CC BY
1860
Вестник защиты растений 3(89) - 2016. Материалы международной конференции
УДК 579.64
БИОСИНТЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ А.А. Далинова, Н.С. Волосатова, А.О. Берестецкий
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург, Пушкин, Россия, azhukomi@mail.ru
Вторичные метаболиты грибов являются важным источником новых биологически активных веществ. Наиболее простой и эффективный подход к их поиску заключается в вариации легко изменяемых параметров культивирования грибов для получения множества соединений из одного штамма. К таким параметрам относятся способ культивирования, вид и соотношение источников углерода и азота, наличие микроэлементов и витаминов, рН питательной среды, условия аэрации и др.
Ключевые слова: вторичные метаболиты, параметры культивирования, микромицеты.
Вторичные метаболиты грибов являются одним из основных источников новых биологически активных соединений - антибиотиков, фитотоксинов, противоопухолевых, противовирусных, фунгицидных веществ и др.
Классический подход к поиску новых биологически соединений заключается в культивировании целевого микроорганизма на стандартных питательных средах, анализе культуральных фильтратов, экстракции и последующем выделении соединений хроматографическими методами. Используя этот подход и стандартные методики оценки биологической активности можно получить из каждого штамма исследуемого микроорганизма в лучшем случае 1-2 соединения с интересующим типом активности. Однако секвенирование геномов хорошо изученных микроорганизмов предсказывает гораздо больший синтетический потенциал, включающий в себя синтез как поликетидов и нерибосомальных пептидов, так и органических соединений других классов. Такие «молчащие» пути вторичного метаболизма представляют собой значительный интерес для поиска новых биологически активных веществ [Bode, 2002, Tudzinsky, 2014].
Вторичный метаболизм грибов контролируется с помощью комплекса регуляторных белков, которые отвечают различным стимулам окружающей среды. К таким стимулам относятся источники углерода и азота в питательной среде, температура, условия освещения, рН, наличие в среде необходимых аминокислот, активных формы кислорода, условия аэрации, образование биопленок и доступность микроэлементов, а также химические стимулы от других организмов [Craney, 2013]. Наиболее простой и эффективный подход к поиску новых биологически активных веществ заключается в вариации легко изменяемых параметров культивирования для получения множества соединений из одного штамма микроорганизма [Brakhage et al., 2012].
Для грибов рода Aspergillus изучено влияние источников углерода и азота на продукцию афлатоксина и стеригматоцистина. Биосинтез этих микотоксинов осуществляется по одной схеме, но в пути биосинтеза сте-ригматоцистина отсутствуют последние несколько шагов. Афлатоксины образуют грибы A. flavus и A. parasiticus, а стеригматоцистин - A. nidulans. Было показано, что простые сахара в качестве единственного источника углерода в среде стимулируют образование афлатоксинов, в то время как пептон и другие более сложные углеводы не поддерживают их биосинтез [Buchanan, Stahl 1984]. Вид источника азота оказывает различное влияние на продукцию афлатоксина и стеригматоцистина у различных грибов рода Aspergillus. Было показано, что присутствие
нитрата в качестве единственного источника азота в среде подавляет синтез предшественников афлатоксина у A. parasiticus, но увеличивает выход стеригматоцистина у A. nidulans [Calvo et. al., 2002]. Feng и Leonard [1998] пришли к выводу, что несмотря на схожие пути биосинтеза, образование этих микотоксинов регулируется различными механизмами.
В работе Paranagama с соавторами [2007] было показано, что гриб Paraphaeosphaeria quadriseptata образует различные мажорные метаболиты при культивировании на питательных средах, приготовленных на основе дистиллированной и водопроводной воды. Было установлено, что высокое содержание ионов Cu2+, Cd2+ и Cr3+ стимулирует образование моноциллина I в культуре P quadriseptata.
В работе Zhang с соавторами [2013] было оценено влияние способа культивирования на продукцию основных метаболитов Monascus purpureus - азафилонов и цитри-нина - при культивировании на рисовой среде. Содержание микотоксина цитринина в экстрактах из твердофазной культуры гриба было ниже, чем в экстрактах из жидко-фазной культуры, в то же время на продукцию азафило-нов способ культивирования не оказывал существенного влияния.
В лаборатории фитотоксикологии и биотехнологии ВИЗР мы оценили биосинтетический потенциал фитопа-тогенного гриба Alternaria sonchi при культивировании на различных твердых и жидких питательных средах. В качестве жидких питательных сред были использованы среда Чапека с добавлением витаминов, среды ДМГ и YES. Твердофазное культивирование проводили на перловой, рисовой и пшенной крупах. Анализ метаболитных профилей, полученных методом ВЭЖХ, показал, что состав экстрактов значительно различался в зависимости от способа культивирования. Состав жидких питательных сред оказал большее влияние на метаболитные профили экстрактов A. sonchi, чем вид твердого субстрата; в экстрактах из жидкофазных культур гриба наблюдались качественные различия в составе метаболитных комплексов.
К другим способам повышения биосинтетической активности микроорганизмов можно отнести: методы генетической инженерии (гиперэкспрессия транскрипционных факторов и регуляторов, получение мутантных штаммов), методы эпигенетики (модификация хроматина), ингибирование различных ферментов, со-культивирование с микроорганизмами других видов.
Используя перечисленные подходы, можно получить расширенный набор соединений из одного штамма гриба за счет активации различных путей биосинтеза вторичных метаболитов.
«Эколого-генетические основы современных агротехнологий». СПб, 27-29 апреля 2016 г.
61
Библиографический
Brakhage A.A. Regulation of fungal secondary metabolism // Nature Reviews Microbiology. - 2013. - V. 11(1). - P.21-32.
Buchanan R.L., Stahl H.G. Ability of various carbon sources to induce and support aflatoxin synthesis by Aspergillus parasiticus // Journal of Food Safety. - 1984. - V. 6(4), No 11. - P. 271-279.
Calvo A.M., Wilson R.A., Bok J.W., Keller N.P. Relationship between Secondary Metabolism and Fungal Development // Microbiology and Molecular Biology Reviews. - 2002. - V. 66, N 3. - P. 447-459.
Craney A., Ahmed S., Nodwell J. Towards a new science of secondary metabolism // The Journal of Antibiotics. - 2013. - P. 1-14.
Plant Protection News, 2016, 3(89), p. 60-61
список (References)
Feng G.H., Leonard T.G. Culture Conditions Control Expression of the Genes for Aflatoxin and Sterigmatocystin Biosynthesis in Aspergillus parasiticus and A. nidulans // Applied and Enviromental Microbiology. - 1998. - V. 64, No. 6. - P. 2275-2277.
Paranagama P.A., Wijeratne K. E.M., Gunatilaka A.A. L. Uncovering Biosynthetic Potential of Plant-Associated Fungi: Effect of Culture Conditions on Metabolite Production by Paraphaeosphaeria quadriseptata and Chaetomium chiwersii // J. Nat. Prod. - 2007. - V. 70. - P. 1939-1945.
Zhang L., Li Z., Dai B., Zhang W., Yuan Y. Effect of submerged and solid-state fermentation on pigment and citrinin production by Monascus purpureus // Acta Biologica Hungarica. - 2013. - V. 64(3). P. 385-394.
BIOSYNTHETIC POTENTIAL OF FILAMENTOUS FUNGI A.A. Dalinova, N.S. Volosatova, A.O. Berestetskiy
All-Russian Institute of Plant Protection, azhukomi@mail.ru Fungal secondary metabolites are an important source of new bioactive compounds with different types of biological activity - antibiotics, phytotoxins, cytotoxic agents. The most effective method for isolation of new bioactive compounds is variation of cultivation parameters, such as cultivation mode, media composition, carbon and nitrogen source, pH, aeration etc.
УДК 632.937
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ ДЛЯ БОРЬБЫ С ВРЕДНЫМИ НАСЕКОМЫМИ
В ОРГАНИЧЕСКОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ С.А. Доброхотов, А.И. Анисимов
Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Санкт-Петербург, Россия,
dobrohotiov-s@mail.ru
В течение 2010-2015 гг. изучали эффективность биопрепаратов, некоторые из которых не имеют государственной регистрации, в борьбе с вредными насекомыми на сельскохозяйственных культурах, выращиваемых по технологиям органического земледелия в условиях Северо-Западной зоны России. Исследования проводили в учебно-опытном саду СПбГАУ, в ЛПХ и садоводческих участках Ленинградской области. Оценена биологическая эффективность микробиологических препаратов Битоксибациллин, Лепидоцид, Немабакт, Метаризин, Бацикол, а также биохимического препарата - Фитоверм в отношении основных вредителей на овощных культур и картофеля. В сочетании с агротехническими мероприятиями удавалось полностью защищать овощные культуры и картофель от вредных организмов, получать высокие урожаи экологической продукции. Необходимо включить изученные препараты в план государственных регистрационных испытаний, расширить спектр их применения на практике.
Ключевые слова: Северо-Запад России, Ленинградская область, овощные культуры, картофель, земляника, вредные насекомые, микробиопрепараты, биологическая эффективность.
В разработанном в 2015 году Государственном стандарте на органическую продукцию приведены средства защиты растений, не имеющие российского происхождения, во многих случаях малоэффективные в борьбе с вредными насекомыми. Также большинство российских биопрепаратов не имеет регистрации против многих вредных насекомых на овощных культурах и картофеле, землянике.
Опытные образцы бацикола, на основе Bacillus thuringiensis Berliner штамм Н 10, нарабатываемого во ВНИИСХМ, изучали в борьбе с крестоцветными блошками (род Phyllotreta) на белокочанной капусте, горчице белой, рапсе, редьке масличной, также на картофеле против колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata Say). Препарат испытывали и на землянике садовой в отношении малин-но-земляничного долгоносика (Anthonomus rubi Herbst), а также на моркови против морковной листоблошки (Trioza apicalis Foerst).
Эффективность немабакта, созданного на основе энто-мопатогенной нематоды Steinernema carpocapsae Weiser, состоящей в симбиозе с бактерией (Eubacteriactae), изучали на белокочанной капусте в борьбе с капустными мухами (Delia brassicae Bouche и Delia floralis Fallen), проволочниками (личинки жуков-щелкунов семейства Elateridae).
В борьбе с проволочниками применяли и опытный образец грибного препарата на основе Metarhizium anisopliae Мейзкп., штамм МАК-1. В 2015 году метаризин официально зарегистрирован на картофеле для использования против проволочников. Лепидоцид, битоксибациллин применяли в борьбе с листогрызущими чешуекрылыми вредителями капусты - капустная моль (Plutella xylostella Ь), капустная (Pieris brassicae L.) и репная (Pieris rapae L.) белянки. Фитоверм использовали для снижения численности свекловичной минирующей мухи (Pegomya hyosciami Ра^.) на столовой свёкле и морковной листоблошки на моркови, против крестоцветных блошек на капусте.
Наибольшая эффективность Бацикола и Битоксибацил-лина наблюдалась в отношении личинок 1-го возраста колорадского жука. Биологическая эффективность достигала 100 %, была сравнима с химическим препаратом Арриво [Максименко и др., 2012]. Немабакт - аналог препарата Энтонем - F, оказался достаточно эффективным в борьбе с проволочниками, если обрабатывать дно борозды при посадке клубней и проливать почву в период бутонизации картофеля. За счёт 2-х кратной обработки удавалось снизить процент повреждённых клубней, определяемых во время уборки урожая, до 5 %. По ГОСТу такой картофель
