Лаборатория культивируемых корней и клеточной инженерии

РУКОВОДИТЕЛЬ:

СТЕПАНОВА
Анна Юрьевна

заведующий лабораторией,
ведущий научный сотрудник,
кандидат биологических наук

Телефон: +7 (499) 678-53-97
E-mail: step_ann@mail.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

СОТРУДНИКИ:

ИССЛЕДОВАНИЯ:

Основные направления работы:

• получение культур бородатых корней (hairy roots) — продуцентов биологически активных соединений;
• выявление особенностей образования физиологически активных соединений в культуре бородатых корней;
• изучение культуры бородатых корней, как экспериментальной модели;
• исследование интеграции Т-ДНК Rhizobium rhizogenes в геном растения;
• введение в культуру in vitro редких и исчезающих видов растений;
• разработка биотехнологии получения растений, устойчивых к абиотическим стрессам.

Объекты исследований:

Основным объектом исследований являются представители рода Scutellaria, содержащие метаболиты с широким спектром биологической активности, используемые, как в народной, так и официальной медицине. К объектам исследований также относятся бородатые корни представителей семейства Fabaceae, изучение которых связано с возможным их использования в качестве компонентов функционального питания. Новым объектом стали два вида саксаула Haloxyloт aphyllum и Haloxylon persicum, введенные в культуру in vitro с целью разработки условий клонального микроразмножения и селекции на устойчивость к абиотическим стрессам.

Методы исследований:

• введение растительного материала в культуру in vitro;
• подбор условий культивирования и регенерации растительного материала;
• получением генетически трансформированных объектов (бородатых корней, трансгенных растений);
• молекулярно-генетические методы (ПЦР, ОТ-ПЦР, клонирование и т.д.).

Ключевые достижения:

1. Впервые исследованы особенности образования основных флавонов (глюкуронидов — байкалина и вогонозида и их агиконов — байкалеина и вогонина) в недифференцированных (каллусах и суспензиях) и дифференцированных (hairy roots) культурах Scutellaria baicalensis на протяжении цикла культивирования. Установлено, что на синтез основных флавонов значительное влияние оказывает не видовая специфичность, а способы культивирования и степень дифференцировки культур.
2. Установлена корреляция между образованием физиологически активных флавонов-агликонов и активностью эндогенной β-глюкуронидазы в бородатых корнях, что предполагает ее значительную роль в последних этапах метаболизма корнеспецифичных флавонов S. baicalensis. Полученный результат важен не только с теоретической, но и с практической точки зрения, так как агликоны (в первую очередь, вогонин) обладают выраженной противоопухолевой активностью.
3. Были получены и охарактеризованы два новых штамма бородатых корней — S. baicalensi и Scutellaria przewalskii с высоким содержанием основных флавонов (до 5,2%).
4. Исследования по изучению встройки Т-ДНК Rhizobium rhizogenes в геном растения показали сложный механизм интеграции, характеризующийся перетасованными вставками Т-ДНК в месте интеграции. Множественные вставки сочетались в различных вариантах, а именно соединениями фрагментов левой Т-ДНК с фрагментами как левой, так и правой Т-ДНК.

ПУБЛИКАЦИИ:

Наиболее значимые публикации за последние 5 лет:

1. Solov’eva A.I., Stepanova A.Y., Ivanova T.V. Panov Yu. M. Dose-dependent effect of H2O2 on hairy roots of Scutellaria baicalensis: growth, composition of fatty acids, and flavones. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2023. V. 155: 893–905. https://doi.org/10.1007/s11240-023-02609-0
2. Gladkov E.A., Tereshonok D.V., Stepanova A.Y., Gladkova O.V. Plant—Microbe Interactions under the action of heavy metals and under the conditions of flooding. Diversity. 2023. V.15: 175. https://doi.org/10.3390/d15020175
3. Osipova E.S., Tereshonok D.V., Gladkov E.A., Evsyukov S.V., Stepanova A.Y. Evaluation of seed germination of six rare stipa species following low temperature stress (cryopreservation). Life. 2023. V.13(12): 2296. https://doi.org/10.3390/life13122296
4. Stepanova A.Y., Malunova M.V., Gladkov E.A., Evsyukov S.V., Tereshonok D.V., Solov’eva A.I. Collection of hairy roots as a basis for fundamental and applied research. Molecules. 2022. V.27: 8040. https://doi.org/10.3390/molecules27228040
5. Stepanova A.Y., Gladkov E.A., Tereshonok D.V., Selimov R.N., Goncharova E.N., Solov’eva A.I. The effect of low positive temperatures on the formation of secondary metabolites in Rhodiola quadrifida (Pall.) Fisch. et CA Mey. in vitro cultures. Processes. 2022. V.11(1): 28. https://doi.org/10.3390/pr11010028
6. Stepanova A.Y., Gladkov E.A., Osipova E.S., Gladkova O.V., Tereshonok, D.V. Bioremediation of soil from petroleum contamination. Processes. 2022. V.10: 1224. https://doi.org/10.3390/pr10061224
7. Osipova E.S., Stepanova A.Y., Tereshonok D.V., Gladkov E.A., Vysotskaya O.N. Genetic diversity in invasive populations of Lupinus polyphyllus Lindl. and Heracleum sosnowskyi Manden. Biology. 2021. V.10(11): 1094. https://doi.org/10.3390/biology10111094
8. Stepanova A.Y., Solov’eva A.I., Malunova M.V., Salamaikina S.A., Panov Y.M., Lelishentsev A.A. Hairy roots of Scutellaria spp.(Lamiaceae) as promising producers of antiviral flavones. Molecules. 2021. V.26(13): 3927. https://doi.org/10.3390/molecules26133927
9. Solov’eva A.I., Evsyukov S.V., Sidorov R.A., Stepanova A.Y. Correlation of endogenous β-glucuronidase activity with differentiation of in vitro cultures of Scutellaria baicalensis. Acta Physiologiae Plantarum. 2020. V.42: 169. https://doi.org/10.1007/s11738-020-03159-0
10. Gladkov E.A. et al. Ornamental plants adapted to urban ecosystem pollution: lawn grasses tolerating deicing reagents. Environmental Science and Pollution Research. 2022. V. 29(16): 22947. https://doi.org/10.1007/s11356-021-16355-3
11. Gladkov E.A. et al. Plants and urban natural sciences. Biologia. 2023. V. 78:3381. https://doi.org/10.1007/s11756-023-01543-y
12. Елькин Ю.Н., Маняхин А.Ю., Степанова А.Ю. Scutellaria baicalensis Georgi: проекция метаболома корня в культуре корневых волосков. Физиология растений. 2023. Т. 70: 866−874. https://doi.org/10.31857/S0015330323601061
13. Тимина О.О., Тимин О.Ю., Степанова А.Ю. Биохимическая характеристика трансформированных корней Pisum sativum L. subsp. sativum var. Sativum с модифицированным морфотипом листа. Экологическая генетика. 2024. Т.22: 23−32. https://doi.org/10.17816/ecogen622926

Наиболее значимые публикации за все время:

1. Kuzovkina I.N., Gohar A., Alterman I.E. Production of beta-carboline alkaloids in transformed root cultures of Peganum harmala L. Z. Naturforsch. 1990. V.45: 727−772. https://doi.org/10.1515/znc-1990-0626
2. Berlin J., Kuzovkina I.N., Rugenhagen C., Fecker L., Commandeur U., Wray V. Hairy root cultures of Peganum harmala. II. Characterization of cell lines and effect of culture conditions on the accumulation of beta-carboline alkaloids and serotonin. Z. Naturforsch. 1991. V.47: 222−230. https://doi.org/10.1515/znc-1992-3-410
3. Кузовкина И.Н., Сарка С., Хетели Е., Лемберкович Е., Секе Е. Состав компонентов эфирного масла генетически трансформированных корней руты душистой. Физиология растений. 2009. V.56: 935−941.
4. E lkin Y.N, Kulesh, N.I., Stepanova A.Y., Solovieva A.I., Kargin V.M., Manyakhin A.Y. Methylated flavones of the hairy root culture Scutellaria baicalensis. Journal of plant physiology. 2018. V.231: 277−280. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.10.009
5. Dikaya V.S., Solovyeva A.I., Sidorov R.A., Solovyev P.A., Stepanova A.Y. The relationship between endogenous β-glucuronidase activity and biologically active flavones-aglycone contents in hairy roots of baikal skullcap. Chemistry and biodiversity. 2018. V.15(2): e1700409. https://doi.org/10.1002/cbdv.201700409
6. Solov'eva A.I., Evsyukov S.V., Sidorov R.A., Stepanova A.Yu. Correlation of endogenous β-glucuronidase activity with differentiation of in vitro cultures of Scutellaria baicalensis. Acta Physiologiae Plantarum. 2020. V.42: 169. https://doi.org/10.1007/s11738-020-03159-0
7. Stepanova A., Malunova M., Salamaikina S., Selimov R., Solov’eva A. Establishment of Rhodiola quadrifida hairy roots and callus culture to produce bioactive compounds. Phyton-International Journal of Experimental Botany. 2021. V.90(2): 543–552. https://doi.org/10.32604/phyton.2021.013223
8. Stepanova A.Y., Solov’eva A.I., Malunova M.V., Salamaikina S.A., Panov Y.M., Lelishentsev A.A. Hairy roots of Scutellaria spp. (Lamiaceae) as promising producers of antiviral flavones. Molecules. 2021. V.26.: 3927. https://doi.org/10.3390/molecules26133927

НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ:

УСЛУГИ:

Перечень услуг:

1. обучение работы с культивируемыми in vitro растительными объектами. Приготовление сред, получение каллусов, регенерация и укоренение объектов. Обучение методам трансформации с использованием Agrobacterium tumefaciens, Rhizobium rhizogenes. Обучение включает как теоретическую, так и практическую части;
2. получение бородатых корней, оптимизация условий культивирования бородатых корней;
3. коммерческое получение культивируемых in vitro объектов.

Перечень оборудования:

1. бокс ламинарный «Ламинар-С, Россия» — 2 шт.;
2. лаборатория микробиологическая МБ III;
3. весы аналитические Ohaus Explorer Pro 214C (Ohaus, Швейцария);
4. микроскоп Zeiss Axiovert 25;
5. центрифуга MIKRO 120;
6. термостат ТЕРМО 48;
7. весы HL-100 AND;
8. сухожаровой шкаф 115л, до 300 С, ED115, Binder;
9. аквадистилятор ДЭ-25;
10. испаритель роторный Heidolph;
11. качалка для колб.

ФОТОГАЛЕРЕЯ:

ИСТОРИЯ:

Создание группы, как отдельного структурного подразделения института, датируется январем 1989 года. Возглавила группу Инна Николаевна Кузовкина. Тематически Инна Николаевна продолжила исследования, начатые в 50-ые годы прошлого столетия профессором А.М. Смирновым, связанные с изучением биосинтетической активности клеток и корневых тканей растений. В своих исследованиях Инна Николаевна сконцентрировалась на hairy roots или бородатых корнях, полученных с помощью Agrobacterium rhizogenes. Особенность этих корней состоит в том, что они, стабильно сохраняя способность к синтезу корнеспецифичных метаболитов, растут длительно и интенсивно в питательных средах относительно простого состава, не содержащих экзогенных ростовых веществ. Инна Николаевна создала единственную в мире коллекцию бородатых корней и способствовала развитию «корневого» направления как в России, так и за пределами Российской Федерации. Первоначально основная научная тематика группы была связана с изучением пространственного распределения метаболитов лекарственных растений в основных зонах корня и той возможной роли, которую они могут выполнять в жизнедеятельности растений. Наряду с этим, в группе активно изучалась способность hairy roots к сохранению биосинтеза фармакологически активных соединений, характерных для корней целого лекарственного растения. Это направление остается приоритетным и в настоящее время. В 2024 году, в связи с расширением тематики, группа переименована в Лабораторию культивируемых корней и клеточной инженерии. Лаборатория продолжает исследования не только с hairy roots, но и активно занимается другими направлениями, связанными с культурами in vitro.