CC BY
23
ОТДЕЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ, МЕДИЦИНСКИХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК АН РБ
Организовано в 2006 г. решением Общего собрания АН РБ об объединении трех самостоятельных отделений и преобразовании их в сектора биологических, медицинских и сельскохозяйственных наук.
Академик-секретарь Отделения - чл.-корр. РАСХН, академик АН РБ, д.э.н. У.Г. Гусманов; ученый секретарь - д.с.-х.н. И.А. Аха-това.
Отделение осуществляет научное обеспечение жизненно важных направлений народного хозяйства республики - природопользования, медицины и сельского хозяйства.
Кураторы исследований: в области сельскохозяйственных наук - акад. АН РБ УГ. Гусманов, биологических - чл.-корр. АН РБ Э.К. Хус-нутдинова, медицинских - акад. АН РБ В.М. Ти-мербулатов.
Научно-методическое руководство исследованиями в Отделении осуществляют 10 научных советов, объединяющие в своих составах ведущих ученых и специалистов в соответствующих областях науки.
В состав Отделения биологических, медицинских и сельскохозяйственных наук входят:
академики АН РБ: М.Т. Азнабаев (офтальмология), В.А. Вахитов (молекулярная биология и биотехнология), Н.Г. Гатауллин (хирургия), У.Г. Гусманов (экономика), Р.Ш. Магазов (эпидемиология), В.М. Тимербулатов (хирургия);
члены-корреспонденты АН РБ: А.Б. Баки-ров (терапия), Р.М. Баширов (механизация с.-х. производства), Ш.Х. Ганцев (онкология), Р.Р. Исмагилов (аграрные науки), Ф.Х. Камилов (биохимия), Л.М. Карамова (гигиена), Б.М. Мир-кин (биология), В.В. Плечев (хирургия),
Члены Отделения биологических, медицинских и сельскохозяйственных наук. 2009 г. Вестник Академии наук РБ. 2011. Том 16, № I
В.Г. Сахаутдинов (хирургия), Ф.Х. Хазиев (почвоведение), З.М. Хасанова (биология), Э.К. Хуснутдинова (генетика);
почетные академики АН РБ: H.A. Борисова (неврология), Ф.Ш. Гарифуллин (земледелие), Д.Н. Лазарева (фармакология), Р. Г. Минибаев (ботаника), Б.И. Пошкус (экономика), В.И. Фи-синин (зоотехния), Г.З. Хазиев (ветеринария);
доктора наук: М.М. Алсынбаев (иммунология), М.М. Бикбов (офтальмология), H.H. Ворошилова (микробиология), И.И. Габитов (механизация), В.А. Зыкин (агрономия), А.И. Мелен-тьев (биология), В.П. Путенихин (ботаника), Ф.Х. Сиразетдинов (животноводство), Я.Т. Суюн-дуков (экология), В.М. Шириев (ветеринария).
В бюро Отделения биологических, медицинских и сельскохозяйственных наук работают:
У.Г. Гусманов - акад. АН РБ, чл.-корр. РАСХН, академик-секретарь Отделения; И.А. Ахатова- д.с.-х.н., уч. секретарь Отделения; М.М. Бикбов- д.м.н., директор УфНИИ ГБ; В.А. Вахитов- акад. АН РБ, директор ИГБ УНЦ РАН; И.И. Габитов- д.т.н., ректор ФГОУ ВПО БГАУ; А.И. Мелентьев- д.б.н., директор ИБ УНЦ РАН; В.М. Тимербулатов- акад. АН РБ, ректор ФГОУ ВПО БГМУ; Э.К. Хуснутдинова -чл.-корр. АН РБ, зав. отделом ИГБ УНЦ РАН; В.М. Шириев- д.б.н., директор ГНУ Баш-НИИСХ РАСХН.
Сектор биологических наук
В XXI в. наиболее динамичное развитие наблюдается по биологическим наукам. Это связано с насущными проблемами человечества, среди которых особенно актуальны задачи современной экологии, здравоохранения, а также продовольственного обеспечения населения. Учитывая эти факторы, руководство Республики Башкортостан и Академии наук РБ уже с первых дней создания Академии поддержало направление биологических наук в регионе необходимыми бюджетными ресурсами.
С 13 сентября 1995 г. стало функционировать Отделение биологических наук, академиком-секретарем являлся чл.-корр. АН РБ Ф.Х. Хазиев.
В 2006 г. с созданием Отделения биологических, медицинских и сельскохозяйственных наук ответственность за оперативное руководство сектором биологических наук была возложена
на чл.-корр. АН РБ Э.К. Хуснутдинову; ученый секретарь сектора - к.б.н. Ю.Ю. Федорова.
В состав сектора входят 1 академик, 3 члена-корреспондента и 3 почетных академика АН РБ, 3 доктора наук. Функционируют 2 научных совета: по проблемам общей биологии (председатель - чл.-корр. АН РБ Ф.Х. Хазиев, ученый секретарь - д.б.н. А.Р. Ишбирдин) и проблемам физико-химической биологии (председатель - чл.-корр. АН РБ Э.К. Хуснутдинова, ученый секретарь - д.б.н. Н.Н. Круг-лова).
Ведущими направлениями исследований является разработка
- биоразнообразия естественных и антропогенных экосистем, системы его сохранения;
- биоресурсного потенциала РБ (флора, фауна, почвы): оценка состояния, сбалансированное использование, охрана, воспроизводство;
- физиолого-биохимического механизма устойчивости и адаптации растений к неблагоприятным факторам среды, в т.ч. к болезням;
- молекулярно-генетических особенностей наследственных заболеваний и индивидуальной чувствительности к лекарственным препаратам в популяциях народов Башкортостана;
- молекулярно-биологических механизмов функционирования живых систем и создания биотехнической продукции.
Действуют научные школы по: молекулярной биологии (акад. АН РБ В.А. Вахитов), геоботанике (чл.-корр. АН РБ Б.М. Миркин),
Члены сектора биологических наук Слева направо: первый ряд - чл.-корр. АН РБ: Ф.Х. Хазиев, Э.К. Хуснутдинова, Б.М. Миркин; второй ряд - акад. АН РБ В.А. Вахитов, д.б.н.: Р.И. Ибрагимов, А.И. Мелентьев, В.П. Путенихин
почвоведению (чл.-корр. АН РБ Ф.Х. Хази-ев), популяционной и медицинской генетике человека (чл.-корр. АН РБ Э.К. Хуснут-динова), индустриальной дендроэкологии (д.б.н. А.Ю. Кулагин) .
Сектор по линии ГНТП РБ курирует научную деятельность Института биологии, Института биохимии и генетики, Ботанического сада-института УНЦ РАН, Башкирского государственного университета, Башкирского государственного природного заповедника, Башкирского государственного педагогического университета имени М.Акмуллы, Сибай-ского и Стерлитамакского филиалов АН РБ (ныне, соответственно, Институт региональных исследований АН РБ и Институт прикладных исследований АН РБ)
Важнейшие результаты исследований
Выявлены молекулярные механизмы дифференциальной экспрессии генов рРНК в геномах межвидовых гибридов растений. В межгенном спейсере доминирующих ядрышковых организаторов (ЯО) идентифицирован новый тип повторов, высокогомологичный коровому промотору рДНК и обладающий большим сродством к факторам транскрипции. В промоторах генов рРНК, супрессируемых ЯО, обнаружено отсутствие канонического ТАТА-бок-са и впервые экспериментально установлена инициация транскрипции генов рРНК со слабых ЯО. У видов растений, резко отличающихся активностью ЯО, выявлены разный тип и уровень метилирования цитозиновых остатков в рДНК. Обнаружены особенности структур-
Рис. I. Разработка и внедрение методов ДНК-диагностики наследственных заболеваний в Республике Башкортостан
но-функциональной организации генов холо-дового шока, лектинов растений; генов термостабильной ДНК-полимеразы, липазы, цикло-декстринглюканотрансфераз микроорганизмов; генов нуклеокапсидного белка, гликопро-теинов GI и G2 вируса геморрагической лихорадки с почечным синдромом. Создан прототип ДНК-вакцины против данного вируса (акад. АН РБ В.А. Вахитов, д.б.н. А.В. Чеме-рис, ИБГ УНЦ РАН).
С учетом этнической принадлежности проведено молекулярно-генетическое изучение ряда моногенных наследственных и многофакторных заболеваний в Республике Башкортостан. Определены спектр и частота мутаций в генах муковисцидоза, фенилкетонурии, болезни Вильсона-Коновалова, гемофилии А, миоди-строфии Дюшенна, несиндромальной аутосом-но-рецессивной глухоты, гемохроматоза, спи-нальной амиотрофии, наследственных форм болезни Паркинсона, врожденных миастени-ческих синдромов, синдрома Марфана, миото-нической дистрофии, хореи Гентингтона, ауто-сомно-доминантных спиноцеребеллярных атаксий, галактоземии, нейросенсорной тугоухости и миодистрофии Дюшенна/Беккера, пигментного ретинита, адреногенитального синдрома, гипотиреоза, выявлены ассоциированные с мутациями аллели и гаплотипы сцепленных с генами полиморфных ДНК-локусов. Разработаны и внедрены в практику медико-генетического консультирования Республики Башкортостан алгоритмы ДНК-диагностики IS наследственных болезней (рис.1). Проведен анализ полиморфизма более 200 генов-кандидатов для ряда заболеваний сердечно-сосудистой системы, рассеянного склероза, сахарного диабета, заболеваний бронхолегочной системы (бронхиальной астмы, ту-буркулеза, хронического об-структивного бронхита, эмфиземы легких, рецидивирующего бронхита), некоторых социально значимых и психических заболеваний - алкогольного психоза, наркомании, суицидального поведения, умственной отсталости, эпилепсии, шизофрении.
Наиболее значимые результаты получены при изуче-
нии генетической предрасположенности к бронхиальной астме, проведенном на основе полногеномного анализа - исследования ассоциации 610 тыс. полиморфных вариантов генов у 330 больных и 343 здоровых индивидов русской, татарской и башкирской этнической принадлежности, проживающих в РБ.
Полученные результаты рекомендованы лечебно-профилактическим учреждениям РБ для оптимизации лечения больных с многофакторной патологией с учетом наследственной предрасположенности человека.
Проведен эпидемиологический анализ груза и спектра наследственной патологии в Республике Башкортостан с учетом особенностей генетической структуры по данным полиморфных ДНК-маркеров. Получены данные по отя-гощенности аутосомно-доминантной, аутосом-но-рецессивной и Х-сцепленной наследственной патологии в семи районах РБ. Проведенный анализ показал, что в башкирской популяции формирование груза наследственных болезней находится в зависимости от уровня генетической подразделенности популяций и, следовательно, от генетического дрейфа генов. На основании полученных результатов создана основа для разработки регионального регистра наследственных болезней Республики Башкортостан (чл.-корр. АН РБ Э.К. Хус-нутдинова, ИБГ УНЦ РАН).
Установлено, что один из классов гормонов растений - цитокинины - служат внутренним сигналом, с помощью которого корни контролируют функциональную активность надземных органов, в частности, препятствуют процессам старения листьев. В ходе цикла фундаментальных работ по выяснению зависимости физиологической активности цитокининов и их синтетических аналогов от структуры молекулы сформулированы основные критерии, определяющие цитокининовую активность органического соединения. Доказано участие протеинкиназ в передаче гормональных сигналов в растении. Открыты и изучены гормональная регуляция формирования фотосинтетического аппарата растений, активация цитокинином структурной и биохимической дифференци-ровки хлоропластов и ее угнетение гормоном-антагонистом - абсцизовой кислотой. Установлены гены ядерного и хлоропластного
кодирования, отвечающие за гормональную регуляцию биогенеза хлоропластов. Это открывает новые возможности оптимизации фотосинтетического аппарата растений. Открыты ядерный и хлоропластный рецепторы цитокининов (что является приоритетом отечественной науки), обладающие способностью в комплексе с цитокинином регулировать транскрипцию соответственно в ядерной и хлоропластной транскрипционной системах (поч. акад. АН РБ О.Н. Кулаева).
Разработаны новые методы высокочувствительной аплификации нуклеиновых кислот (см. рис. 2).
Разработана препаративная форма адап-тогена нового поколения для медоносной пчелы «Апихос-весна», способствующая при действии на ослабленные пчелиные семьи после весенней выставки появлению активного поведения фуражиров и повышению жизнедеятельности в целом (д.б.н. А.Г. Николенко, ИБГ УНЦ РАН).
Созданы и разрабатываются новые технологии биологического мишень-специфичного in vitro скрининга библиотек химических соединений - кандидатов в лекарства. Использование подобных технологий на ранних стадиях процесса создания новых лекарств сокращает время их выпуска, уменьшает стоимость его разработки и существенно снижает риск выхода на рынок потенциально опасных веществ (акад. АН РБ В.А. Вахитов, д.б.н. Ю.В. Вахи-това, ИБГ УНЦ РАН).
Выявлено, что салициловая кислота (СК) как эндогенный регулятор роста растений проявляет ростстимулирующие и защитные свойства по отношению к разным стрессовым факторам среды (температура, засуха, засоление и др.). Реализация этих эффектов обусловлена перестройкой в гормональной системе растений пшеницы, связанной с параллельным накоплением индолилуксусной (ИУК) и абсцизовой (АБК) кислот, происходящей как при предпосевной обработке семян, так и при обработке вегетирующих растений. Ростстимулирующее действие СК проявляется в результате увеличения уровня ИУК, что приводит к активации роста клеток корней и урожая зерна. Антистрессовое влияние СК реализуется накоплением АБК в растениях, что предшествует усилению экспрессии гена дегидрина и повышению концентрации про-лина, ключевых в осмопротекции клеток со-
A.B. Чемерис, д.б.н. Институт биохимии и генетики УНЦ РАН
Новая технология конвекционной полимеразной цепной реакции (ПЦР)
Предложен новый способ проведения ПЦР с наклонным градиентом температур и с детекцией по конечной точке.
Конвекционная ПЦР за счет наклонного градиента температур идет 1-2 мин., вместо стандартных 1-2 ч.
ПЦР с 80-х годов XX в. быстро стала методом №1 в биологии и медицинской диагностике. В мире предложено множество вариаций и модификаций этой реакции, которые, однако, существенно уступают методам, разработанным в лаборатории молекулярной биологии и нанобиотехнологии ИБГ УНЦ РАН.
Рекуррентная ПЦР в «реальном времени»
Разработана новая цепная реакция амплификации нуклеиновых кислот, названная рекуррентной (РЦР). Ее отличают особая организация праймеров в виде дуплицированных последовательностей и использование термостабильной ДНК полимеразы со смещающей цепь ДНК-активностью. Благодаря этому Р-ПЦР уже к 20-му циклу опережает стандартную ПЦР по накоплению целевого продукта на S порядков!
Схема приложения точек нагрева для денатурации ДНК и для отжига
праймеров ^-70°С)
Электрофорез продуктов конвекционной ПЦР:
1 - праймеры;
2 - продукты ПЦР
Краткая схема протекания рекуррентной цепной реакции
Рис. 2. Разработка новых методов высокочувствительной амплификации нуклеиновых кислот
единений. Кроме того, CK обладает антиок-сидантным свойством и эффектом ускорения лигнификации клеточных стенок корней проростков. Все это способствует снижению степени повреждающего действия стрессовых факторов на растения в результате их предадаптации к стрессовым воздействиям (д.б.н. Ф.М. Шакирова, ИБГ УНЦ РАН).
Разработаны и синтезированы препараты природного происхождения «Стифун», а также его аналоги серии ИБГ - регуляторы роста и развития сельскохозяйственных культур. Проведены исследования их антистрессовых свойств при негативном действии ионов кадмия, гипотермии, хлоридного засоления и гербицидов на ранних этапах роста растений.
Установлено, что регулятор роста ИБГ-31М оказывает широкий спектр положительных эффектов: снижает аккумуляцию кадмия у мягкой пшеницы и кукурузы и уменьшает его кластогенное и анеугенное действие на растения лука-батуна; предотвращает снижение уровня отдельных форм цитокининов при ро-стингибирующем действии ацетата кадмия и ингибирование гербицидами биосинтеза белка и ростовых параметров растений; увеличивает продуктивность пшеницы и снижает развитие и распространенность ряда болезней. Регуляторы роста ИБГ-6, ИБГ-32, ИБГ-42, а также известные препараты «эпин-экстра» и «новосил» повышают амилазную, протеиназ-ную активность, а также активность ингибиторов трипсина у проростков пшеницы, предотвращая их ингибирование в условиях хло-ридного засоления и кадмиевого стресса (к.б.н.: О.И. Яхин, И.А.Яхин, ИБГ УНЦ РАН).
Выявлены четыре маркера бесполосемен-ного размножения у североамериканского эндемика боечера из семейства крестоцветных и определены их нуклеотидные последовательности, при этом один из маркеров оказался высокоспецифичным, а три других имели гомологию в геномах других представителей семейства крестоцветных (к.б.н. Г.А. Геращен-ков, ИБГ УНЦ РАН).
Разработаны научные основы оптимизации применения антистрессовых природных препаратов в онтогенезе яровой/озимой пшеницы (рис. 3). В научно-внедренческом предприятии «БашИнком» совместно с учеными Башкортостана и других регионов России разработана и предложена производителям технология антистрессового высокоурожайного
земледелия (АВЗ-технология). Налажено производство двух природных препаратов: Гуми - на основе гуминовых кислот, сходных с гу-миновыми веществами почв, и Фитоспорина-М - на основе активного штамма бактерии Bacillus subtilis 26D. Предлагаемые антистрессовые биопрепараты частично компенсируют сниженную устойчивость высокоурожайных сортов культурных растений к неблагоприятным природным факторам благодаря применению в критические периоды роста и развития растений в дополнение к современным химическим средствам защиты растений (д.б.н. И.В. Максимов, к.б.н. Ш.Я. Гилязетдинов).
В рамках исследований, направленных на расшифровку молекулярных механизмов формирования устойчивости растений к патогенам и поиск различных молекул для индуцирования иммунного ответа в растительных тканях, обнаружено специфическое взаимодействие некоторых индуцируемых патогенами, их метаболитами и сигнальными молекулами изопероксидаз растений с ацетильными группами полисахаридов клеточных стенок патогенов. Это позволило выдвинуть гипотезу о наличии специфических механизмов локального узнавания и обезвреживания патогенов при участии оксидоредуктаз. Выявлена важная роль каталаз и хитиндезацетилаз грибных патогенов, в последующем противодействующих явлению локального окислительного взрыва и позволяющих им успешно паразитировать на растениях. Впервые выявлено, что активация анионных пероксидаз пшеницы, характеризующихся сродством к хитину клеточных стенок патогенных грибов, под влиянием индукторов устойчивости вызывает по-
каллусы пшеницы инфицировании грибом ТШспа сап«
Рис. 3. Устойчивость растений к грибным патогенам и ее активация
(шиита К.1СТЧЖ от
Лкмшацпя анионных
ни i.iviK l пин i нши.!\
мтпклк'ц^фпчпых пероксидаз
форм кислорода.
при i рионом иатогаиме
UM1I№ CHI« активное! II
OKUIJÜTOKU! IU H.I.
хитин-специфичной
MCpOKL'M, UTiM
вышение устойчивости растений к болезням (д.б.н. И.В. Максимов).
Установлено, что защитный механизм химических и природных индукторов устойчивости растений обусловлен их участием в генерации перекиси водорода, перестройкой гормонального баланса, индукцией экспрессии генов оксалатоксидазы и анионной перокси-дазы, повышенным синтезом лигнина. Созданы длительно культивируемые совместные культуры изолированных тканей и клеток сельскохозяйственных растений с возбудителями грибных болезней для изучения клеточных механизмов фитоиммунитета. Совместные культуры растений с фитопатогенами предложено использовать для оценки защитного действия индукторов устойчивости. Определена возможность сохранения поствегетативной устойчивости к патогенам у картофеля после обработки препаратом Фитоспорин-М. При этом механизм индукции защитных систем под влиянием действующего начала этого препарата - эндофитной бактерии Bacillus subtilis штамм 26Д был связан с активацией патоген-индуцируемых анионных пероксидаз (рис.4). Полученные данные по активации функционирования защитных белков различными индукторами устойчивости, в т.ч. и на основе живых бактерий, позволят сформировать новое направление в растениеводстве, связанное с формированием у растений свойств индуцированной иммунности к патогенам и вредителям (д.б.н.: И.В. Максимов, Л.Г. Яруллина, Н.Б. Трошина, Р.М. Хайруллин).
Выделены чистые культуры более 700 штаммов клубеньковых бактерий из клубеньков следующих видов бобовых растений: Vicia pisiformis, V. sylvatica, Lathyrus litvinovii, L. sylvestris, L. pisiformis, L. palustris, L. pratensis, L. tuberosus, L. vernus, L. pallescens, L. gmelinii. Проведена паспортизация, исследование генетического разнообразия коллекции штаммов микроорганизмов, а также определено их таксономическое положение путем секвенирования фрагментов генов 16S рРНК. Исследован плазмидный состав клубеньковых бактерий чины весенней, чины Гмелина и чины болотной. Подобраны и синтезированы флуоресцентно меченые оли-гонуклеотидные праймеры к симбиотическим генам исследуемых ризобий. С помощью гибридизации с ампликонами, полученными при помощи ПЦР с флуоресцентно мечеными
праймерами, в плазмидном профиле бактерий идентифицированы sym плазмиды (к.б.н. Ан.Х. Баймиев).
При изучении механизмов молекулярной фиксации азота воздуха клубеньковыми бактериями бобовых установлено, что углеводс-вязывающие домены аминокислотной последовательности лектинов (26 видов из 18 родов семейства бобовых) имеют сходную структурную характеристику при симбиозе с одинаковыми ризобиями. Получены композитные растения люцерны, гороха, астрагала, облепихи и рапса, состоящие из нетрансгенной надземной и трансгенной по химерным генам лектинов под-
Развитие «бородатых корней» на рапсе: через 2 недели после инокуляции проростков АдгоЬа^епит гЫгодепеэ
¿S
Корневые волоски на трансгенных по гену лектина гороха «бородатых корнях» рапса, обработанных природным микросимбионтом гороха 1едит1позагит ьу. у1аае
Рис. 4. Микрофотографии колонизации ризобиями поверхности корней бобовых растений (световой микроскоп)
земной частей. У новой формы облепихи акти-норизные симбионты из актиномицетов рода Frankia функционируют на корневой системе наряду с новообразованными клубеньками ри-зобий из бобовых культур. Получены трансгенные по гену легоглобина А (Lba) сои «бородатые» корни на рапсе (Brassica napus var. napus L.). Впервые показана возможность формирования клубенек подобных структур ризобиями на трансгенных по гену лектина корнях актино-ризных растений, что дает обнадеживающие предпосылки для использования трансгенных растений, несущих гены лектинов для создания и модификации симбиотических систем (д.б.н. А.Х. Баймиев).
В рамках изучения механизмов действия уже известных и новых лекарственных средств, в частности афобазола, ладастена и ноопеп-та, с использованием метода гибридизации на биочипах выявлены гены и белки - мишени «Ладастена» и «Афобазола», что позволило обосновать механизмы реализации нейротропного и иммуно-тропного действия веществ. Охарактеризовано влияние ладастена на метилирование цитозина в Срв-динуклеотидах в про-моторной области гена ти-розингидроксилазы. Показано, что препарат вызывает селективное демети-лирование цитозина в сайтах связывания транскрипционных факторов. Выявлена способность ноопепта частично предотвращать гибель клеток при моделировании индуцированной нейротоксич-ности in vitro и оказывать нормализующее влияние на патогенетически значимые мишени, специфичные для болезни Альцгей-мера. Полученные данные обосновывают перспективность исследования «Ноопепта» в качестве нейропротектора с ноот-ропной активностью для
терапии нейродегенеративных заболеваний, сопровождающихся когнитивным дефицитом (д.б.н. Ю.В. Вахитова, ИБГ УНЦ РАН).
Разработана модель инфекционного стресса у насекомых, согласно которой кратковременный стресс позволяет диагностировать физиолого-биохимический статус и степень устойчивости пчелиных семей к неблагоприятным условиям среды. Данные показатели являются стабильными маркерами подвидо-вой принадлежности, позволяющими выявить индивидуальный адаптивный потенциал пчел в данных климатических условиях. Показаны подвидовые различия в характере иммунного ответа аборигенных (башкирских) пчел и инт-родуцированных южных рас (д.б.н. Е.С. Салтыкова, ИБГ УНЦ РАН).
На основе полиморфизма ядерной и мтДНК проведён полномасштабный геногеографичес-
Рис. S. Геногеографический анализ бурзянской популяции тёмной лесной пчелы
кий анализ бурзянской популяции темной лесной пчелы (рис^). Определены границы ареала, выделены генетически хорошо различимые центральная и периферическая зоны популяции. Установлено, что в большинстве регионов Республики Башкортостан башкирская популяция пчелы представляет собой гибридную зону, доля которой варьирует в пределах S8 - 99 %. Из общей картины выделяется Бурзянский район, где гибридные семьи не превышают 14 %. На территории республики сохранился один генетический резерват башкирской популяции -в заповеднике «Шульган-таш» и на прилегающих территориях. Показана высокая степень генетического родства бортевых пчел с пасечными пчелиными семьями в пределах всего ареала популяции. Выделены требующие особого контроля основные направления интрог-рессии генов южных подвидов. Установлено, что естественный трутневый фон центральной зоны популяции активно участвует в формировании ее периферической зоны и, помимо географической изоляции и антропогенного фактора, обеспечивает генетическую стабильность этой популяции (д.б.н. А.Г. Николен-ко, ИБГ УНЦ РАН).
Исследуется возникновение и распространение устойчивости к инсектицидам в популяциях опасного вредителя картофеля - ко-
Устойчивость к инсектицидам:
Актеллик Моспилан, актара Децис, сэмпай Регент Банкол
Рис. 6. Картирование устойчивости к различным инсектицидам популяций жука на территории Башкортостана
лорадского жука на территории Республики Башкортостан (рис. 6). Проводится ежегодный мониторинг, позволяющий оценить соотношение устойчивых и чувствительных особей в обследуемых регионах (более 40 районов РБ). Выявлены мутации, обусловливающие устойчивость к ряду инсектицидов, ведется дальнейший поиск молекулярно-генетических и фенетических маркеров устойчивости. Выясняются особенности формирования взаимодействий между хищниками и патогенами (д.б.н. Г.В. Беньковская, ИБГ УНЦ РАН).
По проблеме агроэкологии разработана концепция экологического императива агро-экосистем, принципы и компьютерное обеспечение экологической оптимизации отраслевой структуры с.-х. предприятий. Создана син-таксономия растительности заповедников Башкортостана и других охраняемых территорий. Выявлены причины высокого биоразнообразия флоры и растительности на Южном Урале - экотонный эффект регионального масштаба, порождаемый стыком разных ботани-ко-географических районов, наличием высотной поясности и историей формирования растительности (чл.-корр. АН РБ Б.М. Миркин).
Выдвинута и обоснована системно-экологическая концепция формирования и функционирования ферментативного потенциала почв, которая признана в качестве научной основы экологической почвенной энзи-мологии. Установлены закономерности связи ферментативной активности почв с их свойствами. Показано, что ферментативная активность адекватно отражает уровень плодородия почвы и регулируется приемами аг-ротехнологии.
Разработаны агроэкологи-ческие принципы воспроизводства и поддержания плодородия почв, основанные на оптимизации структуры, биогеохимических циклов, гидрологических режимов и сохранении высокого биологического разнообразия в агроэкосистемах; определены оптимальные параметры плодородия основных типов почв и технологичес-
кие нормативы их соблюдения. Показано, что почвы выполняют роль генератора и хранителя биоразнообразия в наземных экосистемах, что является одной из важнейших ее экологических функций (чл.-корр. АН РБ Ф.Х. Хазиев).
Обоснована система агроландшафтного земледелия и установлены агрофизические особенности почв отдельных районов Башкортостана, представленные в ряде монографий. Завершены исследования по выявлению эффективности известкования выщелоченных черноземов и повышению урожайности важнейших сельскохозяйственных культур (д.б.н. И.К. Ха-биров, ИБ УНЦ РАН, поч. акад. АН РБ Ф.Ш. Га-рифуллин).
Разработана комплексная технология биологической рекультивации почв и грунтов, загрязненных сырой и товарной нефтью, направленная, главным образом, на повышение самовосстанавливающей способности почвы за счет активизации аборигенной почвенной микрофлоры. Технология включает следующие основные этапы: рыхление почвы, внесение минеральных и органических удобрений, биостимуляторов, почвенных микроорганизмов, обработку нефте-окисляющими биопрепаратами, посев бобовых сидератов. При высоком уровне засоления и осолонцевания загрязненной нефтепромысловыми растворами почвы дополнительно проводится гипсование и промывание пресной водой, а при наличии нефтяных шламов - структурооб-разователями, разбавителями и дополнительными биостимуляторами (д.б.н. И.М. Габбасо-ва, чл.-корр. АН РБ Ф.Х. Хазиев, ИБ УНЦ РАН).
С помощью методов иммунобиотехнологии и молекулярной биологии исследуются механизмы, лежащие в основе формирования продуктивности и устойчивости растений, изучается роль фито-гормонов в локальной и системной реакции растений на внешние воздействия. Определены механизмы быстрых изменений концентрации фитогормонов в растениях при различных стрессовых условиях за счет согласованной регуляции процессов синтеза, транспорта и их метаболизма в органе-мишени. Эта реакция играет важную роль в приспособлении растений к постоянно и резко изменяющимся условиям среды. Показана роль гормонов в регуляции водного обмена как за счет закрытия устьиц и ограничения испарения воды листьями, так и за счет и усиления притока воды из корней. Выявлен механизм гормональной регуляции ростовой реакции растений на концентрацию и распределение макроэлемен-
тов в среде обитания корней и его значение в формировании устойчивости растений (В.К.Трапезников, Л.Б. Высоцкая, И.И. Иванов). Показана важная роль изменения экспрессии генов, кодирующих белки клеточной стенки и водных каналов, в поддержании роста растений при дефиците воды (Д.С. Веселов). Совместно с проф. С.Ю. Веселовым (БашГУ) разработан метод им-мунолокализации с использованием антител, меченных наночастицами золота, открывающий новые возможности для изучения действия фи-тогормонов на клеточном уровне. Совместно с сотрудниками лаборатории прикладной микробиологии у бактерий из рода Bacillus обнаружена способность продуцировать цитокинины и продемонстрировано повышение продуктивности и устойчивости растений при их инокуляции в ризосферу (Т.Н. Архипова, д.б.н. Г.Р. Кудоярова, лаборатория физиологии растений ИБ УНЦ РАН).
Установлено, что при лесной рекультивации отвалов горнодобывающей промышленности срок восстановления биологической продуктивности сокращается на 15-20 лет.
Реализуется научно-производственная программа по лесной рекультивации промышленных отвалов Предуралья, Южного Урала и Зауралья, которая предусматривает наиболее полное использование эколого-биологических особенностей лесообразующих древесных пород и существенное уменьшение затрат на горнотехническую рекультивацию отвалов горнорудной и угледобывающей промышленности Южного Урала и сопредельных территорий (д.б.н. А.Ю. Кулагин, ИБ УНЦ РАН).
Разработаны методологические и методические основы культуры in vitro пыльников пшеницы. Выявлена критическая стадия, оптимальная для переключения программы развития с гаметофитной на спорофитную и получения гаплоидных растений-регенерантов различными путями морфогенеза. Дана цито-гистологическая характеристика статуса всех тканей пыльника в критической стадии развития: морфогенная микроспора, многоклеточная структура, эмбри-оид и каллус. Биотехнология культуры in2 vitro пыльников рекомендована к использованию в селекционном процессе яровой мягкой пшеницы (д.б.н. Н.Н. Круглова, ИБ УНЦ РАН).
В Министерствве сельского хозяйства РФ зарегистрированы биоудобрение «Азолен» и биофунгицид «Елена», допущенные к обороту на территории РФ (рис. 7). Промышленное производство этих биопрепаратов осуществляет-
Рис. 7. Стимулирующее воздействие биофунгицида «Елена» на растения озимой пшеницы (контроль - слева)
ся в ЗАО НПП «Биомедхим» (г. Уфа). Новый регулятор роста растений Бациспецин БМ проходит регистрационные испытания. Разработаны и запатентованы в РФ новый продуцент экзо-полисахарида и новый способ получения экзо-полисахарида альгинатного типа. Эти разработки будут использованы для получения биопрепаратов с пролонгированным действием (д.б.н.: А.И. Мелентьев, О.Н. Логинов, ИБ УНЦ РАН).
Разработаны, апробированы и внедрены в практическое лесоводство модели постоянного лесопользования в рекреационных лесах и разновозрастных лесных сообществах. Обоснован принцип целевой функции при формировании высокопродуктивных нектарных липняков. По лесоводственно-таксационным и фенотипи-ческим характеристикам выделены S типов не-ктаропродуктивности липы сердцевидной. С учетом различий по нектарной продуктивности насаждений показана возможность ускорения цветения и плодоношения липняков при интенсивных рубках ухода (д.с-х.н. А.Ф. Хайретдинов, Ботанический сад-институт УНЦ РАН).
Разработаны мероприятия по селекционному улучшению и сохранению генофонда лесо-образующих древесных растений на популяци-онно-генетической основе. Для использования в лесном хозяйстве создана и внедрена технология закладки межпопуляционных гибридно-семенных плантаций и лесных культур хвойных пород. С целью выведения местных высокоадаптированных сортов деревьев и кустарников осуществляется репродукция природных декоративных форм древесных растений Рекомендован расширенный зональный ассорти-
мент новых древесно-кустарниковых растений-интродуцентов для использования в озеленении населенных пунктов. Предложена процедура многоэтапного вегетативного размножения трудноукореняемых видов древесных растений для массового получения посадочного материала. (д.б.н. В.П.Путенихин, Ботанический сад-институт УНЦ РАН)
На основе изоферментных молекулярных маркеров установлены внутривидовая генетическая изменчивость и дифференциация основных лесообразующих видов хвойных - сосны обыкновенной, лиственницы Сукачева и ели сибирской на Урале. Выявлена закономерность увеличения генетического разнообразия лиственницы Сукачева на Урале в условиях высокогорий и в северном направлении (д.б.н. З.Х. Шигапов, Ботанический сад-институт УНЦ РАН).
Разработаны новые методы оценки состояния и мониторинга биологических систем организменного и популяционного уровней. С истользованием геоинформационных технологий создается база данных для оценки многолетней динамики биологических систем заповедников республики: популяций редких и исчезающих видов растений, популяции бортевой пчелы и ее кормовой базы.
Предложены оригинальные подходы к оценке стратегий жизни редких видов растений, основанные на анализе целостности морфологической структуры, определяемой условиями роста и развития. По характеру направленного изменения уровня морфологической интеграции в комплексном экологическом градиенте установлено четыре типа реагирования растений на стресс. Выявленные закономерности адаптивных морфогенетических реакций на стресс являются новыми для науки и открывают перспективные направления в изучении стратегий жизни растений. Новая методология используется для оценки состояния и мониторинга популяций редких видов на особо охраняемых природных территориях, а также адаптивности сортов сельскохозяйственных растений (д.б.н. А.Р. Ишбирдин, БашГУ).
Составлен перечень пресноводных водорослей водоемов РБ с указанием их местообитаний и экологических характеристик. В бен-тосной альгофлоре водоемов в районе санаториев «Ассы» и «Красноусольск» описано 457 их видов и разновидностей. Большая численность и обилие видов альгокомплекса свиде-
тельствуют о существенном значении водорослей в формировании лечебно-оздоровительных биотопов (поч. акад. АН РБ Р. Г. Миниба-ев, БашГУ).
Обобщены результаты исследований биоразнообразия фауны республики и факторов его устойчивости. Описан ряд видов редких животных, составлен 3-й том Красной книги Республики Башкортостан (д.б.н. М.Г. Баянов, БашГУ).
На основе изучения биологии галофитных (солеустойчивых) растений в природных условиях Башкортостана впервые выявлено их видовое разнообразие в регионе и разработаны экологические основы его сохранения в условиях Южного Урала (д.б.н. Д.Н. Карпов , Институт прикладных исследований АН РБ).
Разработаны фитомелиоративные приемы восстановления эродированных почв Зауралья путем создания агростепей и возделывания многолетних трав. За Ю-^-летний период по своим свойствам почва достигает уровня целинных: уменьшается плотность, возрастает пористость, повышается водопрочность структурных агрегатов, прекращается эрозия. Установлено преимущество злаковых многолетних трав из естественных сообществ Зауралья, которые способствуют увеличению содержания гумуса, количества водопрочных структурных агрегатов в связи с большой массой корней (д.б.н. Я.Т. Суюндуков, Институт региональных исследований АН РБ).
При исследовании генетических и физиоло-го-биохимических механизмов онтогенетической резистентности растений пшеницы к возбудителям грибных болезней установлено, что наиболее эффективным способом подавления фитопатогенеза является создание высокоустойчивых сортов. Важнейшими источниками генетических систем при выведении новых сортов, устойчивых к возбудителям твердой головни и корневых гнилей, служат дикие сородичи пшеницы; кроме того, возможно использование для этих целей в качестве доноров ряда местных сортов пшеницы. При этом следует учитывать тот факт, что расовый состав, например, возбудителя твердой головни определяется особенностями регионов и возделывае-
Рис. 8. Анализ риска развития болезней сердечно-сосудистой системы и разработка рекомендаций для продления активного долголетия
мых сортов (к.б.н. РФ. Исаев, Башкирский государственный аграрный университет).
Охарактеризованы особенности липидного спектра сыворотки крови сельских и городских жителей Республики Башкортостан. Выявлены особенности молекулярно-генетической природы ишемической болезни сердца, эссенциаль-ной гипертензии, сахарного диабета типа I, рассеянного склероза (рис. 8). Создана коллекция ДНК долгожителей Республики Башкортостан. Выявлены аллельные варианты генов, ассоциированные с заболеваниями, старением и долголетием (д.б.н. О.Е. Мустафина, ИБГ УНЦ РАН).
Получены данные о частоте функционально значимых полиморфных маркеров генов системы цитохрома P4S0 у русских, татар и башкир, проживающих в Республике Башкортостан. Проведен сравнительный анализ по частотам генотипов, аллелей и гаплотипов изученных генов в различных популяциях мира. Проводится анализ ассоциаций функциональных полиморфных вариантов данных генов с рядом патологических состояний, характеризующих адаптацию организма человека к факторам окружающей среды. Проведена оценка вклада генов системы цитохрома P4S0 в формирование экологически зависимых заболеваний - токсического гепатита у рабочих нефтехимических производств, профессионального бронхита, хронической обструктивной болезни легких, патологии органов дыхания у детей, алкогольной болезни печени и цирроза печени, эн-дометриоза, гемобластозов у детей, хроническо-
го лимфолейкоза и множественной миеломы, рака мочевого пузыря. Показано, что генетически запрограммированные нарушения в функционировании систем активации и метаболизма ксе-но- и эндобиотиков, в т.ч. и генов системы цитох-рома Р450, могут послужить пусковым механизмом развития токсического поражения организма, развития многофакторной патологии и онкологических заболеваний. Выявлены молекуляр-но-генетические маркеры наследственной предрасположенности к профессиональным заболеваниям рабочих нефтехимических производств, внедрены в лечебную практику способы прогнозирования течения патологии органов дыхания, острых гнойно-септических заболеваний, ге-мобластозов и молекулярных нарушений репродукции (д.б.н. Т.В. Викторова, УНЦ РАН).
Большинство из названных выше разработок выполнены в проектах РФФИ - РБ «Аги-дель» - «Поволжье». Часть исследований по этим проектам представлена ниже.
• Молекулярно-генетические основы индивидуальной чувствительности рабочих нефтехимических производств Республики Башкортостан к факторам производственной среды (д.б.н. Т.В. Викторова, ИБГ УНЦ РАН).
• Мобильные генетические элементы как потенциальные маркеры гаметофитного апомик-сиса у форм ВоесИега (семейство Вгазэюасеае) (к.б.н. Г.А. Геращенков, ИБГ УНЦ РАН).
• Физиолого-биохимические и генетические механизмы формирования и проявления устойчивости картофеля к колорадскому жуку (д.б.н. Р.И. Ибрагимов, БашГУ, ИБГ УНЦ РАН, БНИИСХ РАСХН).
• Восстановление и формирование лесных экосистем в критических ландшафтах Башкортостана (д.б.н. А.Ю. Кулагин, БГПУ имени М. Акмуллы).
• Изучение фиторазнообразия травяной растительности Южно-Уральского региона в целях совершенствования системы ее охраны (к.б.н. С.М. Ямалов, БашГУ).
• Особенности адаптивных реакций различных сортов яровой пшеницы и ячменя, районированных в Республике Башкортостан (д.б.н. Р.Г. Фархутдинов, ИБ УНЦ РАН, БНИИСХ РАСХН).
• Популяционные и онтогенетические аспекты стратегий жизни травянистых растений (д.б.н. М.М. Ишмуратова, БашГУ).
• Локализация генофонда башкирской пчелы и генетические процессы в краевых зонах ее популяций (д.б.н. А.П Николенко, ИБГ УНЦ РАН).
• Регенерация растений яровой мягкой пшеницы в культуре in vitro андроклинного каллуса и проблема закрепления гетерозис-ного эффекта (д.б.н. H.H. Круглова, ИБ УНЦ РАН, БНИИСХ РАСХН).
• Исследование мобильного генома на примере человека и дрозофилы (д.б.н.: В.Ю. Горбунова, А.И. Ким, БГПУ имени М. Акмуллы).
• Молекулярно-генетические маркеры (MAS) в селекции крупного рогатого скота в Республике Башкортостан (д.б.н. И.Ю. Долматова, БГАУ).
• Комплексная биоремедиация нефтезаг-рязненных объектов с использованием микробных препаратов разнонаправленного действия (д.б.н. О.Н. Логинов, ИБ УНЦ РАН).
• Конвекционная ПЦР (д.б.н. А.В. Чемерис, ИБГ УНЦ РАН).
Потенциал аэробных эндоспорообразу-ющих бактерий для разработки новых подходов в терапии дерматомикозов» (д.б.н. А.И. Ме-лентьев, ИБ УНЦ РАН).
Механизм действия и эффективность приемов, направленных на повышение продуктивности и устойчивости растений в условиях Республики Башкортостан (к.б.н. И.И. Иванов, ИБ УНЦ РАН).
• Биоразнообразие клубеньковых бактерий дикорастущих бобовых Башкортостана (к.б.н. А.Х. Баймиев, ИБГ УНЦ РАН).
Международные связи
Сотрудники Института биохимии и генетики УНЦ РАН проводят совместные исследования по проблемам генетики человека с Би-лефельдским университетом (Германия), примат-центром г. Геттингена (Германия), университетом г. Упсала (Швеция), Биологическим центром г. Лиона (Франция). Имеются договоры о научно-техническом сотрудничестве с Калифорнийским университетом (г. Ирвин, США), с Эстонским биоцентром (г. Тарту, Эстония), с Институтом молекулярной генетики имени Макса Планка (г. Берлин, Германия), Университетом Иллинойса (г. Чикаго, США). По проблемам изучения физиологии и биохимии растений - с учеными Швейцарии (Женевский университет), Узбекистана (Институт биоорганической химии УзАН, г. Ташкент), Институтом биоорганической химии НАН Республики Беларусь.
Сотрудники Института биологии УНЦ РАН являются членами Международной ассоциа-
ции исследователей систем размножения растений (1АЗРРК), Европейской ассоциации физиологов растений (БЕвРР) и Европейской ассоциации клеточных культур (ЕТСЭ), Международной ассоциации исследователей растительности (1АУЗ). По проблеме гормональной регуляции растений в условиях обитания совместные исследования проводятся с учеными из Ланкастерского университета (Великобритания) и Вюрцбургского университета (Германия) (д.б.н. Г. Р. Кудоярова).
Лаборатория интродукции древесных растений и ландшафтного озеленения и лаборатория дендрологии и лесной селекции Ботанического сада-института УНЦ РАН участвуют в Международной программе обмена растительным материалом; в рамках программы ведется сотрудничество по обмену семенами растений более чем с S0 ботаническими садами и дендропар-ками России, стран Северной Евразии и Северной Америки (к.б.н. Р.В. Вафин).
Лаборатория дендрологии и лесной селекции и лаборатория генетики и цитологии растений Ботанического сада-института УНЦ РАН сотрудничают в области селекции и интродукции лиственницы с Институтом сельскохозяйственного развития Ямтланда (Швеция, г. Ямтланд) и Хельге-ландским лесным обществом (Норвегия, г. Хель-геланд) (д.б.н.: В.П. Путенихин, З.Х. Шигапов).
Лаборатория фитоценологии и экологии Института прикладных исследований АН РБ развивает сотрудничество с кафедрой ботаники Западно-Казахстанского государственного педагогического университета по исследованию биоразнообразия растений Российско-Казахстанской границы (д.б.н. Д.Н. Карпов).
Государственные награды, именные премии
Лауреаты:
Государственной премии РБ в области науки и техники - чл.-корр. АН РБ Ф.Х. Хазиев, д.б.н: А.Х. Мукатанов, И.К. Хабиров (2001);
премии Координационного совета Министерства науки РФ («Технологии живых систем») -чл.-корр. АН РБ Э.К. Хуснутдинова (2001);
премии АН СССР имени К.А. Тимирязева -поч. акад. АН РБ О.Н. Кулаева (1976);
премии РАН имени акад. А.А. Баева - чл.-корр. АН РБ Э.К. Хуснутдинова (1999);
премии ВАСХНИЛ имени акад. В.Р. Виль-ямса - чл.-корр. АН РБ Ф.Х. Хазиев (1986);
премии АН РБ имени В.К. Гирфанова -д.б.н.: В.К. Трапезников (2001), В.М. Шакиро-ва, Г. Р. Кудоярова (2008).
Заслуженные деятели науки: РФ - акад. АН РБ В.А. Вахитов (1999); чл.-корр. АН РБ: Е.В. Кучеров (1991), Б.М. Миркин (1994), Ф.Х. Хазиев (1997), Э.К. Хуснутдинова
(2006); поч. акад. АН РБ: Ф.Ш. Гарифуллин (1996), О.Н. Кулаева (2004); д.б.н. А.В. Чемерис (2003);
БАССР - акад. ВАСХНИЛ, поч. акад. АН РБ В.Г Конарев (196S); чл.-корр. АН РБ: Е.В. Кучеров (1974), Б.М. Миркин (1977), Ф.Х. Хазиев (198S), поч. акад. АН РБ: Ф.Ш. Гарифуллин (1976), Fir: Миниба-ев (1977);
РБ - акад. АН РБ В.А. Вахитов (1996); чл.-корр. АН РБ Э.К. Хуснутдинова (1999); поч. акад. АН РБ Н.В. Старова (1993). Награждены орденами: Отечественной войны I степени, Красной Звезды - акад. ВАСХНИЛ, поч. акад. АН РБ В.Г. Конарев (1944); Дружбы народов - поч. акад. АН РБ О.Н. Кулаева (1986); «Знак Почета» - чл.-корр. АН РБ Е.В. Кучеров (1974); Са-лавата Юлаева - чл.-корр. АН РБ Б.М. Миркин
(2007).
В.А. Вахитов,
академик АН РБ, директор*
Ш.Я. Гилязетдинов,
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник*
С.М. Бикбулатова,
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник*
