Биотехнология почвенно-растительных систем

В рамках данного направления планируется создание биотехнологий восстановления и повышения плодородия почв, а также экологически устойчивого растениеводства, основанного на управлении метагеномами (полная наследственная информация) и микробиомами (постоянный состав резидентных микробных генотипов) сообществ полезных почвенных и симбиотических микроорганизмов. Итогом работы будет принципиальное расширение адаптивного потенциала возделываемых растений за счет интеграции генетических систем почвенных микроорганизмов и конструирования новых надорганизменных систем сельскохозяйственного и биотехнологического назначения.

Поисковые исследования направлены на раскрытие генетической структуры микробных сообществ основных типов почв с целью выявления ключевых групп генов и геномов, определяющих базовые процессы почвообразования (круговорот макроэлементов, метаболизм гумусовых веществ, стабильность биологических свойств при действии глобальных изменений климата) и развития растений (азотное и фосфорное питание, защита от патогенов, способность поддерживать гомеостаз в условиях природных и антропогенных стрессов). Будет определена структура симбиогенома растений, определяющего интеграцию полезной микрофлоры для формирования экологически эффективных и самодостаточных микробно-растительных систем. Организация метагеномов и микробиомов микроорганизмов и растений, определяющих формирование высокопродуктивных симбиотических комплексов, будет использована для создания систем экологического устойчивого растениеводства, в которых получение высококачественной продукции обеспечено с оптимальными финансовыми и энергетическими затратами, при экологически оправданном уровне использования минеральных удобрений и средств защиты.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на генетическое конструирование и биоинженерию многокомпонентных и полифункциональных микробиомов растений, обеспечивающих мобилизацию трофических ресурсов почвы (оптимальное азотное и фосфорное питание основных сельскохозяйственных культур), их защиты от вредителей и устойчивое развитие в условиях глобальных изменений климата (изменение температурного и водного баланса, засоление) и загрязнения биосферы. Будут разработаны методы молекулярного мониторинга почв сельскохозяйственного назначения, позволяющие прогнозировать динамику основных параметров их биологического потенциала. Конструирование метагеномов почвенных микробных сообществ обеспечит эффективную гумификацию растительных остатков, накопление подвижных источников питания, улучшение фитосанитарного состояния почв, их фиторемедиацию в условиях загрязнения тяжелыми металлами, радионуклидами и отходами сельскохозяйственного производства. Овладение ферментными системами некультивируемых микроорганизмов почвы откроет перспективы для организации принципиально новых биосинтетических процессов и микробиологических производств. Будет создана методология широкомасштабной интродукции полезных микроорганизмов в почвы, а также на поверхность и в ткани растений, возделываемых в различных почвенно-климатических зонах России. Будут разработаны новые способы управления развитием и адаптивными функциями сельскохозяйственных культур в экологически устойчивых агроценозах с использованием сигнальных молекул, синтезируемых микроорганизмами в промышленных условиях.

Опытно-технологические работы: На основе новых биологически активных молекул, в том числе сигнальных, как некультивированных, так и известных микроорганизмов, будут предложены новые формы ферментов (энзимов), полезных для микробно-растительных систем, обеспечивающих адаптивный потенциал основных сельскохозяйственных культур.

Предусматриваются опытно-технологические работы по разработке технологии культивирования штаммов-продуцентов и созданию новых форм биопрепаратов для земледелия (ростстимулирующего и фитозащитного действия,) с целью повышения конкурентоспособности товарной продукции, устойчивости использования природных ресурсов и расширения площади посевов сельскохозяйственных культур на основе органического земледелия; микробных препаратов и технологий их применения для переработки и/или утилизации отходов сельскохозяйственного производства.

Инфраструктурные решения: Организация опытно-экспериментального предприятия для обеспечения разработки промышленных технологий получения биопрепаратов