История отдела биохимии и биотехнологии растений

В начале становления биохимического подразделения в Институте биологии АН БССР его кадровую основу составляли А.В. Мироненко, М.Т. Годнева (Чайка), Г.И. Спиридонова, А.А. Масько, Л.С. Носонович. Научные исследования зарождающегося коллектива были направлены на выяснение особенностей биохимического состава видов и сортов люпина. Возглавивший лабораторию д.б.н. А.С.Вечер (1959г) активно формирует новую тематику и расширяет кадровый состав научного коллектива, инициирует исследования в области биохимии пластид, нуклеиновых кислот растений, витаминологии. В этом же году он избирается членом-корреспондентом АН БССР. Как результат фундаментальных работ в области биохимического состава и свойств пластид, публикуется первая в СССР монография «Пластиды растений» (А.С. Вечер, 1961). С активным участием Е.С. Гуринович и Л.С. Кремневой изучен вопрос биосинтеза рибофлавина и каротиноидов, разработана технология получения витамина В2, что явилось основой создания в г. Пинске биохимического завода и внедрения ряда разработок на Краснодарском биохимическом комбинате. Завершает цикл биохимических исследований М.Т. Чайка, обобщает их в кандидатской диссертации, успешно защищенной в Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева АН СССР. М.Т. Чайка развивает исследования А.С. Вечера по биохимии нелистовых пластид и выдвигает концепцию трансформации амилопластов клубней картофеля в функционально активные хлоропласты. В этот же период А.С. Вечер, И.В. Матошко, О.П. Булко, А.А. Масько проводят первые в Беларуси работы по изучению нуклеиновых кислот растений. Одним из результатов исследований явилось доказательство наличия нуклеиновых кислот в пластидах, а также характеристика пула нуклеиновых кислот в видах и сортах люпинов (И.В. Матошко, О.П. Булко). Научные и научно-методические разработки в области нуклеиновых кислот явились основой подготовки первых в Беларуси диссертаций по этому направлению.

Оригинальные исследования были проведены А.В. Мироненко и его тематической группой по алкалоидам растений, что дало возможность совместно с академиком АН БССР Н.В. Турбиным завершить разработки по созданию безалкалоидных форм люпина. Зарождаются исследования по технической биохимии: А.С. Вечер и Г.Ф. Проказов исследуют пути и возможности переработки картофельной мезги в ценные и биологически активные продукты. Одновременно A.С. Вечер курирует зарождающуюся в АН БССР микробиологическую науку, возглавляя группу микробиологов, на основе которой затем было создано научное подразделение.

В лаборатории биохимии растений активно формируется коллектив молодых сотрудников, направленных в лабораторию из БГУ, а также принятых в аспирантуру: О.К. Штукарь (Лаптева), К.И. Предкель, Р.А. Ковальчук (Ненадович), С.И. Курбатова (Василькевич), М.Н. Масный, В.Н. Решетников и др.

В 1962 г. происходит реорганизация Института биологии АН БССР в Институт экспериментальной ботаники АН БССР. Начался следующий этап деятельности лаборатории уже в составе Института экспериментальной ботаники АН БССР, укрепляется и расширяется ее кадровый состав и научная тематика.

В области биохимии и физиологии фотосинтеза был применен новый методический подход к изучению организации пластид — разделение на пигмент-белковые комплексы путем фрагментации детергентами разной природы и последующего их анализа (М.Т. Чайка, В.Л.Калер, В.Н. Решетников), изучен состав и роль пластохинонов при трансформации пластид (Р.А. Ненадович, А.С. Вечер, М.Т. Чайка). В 1963–65 гг. В.Н. Решетниковым и О.К. Лаптевой были начаты первые в Беларуси электрофоретические исследования белков растений. Результат этих работ выразился в получении “спектров” белкового комплекса клубней картофеля и установлении их строгой сортовой специфичности, что на несколько лет опередило подобные выводы для запасных белков вегетативных органов растений. Эти и другие результаты исследований были представлены в кандидатской диссертации В.Н. Решетникова (1967г.) и продолжены в последующих работах в этом направлении. Был освоен только что возникший метод электрофореза в полиакриламидном геле и широко внедрен в исследования не только лаборатории биохимии растений Института экспериментальной ботаники, но и многих других учреждений, поскольку не был представлен ранее ни в одной лаборатории республики. Важным достижением лаборатории явилась полная и всесторонняя биохимическая характеристика новых и районированных сортов картофеля БССР — диссертации М.Н. Масного, В.Н. Решетникова, М.А. Бардышева, А.А. Войтковской и др. Эти работы явились основой для формирования новой технологической схемы безотходной переработки картофеля и публикации в монографии А.С. Вечера М.Н., Гончарика “Физиология и биохимия картофеля” (1970 г.).

В этот период А.С. Вечер основывает исследования по биохимии и технологии плодово-ягодного виноделия и формирует группу во главе с Л.А. Юрченко, в которую вошли С.И. Василькевич, Е.С. Романовец, А.Г. Вейнер, О.А. Брилевский, Н.В. Сергеенко, Г.Г. Адамчик, А.И. Хасеневич.

В 1966 г. из лаборатории биохимии растений была выделена в самостоятельное подразделение группа д.б.н. А.В.Мироненко – образована лаборатория белковых веществ и азотистого обмена. В 1970 г. лаборатория пополнилась группой д.б.н. В.Л. Калера.

В 1970 г. лаборатория переезжает в выстроенный на территории Центрального ботанического сада лабораторный корпус с перспективой выделиться в самостоятельное учреждение. В этот период лаборатория достигает наибольшего численного состава — 52 сотрудника. Углубляются теоретические исследования, что отражается в новом названии лаборатории – биохимии и молекулярной биологии растений. В.Л. Калер выдвигает оригинальный подход к исследованию сложных систем — моделирование биологических процессов на основе использования ЭВМ. Одновременно он, как автор электрокоагуляционного способа очистки промстоков, широко внедряет указанную разработку по всей территории СССР (совместно с А.С. Снятковым и др.). С целью углубления цитобиохимических исследований М.Н. Масным в 1971 г. создается группа электронно-микроскопических исследований, которая разрабатывает лабораторный атлас ультраструктуры органелл и клеток растений (М.Н.Масный, В.Ф. Дрейцер, М.Я. Крылова, А.И. Юшкевич, И.К. Володько и др.).

В конце 70-х годов начинаются первые в БССР работы по культуре ткани in vitro и микроклональному размножению растений (В.Н. Решетников, Г.М. Долбик, Т.И. Фоменко, Л.Г. Бердичевец, Л.Н. Быкова). Т.И.Фоменко защищает первую в БССР диссертацию по физиологии культуры ткани и каллусогенеза у растений.

Были активно развернуты работы в области технической биохимии. Изучение окислительно-восстановительных процессов, превращений сахаров, органических кислот и фенольного комплекса в процессе получения высококачественных игристых, натуральных и ароматизированных вин дало возможность предложить технологии производства низкоалкогольных напитков дало возможность предложить технологии производства высококачественных низкоалкогольных напитков (получено 12 авторских свидетельств). С целью реализации разработок был создан проект строительства ряда цехов в Белоруссии и завода в г. Орле, однако антиалкогольная кампания 1985г. вынудила закрыть как научные исследования, так и практические разработки по данному направлению.

В течение 1971–85 гг. продолжались работы над технологией переработки картофеля. В этот период А.С. Вечер выдвинул идею механического обезвоживания картофеля с последующей раздельной утилизацией плотной и жидкой фракций. Создается целевая группа по безотходной переработке картофеля, которую возглавила И.И. Паромчик. В составе группы Е.Н. Скачков, Е.А. Городецкая, Е.И. Алексеева, Е.А. Войцеховская, В.В. Лопатко.

Пополняется аспирантский состав (Л.Н. Шандрикова, А.А. Вечер, А.А. Веевник, Л.П. Прокулевич, А.М. Ялошевич, И.В. Голденкова, О.А.Крылов и др.). Наряду с исследованием нуклеопротеидных комплексов клеточного ядра, были изучены нуклеоиды пластид и проведен рестрикционный анализ хлоропластной ДНК. Проводятся новые исследования по молекулярным механизмам прорастания семян злаковых. Получили широкое распространение электрофоретические исследования с одновременной модернизацией приборной базы лаборатории (А.А. Веевник и др.).

К 1985 г. из состава лаборатории выделилась группа д.б.н. В.Л. Калера, который затем временно (до 1996 г.) переходит на работу в Институт физиологии и биофизики растений АН Таджикской ССР. Прекратились работы по виноделию и электрокоагуляции, основная тематика лаборатории концентрируется на глубокой биохимии клеточного ядра и пластид и современной биотехнологии, в связи с чем подразделение переименовано в лабораторию биохимии и биотехнологии растений.

На основе биохимических исследований получены основополагающие данные об организации и свойствах надмолекулярного дезоксирибонуклеопротеидного комплекса клеточных ядер высших растений, выдвинута концепция о принципах структурных перестроек ДНП при экспрессии генома, впервые выделен из интерфазных ядер злаковых ядерный матрикс, исследован его состав и свойства, представлен липидный состав ядра и его компартментов и предложена гипотеза об участии липидов и отдельных белковых фракций в регуляции функциональной активности ядра. Показан эффект воздействия радиационного загрязнения ЧАЭС на ядерный аппарат (В.Н. Решетников, О.К. Лаптева, Р.А. Ненадович, Т.Ф. Сосновская, М.В. Рощенко, О.В. Чижик) и клетки растений (О.П. Булко, В.И. Горбацевич). В.Л. Калером и О.П. Булко проводятся исследования по биохимии взаимодействия продуцентов и консументов в водных экосистемах; проводится ряд экологобиохимических разработок.

В этот же период начинают проводиться работы по созданию трансгенных растений и их углубленному физиолого-биохимическому анализу (В.Н. Решетников, И.В. Голденкова, В.Т. Василевко, Е.В. Спиридович, А.А. Ленец, Т.И. Фоменко, О.В. Чижик, И.П. Кондрацкая и др.). Развернуты исследования по новому направлению – генно-инженерной реконструкции и биохимическому тестированию интродуцированных и цветочных растений коллекционных фондов ЦБС (В.Н. Решетников, Е.А.Попович, В.Л. Филипеня, Е.В. Спиридович, Н.Г.Брель, В.Т. Василевко и др.). Выполняется комплекс работ по биохимической характеристике белкового комплекса различных форм, линий и сортов растений, проведено изучение полиморфизма белков и ферментов при взаимодействии геномов на примере тритикале и секалотритикума и их родительских форм для целей сортовой идентификации (А.А. Веевник, Е.В. Спиридович, Л.В. Гончарова, Н.Ю. Королева). А.Б. Власовой проведены исследования по влиянию вирусной инфекции на белковый состав картофеля. Интенсифицированы работы по фитобиохимии: исследован состав эфирных масел ряда пряно-ароматических растений, определены их антиоксидантные свойства (И.И.Паромчик, А.Г. Шутова, В.А.Бирилло, Н.В.Сергеенко, Е.Н.Скачков, Е.В. Спиридович, Е.А.Войцеховская).

В 2001г лаборатория переименована в отдел биохимии и биотехнологии растений и приступает к формированию и разработке заданий Государственных программ: «Фитопрепараты», «Продуктивность и устойчивость растений», «Биотехнология», «Реконструкция Центрального ботанического сада», «Генофонд». Программно-целевой метод и в настоящее время является основой формирования тематического плана Отдела.

Кадровый состав лаборатории (с 2003 г. – отдела) постоянно пополняется и расширяется на основе полученных новых заданий по Государственным программам фундаментальных исследований («Биологические ресурсы», «Биотехнология», «Биологическая инженерия и биобезопасность», «Генетическая инженерия»), Государственным народнохозяным программам («Фитопрепараты», «Реконструкция» и др.). В тематическую группу по созданию трансгенных растений сем. брусничные вошли к.б.н. Е.А.Попович, к.б.н. О.В.Чижик, к.б.н. Антипова Т.В., Филипеня В.А., Брель Н.Г., Козлова О.Н. и др. Группа клеточной биотехнологии (рук. к.б.н. Т.И. Фоменко) пополнилась выпускниками БГУ. Появилась группа молодых работников в области теоретической и прикладной биохимии (рук. к.б.н. Е.В. Спиридович): А.Г. Шутова, А.Н. Юхимук, О. Ленько, Н.А. Шугалей, В. Панкратов, А.В. Башилов, C. Иванцов, О. Леошко, Е. Северикова. По-прежнему надежную основу отдела составляли и составляют аттестованные работники биохимической науки д.б.н. В.Н.Решетников, д.б.н. В.Л. Калер, к.б.н. О.П. Булко, к.б.н. И.И. Паромчик, к.б.н. Е.В. Спиридович, к.б.н. Т.И. Фоменко, к.т.н. Е.Н. Скачков, к.т.н. Е.А. Городецкая, к.б.н. Л.В. Гончарова, к.б.н. О.В. Чижик, к.б.н. А.А. Кузовкова (Ленец), к.б.н. А.Б. Власова, к.б.н. Т.В. Антипова, к.б.н. А.В.Башилов, а также высококвалифицированные специалисты Е.И. Алексеева, П.С. Шабуня, И.П. Кондрацкая, М.К. Малюш, А.В. Зубарев, Л.Г. Бердичевец, И.Ф. Вайновская, Е.А. Войцеховская, Н.В. Сергеенко, В.В. Петров.

Расширение и углубление исследований, новые научные и практические задачи явились основой переименования в 2003 г. лаборатории в отдел биохимии и биотехнологии растений Центрального ботанического сада Национальной академии наук Беларуси. В 2008-2010 гг. отдел пополнился аспирантами Макаревич А.М., Плечищик (Агабалаевой) Е.Д., Китаевой М.В., Бурой Н.С.

В 2010 г. на основе крупных тематических групп образовались лаборатория прикладной биохимии (руководитель – к.б.н. Спиридович Е.В.) и лаборатория клеточной биотехнологии (руководитель – к.б.н. Фоменко Т. И.), а также выделились новые тематические группы «Системная биология» (руководитель – к.б.н. Кузовкова А.А.) и «Молекулярная биотехнология» (руководитель – к.б.н. Чижик О.В.). В настоящее время в отделе работают 37 сотрудников, из них 1 доктор наук и 10 кандидатов наук. Ведутся исследования в рамках ГПНИ «Фундаментальные основы биотехнологий», «Ресурсы растительного мира», ГП «Генетические ресурсы», «Фармтехнологии», «Инновационные биотехнологии», МГЦП ЕврАзЭс и др.

Сегодня группой системной биологии по заданию ГПНИ «Фундаментальные основы биотехнологий» проводится сравнительный анализ протеомного и метаболомного статуса дифференцированных тканей (лист, стебель, корень) полевых, оранжерейных и in vitro растений многоколосника морщинистого (Agastache rugosa), а также дедифференцированных (каллусных) клеток, полученных из листовых, стеблевых и корневых эксплантов, с целью идентифицировать ключевые белки, ответственные за биосинтез биологически активных веществ, и разработать подходы к направленной регуляции метаболизма данного лекарственного растения.

В настоящее время одной из научных задач Отдела является всестороннее изучение генетического разнообразия представленных в ЦБС НАН Беларуси ботанических коллекций как основы сохранения, изучения и представления растительных ресурсов, проведения направленной селекции и улучшения ценных культур. Проведение паспортизации ботанических коллекций включает: фотодокументирование и описание морфологических характеристик изучаемого таксона (сорта, вида, формы), разработку генотипических и биохимических сертификатов на основе ДНК- и биохимических (белки, хемомаркеры) маркеров, на основе полиморфизма белков, нуклеиновых кислот, вторичных метаболитов на втором этапе паспортизации. Результаты молекулярно-генетических исследований вместе с полученными данными о содержании вторичных метаболитов позволяют отобрать генетически однородные формы культивируемых растений со стабильно высоким содержанием биологически активных веществ. В Отделе создана и пополняется база данных по генотипированию ДНК хозяйственно-ценных, редких и охраняемых растений, с возможностью постоянного обращения к хранящимся образцам.

Открыты новые направления научных исследований. В их числе изучение популяционно-генетического ресурса редких и исчезающих растений Республики Беларусь, занесенных в Красную Книгу, на основе молекулярных маркеров. В настоящее время проводиться комплексное обследование популяций 3-х видов – Salvinia natans L., Trapa natans L. и Isoёtes lacustris L. На основании экологических характеристик мест обитаний и популяционно-генетических параметров (таких как внутри- и межпопуляционное генное разнообразие, дифференциация, поток генов, дрейф генов и др.) разрабатываются рекомендации по организации охранных мероприятий изучаемых видов. Важной новой научной разработкой является поиск, анализ и маркирование ДНК-локусов, кодирующих устойчивость к биотическому стрессу среди отобранных форм с повышенным уровнем биологически активных веществ у культурно возделываемых и дикорастущих представителей рода Vaccinium. Ставится задача оценить спектр наиболее вредоносных патогенных возбудителей для культур рода Vaccinium в условиях Республики Беларусь, разработать оптимальные методики диагностики растительного материала на устойчивость к факторам среды и зараженность патогенами. Тема исследований весьма актуальна, обусловлена высоким хозяйственным (пищевым, лекарственным, и др.) значением изучаемых культур рода Vaccinium.

Важнейшей сферой деятельности отдела, его лабораторий и тематических групп является получение новых знаний и использование научных разработок в отраслях сельского хозяйства (создание совместно с НПЦ по земледелию новых форм и селекционного материала, производство посадочного материала клональным микроразмножением и др.), пищевой промышленности (пищевые добавки, новые пищевые продукты и др.), медицине (биокорректоры и фитопрепараты).

1 - Главный вход
2 - Коллекции цветочных растений
3 - Экспозиции цветочных растений
4 - Розарий
5 - Ландшафтный парк
6 - Центральный партер
7 - Экспозиционная оранжерея
8 - Каменная горка
9 - Сад сирени
10 - Сад рододендронов
11 - Лимонарий
12 - Плодовый сад
13 - Маточник садовых форм
14 - Древесный питомник
15 - Сектор флоры Дальнего Востока
16 - Сектор флоры Северной Америки
17 - Сектор флоры Европы и Сибири
18 - Сектор флоры Крыма и Кавказа
19 - Сектор флоры Средней Азии
20 - Сектор флоры Беларуси
21 - Участок лекарственных и пряно-ароматических растений
22 - Участок кормовых и биоэнергетических растений
23 - Лесопарк
24 - Карантинная оранжерея и питомник
25 - Селекционный питомник орнаментальных растений
Кафе
Туалет
1
Главный вход
2
Коллекции цветочных растений
2
Коллекции цветочных растений
3
Экспозиции цветочных растений
4
Розарий
5
Ландшафтный парк
6
Центральный партер
7
Экспозиционная оранжерея
8
Каменная горка
9
Сад сирени
10
Сад рододендронов
10
Сад рододендронов
11
Лимонарий
12
Плодовый сад
12
Плодовый сад
13
Маточник садовых форм
14
Древесный питомник
15
Сектор флоры Дальнего Востока
16
Сектор флоры Северной Америки
16
Сектор флоры Северной Америки
16
Сектор флоры Северной Америки
17
Сектор флоры Европы и Сибири
18
Сектор флоры Крыма и Кавказа
19
Сектор флоры Средней Азии
20
Сектор флоры Беларуси
21
Участок лекарственных и пряно-ароматических растений
22
Участок кормовых
и биоэнергетических
растений
23
Лесопарк
24
Карантинная оранжерея и питомник
25
Селекционный питомник орнаментальных растений
Аллея ореха маньчжурского
Аллея рябины обыкновенной
Ал. дуба черешчатого
Ал. тополя черного
Аллея тополя канадского
Аллея клена серебристого
Аллея березы повислой
Аллея туи западной
Аллея липы мелколистной
Аллея ели европейской
Аллея ясеня пенсильванского
Аллея черемухи Маака
Ал. яблони сливолистной
Озеро