Ученые Южного федерального университета (ЮФУ) создали карту метагенома почв и разработали веб-приложение «Карта метагенома Ростовской области» для изучения и визуализации распределения микробного биоразнообразия в зависимости от зональности, типа, истории взаимодействия с человеком и происхождения почвы. Применение такого инструмента позволит оценивать нагрузку почвенного микробного сообщества и его генетического потенциала для здоровья почв и окружающей среды.
Отличительной особенностью проекта ЮФУ стало применение высокоинформативного метода шотган-секвенирования (метод случайной выборки, позволяющий составить полную картину) для изучения непосредственно метагенома, то есть совокупного набора всех генов какого-либо сообщества организмов. Для почв черноземной зоны юга России такое исследование было проведено впервые. Благодаря массовому скринингу почв Юга России (изучение метагенома почв особо охраняемых природных территорий, представляющих основной спектр почв степной и сухостепной зон Ростовской области с высоким уровнем плодородия) ученые Академии биологии и биотехнологии Д.И. Ивановского ЮФУ выделили представительные сочетания и на основе полученных данных исследовали территории Ростовской области.
«Использование современных методов метагеномики даст возможность изучить все разнообразие и функции почвенного микробиома, так как в настоящее время изучено до 5% от общего разнообразия микроорганизмов в почве, культивируемых на стандартных микробиологических средах. Сочетание современных методов высокопроизводительного секвенирования с классическими подходами и методами, используемыми в почвенной микробиологии и почвоведении, позволит решить глобальные вопросы экологии почвенных микроорганизмов, касающихся взаимосвязи структуры микробных сообществ и свойств почвы», – рассказала руководитель стратегического проекта ЮФУ «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология», заведующая кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов АБИБ ЮФУ Татьяна Минкина.
Данные почвы, практически не подверженные антропогенному влиянию, обладают наибольшим биоразнообразием в сравнении с активно использующимися в сельском хозяйстве, и могут служить эталонами качества почв. По словам ученых ЮФУ, выделение эталонов почв имеет стратегическое значение для устойчивого развития территорий, так как доля природных ландшафтов в общей площади территории Ростовской области является одной из самых низких в стране.
«Мы не только диагностируем те изменения, которые происходят в природе, но также разрабатываем прорывные технологии для сохранения природно-ресурсного потенциала Юга России. Впервые нами была создана метагеномная карта (ДНК микробиомы почв) особо охраняемых почвенных объектов Ростовской области. Используя весь потенциал высокотехнологичного метода метагеномного секвенирования ДНК, мы можем разрабатывать биопрепараты для повышения плодородия почв. Применяя такие прорывные технологии и адаптируя их под наши задачи, при этом основываясь на глубокой теоретической базе, мы можем обеспечить успешное импортозамещение не только в сфере производства, но и технологий», – отметил доцент кафедры биохимии и микробиологии ЮФУ Андрей Горовцов.
Специалисты также оценили количество и спектр генов антибиотикоустойчивости в почвах особо охраняемых природных территорий России. Оказалось, что для метагеномов исследованных проб почв характерно низкое содержание генов устойчивости к антибиотикам при достаточно высоком уровне их разнообразия: во всех пробах почв содержалось 56 уникальных генов, обеспечивающих устойчивость к двум и более различным типам антибиотиков.
Полученные результаты имеют как фундаментальное значение, связанное с изучением адаптации и эволюции микробного сообщества почв, так и практическое, обусловленное выделением стабильных микробных коррелятов здоровья и плодородия почв. В Южном федеральном университете ученые и специалисты ряда направлений активно развивают технологии по защите почвы в рамках реализации стратегического проекта «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология» по программе Минобрнауки «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»).
