ОТДЕЛ БИОЛОГИИ КЛЕТКИ И БИОТЕХНОЛОГИИ ИФР РАН

Заведующий –Носов Александр Михайлович, доктор биологических наук, профессор.
Тел.: (499) 678-54-23, E-mail: al_nosov@mail.ru

Отдел является пионером по работам в области культур клеток высших растений не только в нашей стране, но и в мире. Его основателем была крупнейший специалист в области биологии клетки и биотехнологии, ученый с мировым именем, член-корреспондент РАН, академик РАСХН, профессор Раиса Георгиевна Бутенко.

В 1957 году по инициативе академика А.Л. Курсанова Р.Г. Бутенко были начаты исследования по новому для СССР направлению физиологии растений – культивированию клеток и тканей растений вне организма. В 1963 году в Институте возникла межлабораторная группа «Культура изолированных тканей и органов», а в 1970 году -  лаборатория культуры тканей и морфогенеза. В 1986 году  лаборатория была преобразована в Отдел биологии клетки и биотехнологии. С момента основания и до конца XX века руководителем этих подразделений была Раиса Георгиевна Бутенко. За полвека интенсивных исследований под ее руководством были проведены работы практически по всем направлениям как фундаментальных, так и прикладных областей биологии растительной клетки вне организма. Многие исследования носили приоритетный характер и получили мировое признание.
В настоящее время Отдел биологии клетки и биотехнологии является практически единственным в России научным подразделением, где комплексно изучаются проблемы биологии клеток растений in vitro. Он включает в себя две лаборатории: генетики культивируемых клеток (зав. лаб. доктор биол. наук Ю.И. Долгих) и физиологии культивируемых клеток (зав. лаб. проф. А.М. Носов), а также исследовательскую группу криосохранения клеток и растений (зав. группой доктор биол. наук А.С. Попов). На базе Отдела работает Всероссийская коллекция культур клеток и тканей высших растений.

Основным направлением работы Отдела является изучение культур клеток высших растений как экспериментально созданной популяции соматических клеток. При этом особое внимание уделяется:

• изучению особенностей первичного и вторичного метаболизма растительных клеток in vitro;
• разработке стратегии регулирования синтеза вторичных метаболитов в культуре клеток;
• созданию систем культивирования клеток in vitro;
• изучению закономерностей генетической изменчивости в популяциях изолированных клеток и ее реализации в растениях-регенерантах;
• изучению спонтанного и индуцированного мутационного процесса в популяциях соматических клеток растений;
• разработке схем клеточной селекции и получению растений-регенерантов, резистентных к солевому, температурному, водному стрессам и гипоксии, а также; штаммов-продуцентов биологически активных веществ;
• разработке методов криосохранения растительных объектов.

К основным научным достижениям Отдела следует отнести:

• открытие генетической гетерогенности популяции клеток растений in vitro (1967 г), которое кардинально изменило основную парадигму (о клетках растений вне организма: культуру клеток стали рассматривать не как сообщество одинаковых клеток, а как уникальную биологическую систему – популяцию соматических клеток;
• открытие явления сомаклональной вариабельности, которое послужило основой многих сельскохозяйственных биотехнологий;
• изучение закономерностей роста культур клеток высших растений в различных системах и режимах культивирования;
• изучение основных закономерностей синтеза вторичных метаболитов (изопреноидов, алкалоидов) в культурах клеток растений;
• изучение особенностей генетической и физиологической регуляции морфогенеза в культуре клеток in vitro;
• разработку методов криосохранения культур клеток и меристем растений и создание криобанка растительных объектов.

Сотрудники Отдела являются авторами официально зарегистрированного Открытия: "Явление двуродительского наследования генных детерминант цитоплазмы при парасексуальной гибридизации (слиянии) соматических клеток растений". (Диплом № 362)

Помимо фундаментальных исследований, в Отделе проводят работы по созданию современных наукоемких биотехнологий на основе культур клеток высших растений. В частности, методами клеточной селекции создан ряд уникальных форм ценных сельскохозяйственных культур (картофель, кукуруза, пшеница и др.). Получены штаммы-продуценты культур клеток редких лекарственных растений (диоскореи дельтовидной Dioscorea deltoidea, разных видов женьшеня Panax ginseng, P. quinquefolius, P. japonicus, полисциаса Polyscias filicifolia, стефании Stephania glabra, василистника Thalictrum minus, стевии Stevia rebаudiana и других).
Отдел имеет зал стендовых установок, в котором создана полупромышленная линия биореакторов с конечным объемом аппаратов 0,63м3. Совместно с коммерческими фирмами (НПФ «Биофармтокс», г.С-Петербург) созданы и выпущены на рынок продукты на основе биомассы культур клеток высших растений (настойка женьшеня, нутрицевтик «Витагмал» и др.)
Всероссийская коллекция культур клеток и тканей высших растений является филиалом Всероссийской коллекции клеточных культур. В ней находятся около 100 различных штаммов культур клеток. Коллекция разрабатывает способы депонирования и идентификации штаммов культур клеток и тканей растений.
В течение сорока лет Отдел регулярно проводит международные конференции по культуре клеток высших растений (Москва, Киев, Ереван, Кишинев, Новосибирск, Алма-Ата, Москва, Саратов, Звенигород). Материалы конференций публикуются в коллективных монографиях и в специальных выпусках журнала «Физиология растений», в том числе:

• Культура клеток растений. Под ред. Р.Г. Бутенко, 1981, М., Наука, 166 с.
• Plant Cell Culture. Еd. R.G.Butenko., 1985, M., MIR, 207 p.
• Культура клеток растений и биотехнология. Под ред. Р.Г. Бутенко, 1986, М., Наука, 286 с.
• Биология культивируемых клеток и биотехнология растений. Под ред. Р.Г.Бутенко, 1991, М, Наука, 279 с.

Основные научные публикации Отдела:

Бутенко Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений, 1964, М. Наука, 350 с.
Butenko R.G. Popov A.S., Volkova L.A. Chernyak N.D, Nosov A.M. Recovery of cell cultures and their biosinthetic capacity after storage of Dioscorea deltoidea and Panax ginseng cells in  liquid nitrogen // Plant Scince Letters, 1984, v 33, N 3, pp. 285-292
Kataeva N.V., Alexandrova I.G., Butenko R.G., Dragavtzeva E. // Effect of applied and internal hormones on vitrification and apical necrosis of different plants cultured in vitro // Plant Cell Tissue Organ Cultures, 1991, v.27, p.149-154.
Долгих Ю.И., Шамина З.Б. Современные представления о причинах и механизмах сомаклональной изменчивости. В сб. «Молекулярные механизмы генетических процессов», М.: Наука, 1991, с.123-127.
Шамина З.Б. Стратегия получения мутантных штаммов-продуцентов биологически активных веществ. 1994, Физиол.раст.,т.41, N6, с. 822-829
Носов А.М. Функции вторичных метаболитов растений in vivo и in vitro. // Физиология растений, 1994, т.41, N6, с. 873-878.
Dolgykh Yu.I. Establishment of callus cultures and regeneration of maize plants. In: Biotechnology in Agriculture and Forestry, Vol.25, (ed.Y.P.S.Bajaj), Springer-Verlag, 1994, pp.24-36
Butenko R.G., Kuchko A.A. Somatic hybridization in Solanum tuberosum x S. chacoense // In: Biotechnology in Agriculture and Forestry, Vol.27, Somatic Hybridization in Crop Improvement. I. (ed. Y.P.S.Bajaj), Springer-Verlag 1994. pp.183-195.
Popov A.S., Volkova L.A., Butenko R.G. Cryopreservation of Germplasm of Dioscorea deltoidea // in: Biotechnology of Agriculture and Forestry. Vol.32 "Cryopreservation of Plant Germplasm" (ed. Y.P.S.Bajaj), Springer-Verlag, 1995,.pp.487-499.
Носов А.М. Культура клеток высших растений - уникальная система, модель, инструмент // Физиология растений, 1999., т.46, №6, с.837-844.
Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе, 1999, М, ФБК-ПРЕСС, 160 с.
Kandarakov O., Titel C., Volkova L., Nosov A., Ehwald R  Additional phosphte stabilises uninterrupted growth of Dioscorea deltoidea cell culture // Plant Science, 2000, 157, 209-216
Bondarev N, Reshetnyak O, Nosov A. Peculiarities of diterpenoid steviol glycoside production in in vitro cultures of Stevia rebaudiana Bertoni // Plant Science, 2001, 161, 155-163
Bondarev N, Reshetnyak O, Nosov A. Features of development of Stevia rebaudiana shoots cultivated in the roller bioreactor and their production of steviol glycosides // Planta Medica, 2002, 68, р 759-762
Вondarev N. I., Reshetnyak O.V., Nosov A.M. Effects of nutrient medium composition on development of Stevia rebaudiana shoots cultivated in the roller bioreactor and their production of steviol glycosides // Plant Science, 2003, 165, 845 – 850
Zoriniants Svetlana E., Alexander V. Nosov, Miriam Monforte-Gonzalez, Marcela Mendes-Zeel, Victor M. Loyola-Vargas.  Variation of nuclear DNA content during somatic embryogenesis and plant regeneration of Coffea arabica L. using cytophotometry // Plant Science 2003. V. 164 P. 141-146.