V.23. – №4. – С. 2192. – DOI: 10.3390/ijms23042192.

    Samarina L., Malyarovskaya V., Koninskaya N., Rakhmangulov R., Matskiv A., Shkhalakhova R., Tsaturyan G., Shurkina E., Gvasaliya M. Kuleshov A., Ryndin A., Orlov Y. Population Analysis of D. lotus in the Western Caucasus Based on the Leaf Morphology and Multilocus DNA-markers //Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(4), 2192; https://doi.org/10.3390/ijms23042192

    Samarina LS, Wang S, Koninskaya NG, Shkhalakhova RM, Matskiv AO, Malyukova LS, Manakhova KA, Fedorina JV, Fizikova AYu, Loshkaryova SV, Tutberidze TV, Ryndin AV, Khlestkina EK Long-term cold, freezing and drought: overlapping and specific regulatory mechanisms and signal transduction in tea plant (Camellia sinensis (L.) Kuntze) // New Phytologist.  2023. – Vol. 14 –   https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1145793

    Huang J., Wang Y., Yu J., Li F., Yi L., Li Y., Xie N., Wu Q., Samarina L., Tong W., et al. Evolutionary Landscape of Tea Circular RNAs and Its Contribution to Chilling Tolerance of Tea Plant. // Int. J. Mol. Sci. 2023 – № 24. – Р.1478. https:// doi.org/10.3390/ijms24021478

     

Перечень наиболее важных проектов

При поддержке фондов РФФИ, РНФ и КНФ выполнялись и выполняются в настоящее время проекты:


Проект РФФИ 13-04-96275 р_юг_а Разработка биотехнологических приёмов cохранения эндемичных и исчезающих видов растений Западного Кавказа (2013-2015). Руководитель: Маляровская В.И.

     Разработаны приемы стерилизации и введения в культуру in vitro исчезающих видов растений Кавказской флоры: Campanula sclerophylla Kolak., Lilium caucasicum Miscz. ex Grossh., Daphne woronowii Kolak., Pancratium maritimum L. Изучено влияние различных фитогормонов, их сочетаний и концентраций на процессы регенерации, роста и развития, размножения и укоренения растений. В результате клонального размножения в культуре ткани сохраняется более ста растений колокольчика твердолистного (Campanula sclerophylla Kolak), около 30 растений панкрация морского (Pancratium maritimum L.) и 150 образцов лилии кавказской (Lilium caucasicum Miscz. ex Grossh). Показано, что в условиях культуры in vitro, у растений-регенерантов лилии кавказской при культивировании на свету различной интенсивности и спектрального состава биометрические показатели (длина и ширина листа), а также количество микролуковичек были неодинаковы. Установлена специфичность действия двух основных областей ФАР – синей и красной на рост, и развитие растений и на содержание фотосинтетических пигментов.
В результате поиска эффективных ISSR маркеров для генетической паспортизации были отобраны среди них, обладающие высокой информативностью у данных видов. Так, на основании полученных экспериментальных данных о количестве амплифицированных фрагментов, а также о количестве фрагментов с высоким и низким уровнем (минорные фрагменты) амплификации, определены перспективные ISSR-маркеры для генотипирования редких и исчезающих видов: подснежника Воронова Galánthus wóronowii: UBC-813, UBC-818, ASSR-02, ASSR-15, ASSR-22, ASSR-29; панкрация морского Pancratium maritimum: UBC-813, ASSR-02, ASSR-15, ASSR-29; лилии Кавказской Lilium caucasicum: UBC-818, ASSR-02, ASSR-22, ASSR-29. Для отобранных маркеров были оптимизированы экспериментальные параметры ПЦР и электрофореза.


Проект РФФИ 14-38-50558 мол_нр Изучение биологических особенностей роста субтропических плодовых культур в условиях in vitro (2014). Руководитель: Самарина Л.С.


Проект РФФИ 15-38-50200 мол_нр Изучение особенностей микроразмножения и сохранения субтропических плодовых и декоративных культур в условиях in vitro (2015).
Руководитель: Маляровская В.И.


Проект РФФИ 16-44-230274 р_а «Разработка методологии ДНК – маркерного анализа геномного полиморфизма для эндемичных и исчезающих видов растений Западного Кавказа и оценка генетической стабильности сохраняемых in vitro коллекций» Руководитель: Маляровская В.И.


Проект РФФИ р_мол_а № 19-416-233033 “Поиск генов, влияющих на морозоустойчивость, в коллекции сортов чая Camellia sinensis (L.) Kuntze Краснодарского края” (2019-2020) Руководитель: Самарина Л.С.

Проект РНФ № 18-76-10001 “Исследование закономерностей и механизмов формирования устойчивости в расщепляющихся популяциях чая (Camellia sinensis (L.) Kuntze) в условиях индуцированного in vitro осмотического стресса для целевой селекции” (2018-2021). Руководитель: Самарина Л.С.


Проект Кубанского научного фонда МФИ – 20.1 «Анализ генетического разнообразия хурмы кавказской Diospyros lotus L. на Черноморском побережье Западного Кавказа» (2020-2022).
Руководитель: Маляровская В.И.

  1. Проект РНФ № 18-76-10001-П «Исследование закономерностей и механизмов формирования устойчивости в расщепляющихся популяциях чая (Camellia sinensis (L.) Kuntze) в условиях индуцированного in vitro осмотического стресса для целевой селекции» 2021-2023 г.г. 6 000 000 руб./год. (Руководитель с.н.с. к.б.н. Самарина Л.С., основной исполнитель г.н.с. д.б.н. Малюкова Л.С.);

Цель исследований – исследовать закономерности и механизмы формирования устойчивости в расщепляющихся популяциях чая (Camellia sinensis (L.) Kuntze) в условиях индуцированного in vitro осмотического стресса для целевой селекции.

  1. Проект РНФ № 22-16-00058 «Исследование генетических механизмов биосинтеза катехинов, кофеина, теанина у мутантных генотипов чая в условиях дефицита азотного питания in vitro и in vivo» (2022-2024 г.г. 7 000 000 руб./год. (Руководитель г.н.с. д.б.н. Малюкова Л.С., основной исполнитель с.н.с. к.б.н. Самарина Л.С.);

Фундаментальной проблемой, на решение которой направлен проект, является сохранение и повышение качества чая в условиях дефицита минерального питания. Прикладная проблема – необходимость разработки генетических маркеров для отбора генотипов, эффективно усваивающих азот из почвы.

Цель – исследовать механизмы биосинтеза катехинов, кофеина, теанина и генетический ответ мутантных генотипов чая в условиях дефицита азотного питания

  1. Проект РНФ-NSFC № 23-46-00002 «Исследование полногеномных ассоциаций ключевых генов холодового ответа и разработка молекулярных маркеров для целенаправленной селекции чая Camellia sinensis (L.) Kuntze» (2022-2025 г.г. 7 000 000 руб./год. (Руководитель г.н.с. д.б.н. Малюкова Л.С., основной исполнитель с.н.с. к.б.н. Самарина Л.С.);

Проект направлен на выявление генетической основы холодоустойчивости чая и наследования этого признака путем полногеномного поиска ассоциаций в гетерогенной российско-китайской коллекции гермоплазмы чая. Реализация проекта будет способствовать решению проблемы расширения экологического оптимума культур, расширения ареала их возделывания, увеличения урожайности и повышения качества продукции.