«Город изнутри»: Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Редакция портала «ИрСити» возобновляет проект «Город изнутри». День науки отмечали в России 8 февраля, а научным и исследовательским центром Иркутска является Академгородок, в котором сосредоточена большая часть институтов Сибирского отделения Российской академии наук. Главным героем этого материала стал Сибирский институт физиологии и биохимии растений (СИФИБР) СО РАН.

История СИФИБРа начинается в 1961 году, когда на базе отдела биологии при Восточно-Сибирском филиале АН СССР был создан Восточно-Сибирский биологический институт. В 1966 году он был реорганизован в СИФИБР. Cейчас в составе института три отдела, которые объединяют 11 лабораторий и гербарий, а также станция искусственного климата (фитотрон) и оранжерея. Институт разрабатывает приоритетные вопросы современной физиологии и биохимии растений, генетики и селекции растений, молекулярной биологии и генетической инженерии, экологии растительных организмов и экосистем в целом.

Наше знакомство с институтом началось со станции искусственного климата, так называемого фитотрона. Станция – центральное сооружение экспериментальной базы СИФИБРа. Фитотрон позволяет круглогодично работать с экспериментальными растениями, создавая контролируемые условия освещения, температуры и влажности.

В фитотроне функционируют мини-теплицы с искусственным светом, а также большая теплица с подсветкой и гидропонными установками. С 2011 года на станции установлены современные камеры, позволяющие регулировать климат. В них инженеры могут задать параметры влажности, температуры и освещённости. Ростовые камеры способны поддерживать температуру от 0 до +70°С без освещения и от +5 до +60°С с 100%-ной интенсивностью освещения. На станции также установлены испытательные камеры тепло – холод, которые работают в диапазоне от 70 градусов мороза до 180 градусов тепла.

Во время нашего визита в одной из камер был воссоздан температурный режим и освещённость, соответствующие началу мая, – учёные моделируют процесс возобновления роста озимых зерновых культур после зимовки.

«В этом эксперименте мы изучаем изменения, которые происходят в узлах кущения озимых злаков при выходе из зимовки в зависимости от влажности почвы. По ряду физиологических и биохимических параметров, таких как содержание углеводов, дигидринов и пролина, мы сможем оценить состояние растений и получить сведения о процессах, определяющих их зимостойкость», — рассказала старший научный сотрудник лаборатории физиолого-биохимической адаптации Лада Соколова.

По её словам, возделывание озимых культур перспективно для нашего региона. Зимовка и весеннее возобновление роста – критические периоды для озимых, когда они могут вымерзнуть или погибнуть от излишней влажности. Подробно изучая эти процессы, учёные смогут понять, как формируется устойчивость растений к негативным факторам.

Экскурсию по центру коллективного пользования лаборатории нам проводит младший научный сотрудник Вадим Бельков. Он демонстрирует оборудование и рассказывает, для чего оно используется. В арсенале лаборатории спектрофотометр, который помогает определять чистоту получаемых препаратов, QIAcube – роботизированная конструкция, позволяющая автоматизировать рутинные процессы при работе с ДНК или РНК, аппаратура для анализа ДНК-чипов, центрифуга и другое оборудование.

«Мы изучаем ядерно-органелльные взамодействия. Нас интересует, как растения на генном уровне приспосабливаются к изменению тех или иных условий, в данном случае, это изменение уровня освещённости. Например, изменение интенсивности освещения вызывает возникновение неких сигналов в хлоропластах, которые в свою очередь вызывают изменение экспрессии в ядерных генах. Таким образом растение может приспособиться к изменяющимся условиям внешней среды», — поясняет наш сопровождающий.

Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или далее в белок.

По его словам, это исследование позволяет более конкретно понимать, что происходит в геноме растений при адаптации к внешним условиям. Как отмечает учёный, лаборатория занимается исследованиями фундаментального характера.

«Это передовой край научной области», — говорит он.

В лаборатории растительно-микробных взаимодействий нас встречает научный сотрудник кандидат биологических наук Алла Перфильева. Она демонстрирует комнату, в которой выращиваются растения и их клетки для проведения исследований.

Как рассказывает наш экскурсовод, в этой комнате поддерживаются факторостатные условия – постоянная контролируемая температура и длина светового дня. Здесь учёные выращивают образцы для того, чтобы в дальнейшем заразить их бактериями и подвергнуть стрессу. В исследованиях Аллы Перфильевой речь идёт о заболевании картофельная гниль и температурном стрессе.

Сотрудники лаборатории также занимаются полевыми опытами, работают с клубнями картошки, но это происходит в период сельскохозяйственных работ. Проблема заключается в том, что большая часть пестицидов направлена на борьбу с микроскопическими грибками, а от болезней, вызванных бактериями, практически нет средств.

В соседнем кабинете находится флуоресцентный микроскоп. Он используется для исследований физиологии клетки, прежде всего, реакции на температурный стресс. С его помощью можно отследить химические изменения в органеллах при различном воздействии, провести морфологическое тестирование.

С работой лаборатории физиологической генетики нас знакомят старшие научные сотрудники Марина Протопопова и Василий Павличенко. Мы идём в лабораторию, где установлено оборудование для работы с ДНК и РНК. Здесь учёные вместе со своими студентами проводят исследования в области генетической инженерии и генетики редких видов растений. А основным направлением работы лаборатории является изучение генетических и биохимических механизмов устойчивости растений к различным стрессам.

Так, проект, который курирует Василий Павличенко, посвящён разработке генетически модифицированных деревьев с новыми свойствами. На данном этапе работы ведутся с тополем, а в будущем учёные собираются перенести свои исследования и на другие древесные растения. В планах придать деревьям повышенную холодо- и морозоустойчивость, а также защитить от насекомых-вредителей.

Другой проект, проводимый учёными, направлен на изучение распространения и генетической структуры уникальных реликтовых видов растений Байкальской Сибири. Молекулярно-генетическую часть работ курирует Марина Протопопова. Специалисты пытаются оценить состояние редких растений в условиях глобальных изменений климата и хозяйственного освоения Прибайкалья. Помимо важного теоретического значения, такие исследования очень важны для разработки способов сохранения генофонда уникальных природных объектов.

Один из пунктов маршрута – центр коллективного пользования, в котором в ближайшем будущем сотрудники смогут проводить исследования на самом современном оборудовании. Главный прибор – генетический анализатор, он даёт сведения о последовательности ДНК. Сам прибор занимает одну десятую часть комнаты, всё остальное – сопутствующее оборудование, в том числе низкотемпературный холодильник, где можно хранить образцы для исследований.

Гербарий – это самое тихое помещение института, где мы побывали. Здесь нет вытяжек, работающих приборов и центрифуг, только шкафы с сухими растениями, собранными сотрудниками СИФИБРа в разных районах Иркутской области, а также в других регионах России и за рубежом.

Здесь нас встречает младший научный сотрудник Денис Кривенко. Он рассказывает, что мы находимся в хранилище сосудистых растений, но в институте также есть гербарий мохообразных.

В коллекции СИФИБРа – порядка 60 тысяч гербарных образцов сосудистых растений. По словам молодого учёного, это очень скромно. Самый большой гербарий России находится в Ботаническом институте в Петербурге. Там хранится около 7 миллионов образцов, которые занимают четыре этажа.

Гербарные листы – это документы, в которых указывается место и дата сбора образца, фамилия учёного, собравшего растения, и фамилия учёного, определившего его.

«Бывают такие ситуации, когда гербарный образец не попадает под известные описания вида. Тогда описывается новый вид растений, ему даётся своё название. В таком случае гербарный лист снабжается специальной этикеткой и становится типовым образцом», – объясняет Кривенко.

Используя гербарные коллекции, специалисты также проводят филогенетические реконструкции, иными словами, определяют родственные связи растений. Кроме того, на основе гербариев нередко составляют Красные книги, учебники и другую научную литературу.

После тихого и уютного гербария мы попадаем, наверное, в самую шумную комнату института. Это так называемая «качалка». Здесь выращивают суспензионные культуры клеток растений и бактерии для проведения экспериментов. «Качалка» нужна для того, чтобы все клетки суспензионной культуры одинаково насыщались кислородом, а сама суспензия была однородной. Это происходит благодаря постоянному движению платформы в центре комнаты.

Оранжерея Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН была организована в 1972 году. Сейчас в ней находится более 300 видов тропических и субтропических растений – это и кактусы, и банан, лимонное дерево, эвкалипт, орхидеи и другие. За ними ухаживает семь человек. К оранжерее также относится розарий. На зиму цветы срезают, оставляя только 20 сантиметров стебля. Но уже в конце января – начале февраля розам начинают давать дополнительное тепло и свет для нового вегетационного сезона.

Первоначальная задача оранжереи – просвещение и популяризация научных знаний. Здесь, в частности, проходят экскурсии. В год она принимает порядка 3 тысяч человек.