Алтайская ботаническая школа

Шмаков Александр Иванович

Руководитель:

Шмаков Александр Иванович Индекс Хирша: 18

Алтайская ботаническая школа активно развивает различные направления ботанических исследований Алтайской горной страны, уделяя особое внимание проблемам сохранения биологического разнообразия и изучению молекулярной филогении растений.

В задачи школы входит: исследование флоры и растительного покрова Алтайской горной страны; подготовка и издание многотомной сводки «Флора Алтая»; изучение биологии, распространение и разработка мер по охране редких и исчезающих видов растений; интродукция редких, хозяйственно-ценных и декоративных видов растений; внедрение методов биотехнологии в изучении и размножении редких и исчезающих видов, выведение новых сортов декоративных и хозяйственно-ценных видов растений; реинтродукция редких и исчезающих видов флоры Алтая; пополнение гербарного фонда ALTB;  монографическое изучение отдельных групп растений; пополнение банка семян и коллекции живых растений ЮСБС; подготовка квалифицированных специалистов-ботаников разного профиля. Маршруты научных экспедиций участников школы пролегают по трансграничной территории Алтайской горной страны, в пределах России, Монголии, Казахстана и Китая, в том числе совместно с коллективами ученых России и мира (Германия, Бельгия, Япония, Китай, Южная Корея и пр.).

Направления научных исследований

– флора и таксономия растений;

– биотехнология, анатомия и морфология растений;

– молекулярная генетика растений.

– генная инженерия;

– молекулярная филогения сосудистых растений и эволюция;

– проточная цитометрия и кариология.

Организации партнеры с указанием научного направления сотрудничества
  • Университет г. Оснабрюк (Германия) – молекулярная генетика растений.
  • Аграрный университет г. Токио (Япония) – генная инженерия.
  • Музей естественной истории г. Лондон (Великобритания) – эволюция растений.
  • Университет г. Брно (Чехия) – проточная цитометрия и кариология.
  • Университет г. Гент (Бельгия) – таксономия растений.
  • НИИСС им. М.А. Лисавенко – генотипирование сортов облепихи.
  • НИ Томский государственный университет– молекулярная филогения сосудистых растений.
  • ЦСБС СО РАН – выявление видоспецифических маркеров и гибридов плодово-ягодных культур.
  • НИ Сибирский федеральный университет – молекулярная генетика растений.
Инновационные коммерциализируемые проекты
  • Стимулятор роста растений на основе эпибрассинолида.
  • Выявление места происхождения товара на примере продуктов пчеловодства.
  • Производство биологически активных добавок.
  • «Удаленный» генетический анализ (выявление генетических предрасположенностей у людей).
  • Определение биохимического состава зерновых культур.
  • Определение аллергенов в сырье для пищевой промышленности.
Перечень крупных грантов и проектов

Молекулярная филогенетика и микроэволюционные явления (гибридизация, полиплоидия) на примере модельных таксонов из крупнейших семейств сосудистых растений Евразии (РНФ)

The study of biodiversity closely related to the problem of its conservation is one of the major issues of biological sciences. Revealing the ways of evolution of various groups of organisms is a key aspect of biodiversity studies. The latter are the focus of biological systematics and phylogeny. The use of current molecular methods in systematics provides an opportunity of critical evaluating the traditional schemes of classification of plant kingdom. Such phenomena as hybridization, change of ploidy level, apomixes, etc. play considerable role in plant speciation and evolution. Currently, the methods allowing revealing and analysis of phylogenetic relationships between varieties, microspecies, hybrid and apomictic complexes are not yet well elaborated. These problems can be partly addressed by using the various DNA fragments analysis and sequencing of coding and non-coding sites of genes. However, as soon as these approaches are designated for study of species groups, genera and other above-species taxonomic units, they are hardily applicable at the species and infraspecies levels. Since last years, a new approach based on the analysis of expression patterns of all genes (transcriptome analysis) has been introduced. The project team plans testing the possibility of using the transcribed sequences for revealing the relationships between taxonomic units of the lower rank by analysis of the DNA-pool as well as comparing the qualitative and quantitative differences in RNA at the level of species and below. Comparative analysis of DNA and RNA-based phylogenies of the studied taxa is also planned.

Разработка комплекса видоспецифичных ДНК маркеров сосудистых растений  (ФЦП)

Разработан набор маркеров, который позволяет проводить идентификацию форм в рамках вида в многокомпонентных смесях (SCAR-праймеры и RT-PCR-зонды). Исследован генофонд популяции на однородность и установление границ вида с помощью скрининговых исследований, отражающих состав аллелей в отдельных локусах генома.  Разработана методика выделения ДНК из деградировавших образцов.

Выполнение научно-исследовательских работ в области молекулярной биологии и биотехнологии растений и микроорганизмов на базе НОЦ "Сиббиосистемс" (ФЦП)

Разработана концепция молекулярно-генетического маркирования видов растений, используемых в качестве сырья в фармацевтической промышленности. Разработана композиция повышающая устойчивость растений к абиотическим факторам среды. Разработана система эффективной агробактериальной трансформации растений. Разработана техническая документация на получение трансгенных растений- продуцентов БАВ. В ходе реализации проекта зарегистрированы три патента.

Эволюция и вариабельность мобильных элементов генома растений (ФЦП)

Установлено что твердые сорта пшениц достоверно отличаются по относительному содержанию ретротранспозонов Ty1/copia и кодирующей рибосомальную РНК ядерной ДНК от мягких сортов. Разработан метод выявления относительного содержания ретротранспозонов с помощью количественной ПЦР можно использовать при проведении селекционных мероприятий и оценке качества семян пшениц. Разработан метод оценки эволюции растений на основе ретротранспозонов растений на примере сортов пшеницы.

Эволюция геномов растений: поли- и анеуплоидия, влияние мобильных генетических элементов (НШ-1417.2014.4, Грант Президента РФ под рук. А.И. Шмакова)

Подготовлено и проанализировано более 1125 (2012 г.) и 1238 (2013 г.) образцов ДНК видов семейств Pterydophyta, Ranunculaceae, Scrophulariaceae, Rosaceae, Brassicaceae, Fabaceae, Asteraceae, Poaceae Северной Азии - проведено секвенирование участков ядерной и хлоропластной ДНК для 580 (2012 г.) и 672 (2013 г.) таксонов растений. Подготовлены уточненные филогенетические системы восьми семейств сосудистых растений с учетом молекулярно-генетических данных.

Молекулярно-генетические основы видообразования и селекции растений (НШ-250.2012.4, Грант Президента РФ под рук. А.И. Шмакова)

Исследован генофонд популяции на однородность и установление границ вида с помощью скрининговых исследований, отражающих состав аллелей в отдельных локусах генома. Разработан альтернативный контролья видовой принадлежности на основе секвенирования высокополиморфных участков ядерной и хлоропластной ДНК (ITS1-2, rbcL) и поиске в международной системе Bar-Coding.

Проблемы в систематике папоротников семейства Pteridaceae (Pteridophyta) на территории Евразии и поиск их решения по современным данным молекулярной филогении и микроморфологии (МК-6100.2013.4, Грант Президента РФ, Ваганов А.В.)

Собран уникальный гербарный материал по редким представителям птеридофлоры Евразии, проведены экспедиционные исследования по территории Дальнего Востока и Восточного Китая. Составлен подробный конспект семейства Pteridaceae на территории Евразии. Выявлены новые местонахождения отдельных таксонов. Построена филогенетическая система семейства Pteridaceae по шести генам методами молекулярной генетики растений. Получены микрофотографии ключевых родов семейства, проведены многомерные анализы.

Таксономия и фитогеография некоторых важных групп сосудистых растений из России и Китая  (РФФИ)

Исследованы коллекции папоротников и цветковых растений (выбранные группы в рамках проекта) в гербариях России (LE, TK, ALTB, NS) и Китая (PE). Всего исследовано около 25 тыс. листов. Проведена ревизия таксономического состава семейства Cryptogrammaceae и Woodsiaceae, триба Euclidieae s. l. (Cruciferae), рода Saussurea и Achnatherum, обобщены имеющиеся сведения по систематике. Проведенные исследования позволили предложить к описанию 2 подсемейства, 4 трибы и несколько внутриродовых таксонов.

Кадастр и определитель лишайников Алтайского края (РФФИ)

Впервые составлен и проанализирован список лишайников Алтайского края, включающий 569 видов, охарактеризовано их распространение по ботанико-географическим районам. Создан интернет ресурс «Кадастр лишайников Алтайского края» на русском и английском языках. На основе биоморфологического показателя вычислено прогнозируемое разнообразие лишайников Алтайского края, которое составляет 882-1084 вида.

Основные научные труды
  1. Флора Алтая. Том 1 / Коллектив авторов. Отв. ред. и ред. тома Р.В. Камелин. - Барнаул: «Аз Бука», 2005. – 340 c.
  2. Красная книга Российской Федерации (растения и грибы) / Трутнев Ю.П., Гизатулин P.P., Митволь О.Л., Амирханов А.М., Камелин Р.В., Бардунов Л.В., Новиков A.C., Орлов В.А., Степаницкий B.Б., Беланович Д.М., Варлыгина Т.И., Белякова Г.А., Виноградова К.Л., Гельтман Д.В., Голубкова Н.С., Горовой П.Г., Горчаковский П.Л., Денисова Л.В., Иванов А.И., Князев М.С. и др. Министерство природных ресурсов и экологии РФ; Федеральная служба по надзору в сфере природопользования; РАН; Российское ботаническое общество; МГУ им. М. В. Ломоносова. Москва, 2008.
  3. Shmakov A.I., Chandra S., Srivastava M., Sylvestre L.Da.S., Windisch P.G., Kumari A., Farrar D.R., Verma S.Ch., Amoroso C.B. Review of the family Woodsiaceae (Deils) herter of Eurasia / Pteridology in the New Millennium NBRI Golden Jubilee Volume. Spain, 2003. С. 49-64.
  4. Youxing Lin, Li-Bing Zhang, Zhang Xianchun, He Zhaorong, Zhongren Wang, Shugang Lu, Sugong Wu, Prof. Fuwu Xing, Zhang Gangmin, Wenbo Liao, David S. Barrington, Xiang Jianying, Masahiro Kato, Wang Faguo, Kunio Iwatsuki, Qi Xinping, Michael G. Gilbert, Yan Yuehong, Ding Mingyan, Peter H. Hovenkamp, Liu Jiaxi, Hans P. Nooteboom, Shiyong Dong, Jefferson Prado, He Hai, Ronald Viane, Maarten J. M. Christenhusz, Zhang Qiaoyan, Shannjye Moore, George Yatskievych, Atsushi Ebihara, Zhaohong Wu, Li Zhongyang, Shunshuke Serizawa, Jin Xiaofeng, Barbara S. Parris, Bingyang Ding, Tom A. Ranker, Quanru Liu, Norio Sahashi, Elisabeth A. Hooper, Shi Lei, Julie Barcelona, Alexandr Shmakov, Harufumi Nishida, Sujuan Lin, Alan R. Smith, Michele Funston, Christopher Haufler, Nicholas J. Turland, Judith Garrison Hanks, John T. Mickel, Yoko Kadokawa, Kathleen M. Pryer, W. Carl Taylor, David M. Johnson, Edward R. Alverson, Jordan S. Metzgar & Shigeo Masuyama Flora of China. – Vol. 2-3.
  5. Верещагина И.В., Жоголь Е.П., Камелин Р.В., Куприянов А.Н., Олькова О.А., Ревякина Н.В., Силантьева М.М., Соколова Г.Г., Стоящева Н.В., Стрельникова Т.О., Терехина Т.А., Усик Н.А., Шереметова С.А., Шмаков А.И. Красная книга Алтайского края. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений, Барнаул, 1998.
  6. Шмаков А.И. Конспект папоротников России Turczaninowia. 2001. Т. 4. № 1–2. С. 36–72.
  7. Шмаков А.И. Папоротники Северной Азии. – Барнаул: «ARTИKA», 2011. – 209 с.
  8. Шмаков А.И. Определитель папоротников России. 2-е изд., переработанное и дополненное. – Барнаул: РПК "ARTИKA", 2009. – 126 с.
  9. T. Iwashina, J. Kitajima, T. Mizuno, S. Smirmov, O. Damdinsuren, K. Kondo. New Kaempferol 3,7-Diglycosides from Asplenium ruta-muraria and Asplenium altajense // Natural Product Communications 2015. Vol. 10, 3. – 416–419.
  10. German D.A. Proposal to conserve the name Alyssum canescens (Ptilotrichum canescens, Stevenia canescens) (Cruciferae) with a conserved type // Taxon. 2013. Vol. 62. Is. 4. Pp. 836–837.
  11. Kiefer M., Schmickl R., German D. A., Mandáková T., Lysak M. A., Al-Shehbaz I. A., Franzke A., Mummenhoff K., Stamatakis A., Koch M. A. BrassiBase: introduction to a novel knowledge database on Brassicaceae evolution // Plant & Cell Physiology, 2013.
  12. German, Dmitry A.; Chen, Wen-Li; Smirnov, Sergey V.; et al. Plant genera and species new to China recently found in northwest Xinjiang // NORDIC JOURNAL OF BOTANY Volume: 30 Issue: 1 Pages: 61–69.
  13. Metzgar, J.S., Alverson E.R., Chen S., Vaganov A.V. and S.M. Ickert-Bond. Diversification and reticulation in the circumboreal fern genus Cryptogramma / Molecular Phylogenetics and Evolution, 2013. – V. 67. – №3. – P. 589–599.
  14. Al-Shehbaz, I.A., German, D.A. A synopsis of the genus Parrya (Brassicaceae) // Kew Bulletin , 2013. – pp. 1–9
  15. German, D.A. Proposal to reject the name Hesperis rupestris (Cruciferae) // Taxon 62 (3), 2013. – pp. 633–634.
  16. German, Dmitry A.; Grant, Jason R.; Lysak, Martin A.; et al. Molecular phylogeny and systematics of the tribe Chorisporeae (Brassicaceae) // PLANT SYSTEMATICS AND EVOLUTION Volume: 294 Issue: 1-2 Pages: 65–86.
  17. Davydov, Evgeny A.; Himelbrant, Dmitry E.; Stepanchikova, Irina S. Contribution to the study of Umbilicariaceae (lichenized Ascomycota) in Russia. II. Kamchatka Peninsula // HERZOGIA Volume: 24 Issue: 2 Pages: 251–263.
  18. Davydov, Evgeny A.; Persoh, Derek; Rambold, Gerhard The systematic position of Lasallia caroliniana (Tuck.) Davydov, Peroh & Rambold comb. nova and considerations on the generic concept of Lasallia (Umbilicariaceae, Ascomycota) // MYCOLOGICAL PROGRESS Volume: 9 Issue: 2 Pages: 261-266
  19. German, Dmitry A.; Al-Shehbaz, Ihsan A. Nomenclatural novelties in miscellaneous Asian Brassicaceae (Cruciferae) // NORDIC JOURNAL OF BOTANY Volume: 28 Issue: 6 Pages: 646-651
  20. D. A. New synonyms and combinations in Eurasian Brassicaceae (Cruciferae) // Phytotaxa, 2014. – Т. 173. № 1. – С. 31–40.
  21. Moazzeni H., Zarre Sh., Pfeil B. E., Bertrand Y. J. K., German D. A., Al-Shehbaz I. A., Mummenhoff K., Oxelman B. Phylogenetic perspectives on diversification, biogeography and character evolution in the species-rich genus Erysimum (Erysimeae; Brassicaceae) based on a densely sampled ITS approach // Botanical Journal of the Linnean Society, 2014. – Vol. 175. № 4. – P. 497–522.
  22. Moazzeni H., Zarre Sh., Assadi M., Joharchi M. R., German D. A. Erysimum hezarense, a new species and Rhammatophyllum gaudanense, a new record of Brassicaceae from Iran // Phytotaxa, 2014. – Vol. 175. № 5. – P. 241–248.
  23. Hurka, Herbert; Friesen, Nikolai; German, Dmitry A.; et al. Missing link' species Capsella orientalis and Capsella thracica elucidate evolution of model plant genus Capsella (Brassicaceae) // MOLECULAR ECOLOGY Volume: 21 Issue: 5 Pages: 1223–1238.
  24. German, Dmitry A. (2112) Proposal to reject the name Sisymbrium lineare (Cruciferae) // TAXON Volume: 61 Issue: 6 Pages: 1331–1332.
  25. Kutsev, M. G.; Kuz'micheva, G. M.; Obolenskaya, L. N.; et al. Molecular interaction between DNA molecules and nanoscale modifications of titanium dioxide with the structures of anatase and eta-TiO2 // RUSSIAN JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A Volume: 86 Issue: 11 Pages: 1697–1701.
  26. German, Dmitry A. Proposal to conserve Odontarrhena obovata (Alyssum obovatum), nom. cons. prop., against Alyssum fischerianum (Cruciferae) // TAXON Volume: 61 Issue: 2 Pages: 470–470.
  27. Davydov, Evgeny A.; Printzen, Christian Rare and noteworthy boreal lichens from the Altai Mountains (South Siberia, Russia) BRYOLOGIST Volume: 115 Issue: 1 Pages: 61–73.
  28. Tsuyoshi Motohashi, Sergey V. Smirnov, Maxim Kucev, Alexander I. Shimakov, Katsuhiko Kondo (2014) A study of chromosome numbers of Petasites frigidus (L.) Fries and Petasites radiatus (J. F. Gmel.) Toman (Asteraceae) of Altai, Russia Chromosome Botany
  29. Kechaykin A.A., Shmakov A.I. Notes on Potentilla (Rosaceae) of Altai. 1. New hybrid from East Kazakhstan // Turczaninowia 17(2). – P. 29–31.
  30. Kechaykin A.A., Shmakov A.I., Hurka H., Neuffer B., Oyuntsetseg B., Darihand D., Friesen N. New findings in the flora of Mongolia. Part 1 // Turczaninowia 17(1). – P. 57–65.
  31. Скапцов М.В., Куцев М.Г. Фитолин – новое гормональное средство для повышения всхожести семян и устойчивости растений // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2013. – N4 (102). – с. 47–49.
  32. Скапцов М.В., Куцев М.Г. Влияние 24-эпибрассинолида на продолжительность культивирования щавеля (Rumex acetosa l.) in vitro // Вестник Томского государственного университета. Биология. – 2013. – N2(23).
  33. Куцев М. Г., Скапцов М. В., Филипенко М. Л. Технология получения трансгенных растительных культур продуцентов БАВ // Сборник тезисов докладов 7 международного биотехнологического форума-выставки. НП "Инноватика", 2013. – с. 108.
Список основных объектов интеллектуальной собственности
  • ПМ «Прибор для электроблоттинга нуклеиновых кислот и белков». Авторы Куцев М.Г., Скапцов М.В., Галькин А.В. Патент РФ № 136580 от 10.01.2014.
  • Изобретение «Композиция на основе 24 – эпибрассинолида для регуляции развития и защиты растений». Авторы Скапцов М.В., Куцев М.Г., Смирнов С.В. Патент РФ № 2513232 от 19.02.14.
  • Изобретение «Набор синтетических олигонуклеотидов для амплификации и секвенирования ITS1-5.8S-ITS2 сосудистых растений. Авторы Куцев М.Г., Уварова О.В., Синицына Т.А. Решение о выдаче патента от 06.06.14.
  • Изобретение «Набор синтетических олигонуклеотидов для выявления родиолы четырёхнадрезной». Авторы Куцев М.Г., Уварова О.В., Синицына Т.А. Решение о выдаче патента от 13.05.14.
  • Изобретение «Композиция липофильных соединений Ribes nigrum L. с антибактериальной активностью». Авторы Холодкова М.А., Иванова М.М., Куцев М.Г. Заявка № 10-2-21/01/3267 от 10.06.14
  • Изобретение «Композиция липофильных соединений Pentaphylloides fruticosa (L.) O. schwarz с антибактериальной активностью». Авторы Холодкова М.А., Иванова М.М., Куцев М.Г. Заявка № 10-2-21/01/3266 от 10.06.14

Лидеры коллектива