Основные модельные объекты: Metarhizium, Beauveria, Cordyceps, вощинная огневка, колорадский жук, габробракон, дрозофила, перелетная саранча, итальянский и пустынный прусы, кровососущие двукрылые, пасленовые растения.
Благодаря усилиям исследователей нескольких институтов (ИСиЭЖ СО РАН, Института искусственного интеллекта МГУ, Института цитологии и генетики СО РАН и Института химической кинетики и горения СО РАН) проведен транскриптомный анализ тканей колорадского жука во время развития инфекций, вызываемых его естественными патогенами – грибами Beauveria и Metarhizium. Исследование было сосредоточено на ключевой стадии иммунного ответа – инкапсуляции патогена – и проведено в двух тканях насекомого: гемоцитах и жировом теле. В ходе работы была существенно расширена аннотация генов колорадского жука, в том числе с использованием нейросетевых методов. В результате выявлено более 3500 генов, уровень активности которых изменяется в ответ на инфекции. Анализ показал, что иммунные реакции жука зависит как от типа ткани, так и от вида патогена: для разных грибов и разных тканей характерны свои наборы активируемых генов. В результате была создана подробная карта экспрессии генов, отражающая работу иммунной системы колорадского жука во время инфекций. Полученные данные открывают возможности для глубокого изучения иммуно-сигнальных путей насекомого и позволяют определить ключевые гены, регулирующие защитные реакции. Это важно для разработки новых подходов биологического контроля вредителя, основанных на подавлении (нокдауне) ключевых элементов иммунной системы насекомого. Работа выполнена при поддержке РНФ и опубликована в журнале Insect Molecular Biology. https://resjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/imb.70034
Завершающая работа в серии статей, посвященных многокомпонентной системе: паразитоид (Habrobracon), паразитические грибы (Beauveria, Metarhizium), вощинная огневка и ее симбиотическая микробиота. Показано, что подъем гуморального иммунитета хозяина может способствовать развитию паразита. У личинок огневки, парализованных ядом паразитоида, и/или зараженных указанными грибами наблюдается индукция экспрессии генов, кодирующих антимикробные пептиды и НАДФ-Н оксидазы. Это позволяет хозяину сохранять высокую устойчивость к быстро размножающимся после парализации оппортунистическим микроорганизмам. Таким образом парализованные насекомые являются не просто субстратом для развития паразитов, а способны к активному иммунному ответу, позволяющему избежать чрезмерного размножения бактерий и последующего разрушения органов и тканей. Однако это не спасает их от более специализированных грибов Beauveria и Metarhizium. Таким образом, после парализации и/или заражения паразитическими грибами иммунитет хозяина работает в пользу паразитов, позволяя им успешно воспроизвести потомство.
Kosman E.S., Yaroslavtseva O.N., Kryukova N.A., Rotskaya U.N., Glupov V.V. & Kryukov V.Y. (2025) Wax moth larvae demonstrate a high level of humoral immunity after envenomation by parasitoid Habrobracon hebetor // Entomologia Experimentalis et Applicata 173: 351–360. https://doi.org/10.1111/eea.13559.
Установлено, что для полного прохождения жизненного цикла паразитических грибов в организме насекомых необходима индукция иммунных реакций в определенное время в конкретных тканях хозяина. В частности - это индукция компонентов сигнальных путей IMD и Jak-Stat, направленных против бактериальных и вирусных патогенов. При чрезмерно высоких дозах грибной инфекции или при подавлении определенных звеньев иммунитета наблюдается опережающее размножение бактериальных симбионтов насекомых, приводящее к преждевременной гибели обоих звеньев системы – хозяина и паразита. Подходы к манипуляции иммунитетом насекомых – в сторону развития основного паразита либо сопутствующих инфекций – перспективны для биологического контроля экономически значимых видов вредителей. Работа выполнена совместно с ИХКиГ СО РАН и ИХБФМ СО РАН
Kryukov V.Y., Kosman E., Slepneva I., Vorontsova Y.L., Polenogova O., Kazymov G., Alikina T., Akhanaev Y., Sidorenko D., Noskov Y.A., Krivopalov A., Kabilov M. R., Yaroslavtseva O. (2024) Involvement of bacteria in the development of fungal infections in the Colorado potato beetle. Insect Science. doi: 10.1111/1744-7917.13414.
С помощью высокопроизводительного секвенирования образцов личинок колорадского жука, погибших от неизвестной инфекции, были идентифицированы два ранее неизвестных РНК-вируса и собраны их почти полные геномные последовательности. Последующий генетический и филогенетический анализ показал, что эти вирусы, названные Leptinotarsa iflavirus 1 и Leptinotarsa solinviviridae
virus 1, являются новыми представителями семейств Iflaviridae и Solinviviridae соответственно. Насколько нам известно, это первые подтвержденные секвенированием вирусы колорадского жука. Показано, что спонтанная гибель колорадского жука ассоциирована с размножением Leptinotarsa iflavirus 1. Работа проведена совместно с Центром Вирусологии и Биотехнологии "Вектор", Новосибирским Государственным Университетом и Институтом Искусственного Интеллекта МГУ.
Antonets M., Bodnev S., Rotskaya U., Kosman E., Tregubchak T., Bauer T., Azaev M., Kryukov V., Antonets D. (2024) Nearly complete genome sequences of the first two identified Colorado potato beetle viruses. Scientific Reports, 4(1), 352 doi: 10.1038/s41598-023-51093-1. Q1.
С помощью методов газовой хромато-масспектрометрии и высокоэффективной жидкостной хроматографии проведены исследования концентрации стеролов, жирных и фенольных кислот в растениях картофеля, инокулированных конидиями Beauveria bassiana. Показано увеличение количества стигмастерола, некоторых минорных фитостеринов и гидроксичирных кислот (в частности хлорогеновой кислоты) после обработки грибом. Мы предполагаем, что усиление продукции стигмастерола и гидроксикислот можно рассматривать как реакцию картофеля на умеренный окислительный стресс, вызванный B. bassiana. Гидроксикоричные кислоты обладают ростостимулирующими и фунгицидными свойствами, что может быть одной из причин повышения урожайности и увеличения устойчивости растений картофеля к фитопатогенным грибам, как показано нами ранее в лабораторных и полевых экспериментах. Полученные данные расширяют наши знания о механизме воздействия энтомопатогенных грибов на физиологию растений и открывают ряд перспектив по изучению энтомопатогенных грибов как неспецефических эндофитов растений, которые могут служить основой биопрепаратов. Работа выполнена совместно с НИОХ СО РАН, ЦСБС СО РАН и ВИЗР.
Tyurin M., Chernyak, E.; Tomilova O., Tolokonnikova K., Malysh S.M., Khramova E., Morozov S., Kryukov V. (2023) The fungus Beauveria bassiana alters amounts of sterols, fatty acids, and hydroxycinnamic acids in potato Solanum tuberosum. Plants, 12, 3938. https://doi.org/10.3390/ plants12233938.
Предложены техники введения в гибернацию колорадского жука в специальных мезокосмах, с последующим сбором насекомых в осенний, зимний и весенний периоды. Методика позволяет получить достаточное количество насекомых для изучения параметров иммунитета в разных тканях насекомого и выделения инфекционных агентов. Показано, что весенний переход к положительным температурам в почве является критическим периодом в гибернации насекомых с точки зрения развития инфекций, реагирования иммунитета, и выживаемости. Создана коллекция микроорганизмов (свыше 100 культур) , поражающих жука в период зимней спячки. По разработке методики снят фильм для Journal of Visualized Experiments.
Noskov Y.A., Yaroslavtseva O.N., Tolokonnikova K.P., Zhangissina S., Kryukov V.Y. (2023) An experimental study on Colorado Potato beetle hibernation under natural conditions. Journal of Visualized Experiments, (201), e65862, doi: 10.3791/65862.
Получены реизоляты штамма MB-1 M. robertsii после восьмикратных пассажей через личинок вощинной огневки, растения томата и питательную среду с последующей оценкой физиологических различий родительского штамма и полученных реизолятов. Пассажи гриба через насекомых и растения сопровождались сходными изменениями, в частности снижением вирулентности к указанной огневке и колорадскому жуку, снижением липолитической и протеазной активности, но ростом продукции вторичных метаболитов деструксинов, усилением антибактериальной активности по отношению к Bacillus. Кроме того, зарегистрированы тонкие, но более специфические изменения связанные с ростом на средах с разными источниками углеводов и антагонистической активностью по отношению к фитопатогенным грибам. Полученные результаты показывают высокую пластичность M. robertsii, способного достаточно быстро переключаться между паразитическим, симбиотическим и сапрофитным образом жизни в ответ на изменение условий обитания. Работа выполнена совместно с ВИЗР.
Tomilova O.G., Kryukov V.Y., Kryukova N.A., Tolokonnikova K.P., Tokarev Y.S., Rumiantseva A.S., Alekseev A.A., Glupov V.V. (2023) Effects of passages through an insect or a plant on virulence and physiological properties of the fungus Metarhizium robertsii. PeerJ, 11:e15726. https://doi.org/10.7717/peerj.15726.
Изучено влияние токсина фитопатогенных грибов тенуазоновой кислоты на реакции иммунитета и развитие инфекций у вощинной огневки. Показано, что скармливание тенуазоновой кислоты личинкам вызывает дозозависимую задержку роста. Методом электронной трансмиссионной микроскопии показано, что кислота вызывает апоптические изменения в клетках среднего кишечника. Кроме того, установлено повышение пролиферации энтерококков в кишечнике под действием данного соединения. Тенуазоновая кислота приводила к снижению активности основных детоксицирующих ферментов в среднем кишечнике и гемолимфе у огневки, а также снижение экспрессии ряда генов иммунного ответа в среднем кишечнике и жировом теле, в частности генов НАДФ-Н-оксидаз, цекропин- и лизоцимоподобных антимикробных пептидов. Под действием тенуазоновой кислоты возрастала восприимчивость личинок к грибу Beauveria bassiana, но снижалась восприимчивость к бактерии Bacillus thuringiensis. Таким образом, тенуазоновая кислота вызывает деструктивные изменения в кишечнике, а также системные эффекты в метаболизме насекомых, приводя к изменениям в чувствительности к патогенным микроорганизмам. Работа выполнена совместно с ВИЗР.
Kryukov V., Kosman E., Tomilova O., Polenogova O., Rotskaya U., Yaroslavtseva O., Salimova D., Kryukova N., Berestetskiy A. (2023) Tenuazonic acid alters immune and physiological reactions and susceptibility to pathogens in Galleria mellonella larvae. Mycotoxin Research, https://doi.org/10.1007/s12550-023-00479-1.
В гидропонных условиях проведено исследование влияния гриба Beaveria bassiana на устойчивость растений картофеля к хлоридному засолению. Засоление вызывало ингибирование роста картофеля, однако инокуляция B. bassiana, сдерживала отставание в росте. Нами установлен значительный подъем уровня малонового диальдегида в стеблях и листьях на фоне NaCl, а также повышение активности антиоксидантных ферментов в листьях под влиянием засоления и инокуляции грибом. Наиболее активное накопление пролина в стеблях отмечено именно при совместном действии NaCl и B. bassiana, что свидетельствует о формировании адаптаций растений к солевому стрессу под влиянием эндофита. Таким образом, колонизированные грибом растения значительно легче переносили стресс, вызванный высоким уровнем хлоридного засоления. Работа выполнена совместно с Томским Государственным Университетом.
Tomilova O.G., Kryukova N.A., Efimova M.V., Kolomeichuk L.V., Kovtun I.S., Glupov V.V. (2023) The endophytic entomopathogenic fungus Beauveria bassiana alleviates adverse effects of salt stress in potato plants. Horticulturae, 9, 1140. https://doi.org/10.3390/horticulturae9101140.
Композиция эпикутикулярных углеводородов насекомых связана приспособлениями к определенным условиям температуры и влажности, а также может влиять на восприимчивость к паразитическим грибам. Мы впервые провели сравнительный анализ композиции липидов кутикулы личинок двух массовых саранчовых: итальянского пруса Calliptamus italicus и азиатской саранчи Locusta migratoria. ГХ-МС анализ показал, что у итальянского пруса наблюдается сдвиг в сторону удлинения и разветвленности углеводородных цепей. В частности, у пруса наблюдалось преобладание диметилалканов и триметилалканов, большая масса линейных алканов, но меньшее количество монометилалканов по сравнению с азиатской саранчой. Поскольку длина цепей определяет гидрофобность кутикулы, а разветвленные алканы поддерживают равномерное распределение компонентов кутикулы в условиях меняющихся температур, мы полагаем, что композиция углеводородов пруса отражает его более высокую устойчивость к обезвоживанию, приспособленность к резким колебаниям суточных температур в ксерофитных условиях. Это позволяет итальянскому прусу заселять более широкий спектр местообитаний по сравнению с азиатской саранчой. Однако кутикула пруса оказывается более «гостеприимной» для энтомопатогенных грибов, о чем свидетельствует больший уровень адгезии конидий и более высокая восприимчивость микозам. Работа открывает ряд перспектив по изучению грибных патогенезов у насекомых с разными гигротермическими преферендумами. Исследование выполнено совместно с НИОХ СО РАН, ВИЗР и Казахстанским Институтом Защиты и Карантина Растений (Алматы).
Ganina M.D., Tyurin M.V., Zhumatayeva U.T., Lednev G.R., Morozov S.V., Kryukov V.Y. (2022) Comparative analysis of epicuticular lipids in Locusta migratoria and Calliptamus italicus: a possible role in susceptibility to entomopathogenic fungi. Insects, 13, 736. https://doi.org/10.3390/insects13080736
Установлено, что при завершении питания личинок колорадского жука и их уходе в почву происходит повышение устойчивости к грибным инфекциям, которое сопровождается усилением базовой экспрессии генов - факторов транскрипции иммуно-сигнальных путей Toll, IMD и Jak/Stat, ингибиторов металлопротеиназ (IMPI) и одорант-связывающих протеинов (OBP). Кроме того мы регистрировали усиление экспрессии указанных генов в ответ на топикальную грибную инфекцию Metarhizium robertsii. При этом в кутикуле изменение экспрессии было более выраженным, чем в жировом теле. Мы предполагаем, что при подготовке к уходу в почву насекомые развивают высокий уровень защиты от почвенных патогенов, в частности энтомопатогенных грибов, численность которых в картофельных агроценозах достигает десятков тысяч конидий на грамм. Работа преспективна в плане ингибирования определенных генов для усиления восприимчивости колорадского жука к природным или искусственно-вносимым патогенам.
Kryukov V.Y., Rotskaya U.N., Yaroslavtseva O.N., Noskov Y.A., Glupov V.V. (2022) Expression of immunity- and stress-related genes during an intermolt period in the colorado potato beetle. Insects. 2022; 13: 1168. https://doi.org/10.3390/insects13121168
Проведено изучение липидной композиции кутикулы и развития микроорганизмов на покровах вощинной огневки после парализации ядом паразитоида Habrobracon. Установлено, что после парализации кутикула становится более "жирной" за счет увеличения содержания углеводородов и насыщенных жирных кислот. При этом у парализованных личинок практически исчезают - ω-1 гидроксикислоты, обладающие сильными антимикробными свойствами. Это коррелирует с изменением бактериального сообщества покровов - массовым размножением ассоцианта огневки Enerococcus faecalis, а также с сильным повышением восприимчивости к энтомопатогенному грибу M. robertsii. Мы полагаем, что повышение содержания липидов в кутикуле обусловлено деструктивными изменениями в жировом теле под действием яда при частичном сохранении транспортной функции в организме огневки. Снижение содержания ω-1 гидрокси кислот по всей видимости связано с нарушением работы системы цитохрома P450 и сдвигом к анаэробному метаболизму у хозяина под действием яда. Оба процесса могут способствовать пролиферации на кутикуле оппортунистических бактерий и энтомопатогенных грибов. Исследование выполнено совместно с НИОХ СО РАН и ИХБФМ СO РАН.
Kryukov V.Y., Chernyak E.I., Kryukova N., Tyurin M., Krivopalov A., Yaroslavtseva O., Senderskiy I., Polenogova O., Zhirakovskaia E., Glupov V.V., Morozov S.V. (2022) Parasitoid venom alters the lipid composition and development of microorganisms on the wax moth cuticle. Entomologia Experimentalis et Applicata, 170, 852-868. https://doi.org/10.1111/eea.13219
Проведено исследование изменений микробиоты личинок комаров Aedes aegypti под воздействием нейротоксических инсектицидов (авермектинов) и грибной инфекции Metarhizium robertsii. Впервые установлено, что синергизм между инсектицидами и грибами может быть связан с изменениями бактериального сообщества насекомых. Нейротоксический инсектицид приводил к значительным перестройкам в структуре микробного сообщества личинок, в частности существенно снижал обилие актинобактерий, которые являются антагонистами грибов Metarhizium. При этом под действием инсектицида в структуре микробиома увеличивалось обилие бактерий с нейтральным действием на гриб (флавобактерии) или же взаимодействующих с грибом синергистически (Pseudomonas). Данные изменения в структуре микробиома стимулировали прорастание гриба в кишечнике комаров и обуславливали быструю колонизацию тела насекомых. Таким образом, сдвиги в бактериальном сообществе, под действием инсектицидов могут стимулировать развитие грибных инфекций у насекомых. Работа выполнена совместно с ИХБФМ СО РАН.
Noskov Y. A., Kabilov M. R., Polenogova O. V., Yurchenko Y. A., Belevich O. E., Yaroslavtseva O. N., Alikina T. Y., Byvaltsev A. M., Rotskaya U. N., Morozova V. V., Glupov V. V., Kryukov V. Y. A Neurotoxic Insecticide Promotes Fungal Infection in Aedes aegypti Larvae by Altering the Bacterial Community. Microbial Ecology. 2021. doi.org/10.1007/s00248-020-01567-w
На модели колорадский жук - гриб Metarhizium robertsii - авермкетины исследованы физиологические процессы, происходящие в кишечнике насекомого. Под действием авермектинов наблюдается вспышка численности кишечных энтеробактерий, подавление облигатных симбионтов (спироплазм), усиление экспрессии генов, связанных с сигнальными путями Toll и IMD, снижение экспрессии генов сигнального пути Jak-Stat, а также активация детоксицироующих ферментов. Показано, что грибная инфекция способна блокировать детоксицирующий ответ к инсектицидам в кишечнике. Соответственно,, грибная инфекция может модулировать физиологический ответ насекомых к инсектициду. В свою очередь усиленное инсектицидное воздействие приводит к задержке развития насекомых и снижению антигрибных защитных систем. Работа выполнена совместно с ИХКиГ СО РАН и ИХБФМ СО РАН.
Kryukov V.Yu., Rotskaya U., Yaroslavtseva O., Polenogova O., Kryukova N., Akhanaev Y., Krivopalov A., Alikina T., Vorontsova Y.L., Slepneva I., Kabilov M., Glupov V.V. Fungus Metarhizium robertsii and neurotoxic insecticide affect gut immunity and microbiota in Colorado potato beetles. Scientific Reports 11: 1299 (2021). DOI: 10.1038/s41598-020-80565-x
Рициовые β-лектины (RBL) обнаружены во многих группах организмов, включая жуков. Мы предположили, что они могут быть задействованы в иммунном ответе колорадского жука на грибные инфекции. Уровень экспрессии RBl повышался в разных тканях в ответ на грибные инфекции, а также в ответ на механические и термические повреждения. Показано, что повышение экспрессии RBl коррелирует с экспрессией антимикробного пептида аттацина, но не коррелирует с регуляцией белков теплового шока. Коммерчески доступный рициновый β-лектин из Ricinus communis ингибировал прорастание конидий Beauveria и Metarhizium. Мы полагаем, что RBL участвует в противогрибном иммунном ответе у колорадского жука, оказывая прямое фунгицидное действие и выступая в качестве модулятора иммунного ответа.
Rotskaya UN, Kryukov VY, Kosman E, Tyurin M, Glupov VV. Identification of the Ricin-B-Lectin LdRBLk in the Colorado Potato Beetle and an Analysis of Its Expression in Response to Fungal Infections. J Fungi. 2021 6;7(5):364. doi: 10.3390/jof7050364.
Энтомопатогенные грибы Metarhizium и Beauveria способны колонизировать ризосферу и внутренние ткани многих растений, оказывая на них ростостимулирующий и иммуномодуляторный эффекты. В работе проведен анализ естественной колонизации растений картофеля указанными грибами в условиях юга Западной Сибири. В почве картофельных полей численность исследуемых грибов варьировала от 102 до 104 КОЕ/грамм и зависело от гранулометрического состава. Грибы выделялись с относительно высокой частотой из нестерилизованных корней (до 53 % Metarhizium-позитивных растений). Однако, из внутренних тканей растений исследуемые грибы выделялись весьма редко (15 случаев на 180 растений). ITS метабаркодинг внутренних тканей показал, что Beauveria и Metarhizium детектируются в 13-30% образцов растений, но относительное обилие этих грибов в структуре сообщества весьма низкое (0.004-0.2%). Таким образом, исследуемые энтомопатогенные грибы могут быть связанны с ризосферой картофеля, но проникновение во внутренние ткани растения является довольно редким событием. Однако это не исключает полезных свойств грибов при искусственном внесении в картофельные агросистемы, как было показано нами ранее (Tomilova et al., 2020). Работа выполнена совместно с ИБХФМ СО РАН и ИПА СО РАН.
Tyurin, M., Kabilov, M.R., Smirnova, N., Tomilova, O.G., Yaroslavtseva, O., Alikina, T., Glupov, V.V., Kryukov, V.Y. Can Potato Plants Be Colonized with the Fungi Metarhizium and Beauveria under Their Natural Load in Agrosystems? Microorganisms 2021, 9, 1373. https://doi.org/10.3390/ microorganisms9071373
При развитии грибных инфекций у насекомых, в патогенез могут вовлекаться бактерии, ассоциированные с хозяином. Нами впервые показано, что участие бактерий в развитии грибной инфекции связано с температурой. Работа проведена на личинках вощинной огневки, инфицированных грибом Cordyceps militaris и содержащихся при 15°C и 25°C. При 25°C инфицирование грибом приводило к высокой частоте спонтанных бактериозов, вызванных ассоциантами огневки - Enterococcus и Enterobacter. Активная пролиферация этих бактерий в гемолимфе наблюдалась одновременно с колонизацией тела грибом, что приводило к септицемии. Однако при пониженной температуре (15°C) развитие микоза проходило по «классическому» пути, приводя к колонизации тела грибом. Установлено, что при развитии микоза в условиях 25°C в тканях хозяина резко повышался уровень экспрессии генов антигрибных пептидов, тогда как при 15°C - антибактериальных пептидов, а также ряда генов, связанных со стресс-ответом и ингибированием апоптоза. Мы полагаем, что грибы C. militaris нуждаются в пониженных температурах для ухода от конкуренции с бактериальными ассоциантами насекомого, чему также способствует повышение антибактериальных защитных систем хозяина при низких температурах. Работа проведена совместно с ИХБФМ СО РАН.
Kryukov V.Yu., Kosman E., Tomilova O., Polenogova O., Rotskaya U., Tyurin M., Alikina T., Yaroslavtseva O., Kabilov M. and Glupov V. Interplay between fungal infection and bacterial associates in the wax moth Galleria mellonella under different temperature conditions. J. Fungi, 2020. 6: 0170. doi:10.3390/jof6030170.
Показано, что обработка посадочных клубней суспензией конидий Metarhizium robertsii и Beauveria bassiana способствует значительному снижению поражения ростков, стеблей и столонов картофеля ризоктониозом. Установлено, что данная обработка значительно повышает качество клубней нового урожая за счет снижения формирования склероциев Rhizoctonia solani на поверхности клубней. Показано, что обработка приводит к подъему активности пероксидаз в корнях, что свидетельствует об изменении иммунного статуса растений. В экспериментах in vitro установлено, что M. robertsii и B. bassiana являются антагонистами фитопатогена R. solani, подавляют его рост и препятствуют формированию полноценных склероциев. Мы полагаем, что защитный эффект, обусловленный применением энтомопатогенных грибов, обеспечивается как антагонистическими свойствами этих грибов в отношении R. solani, так и активизацией защитной системы растений картофеля в результате грибной колонизации ризосферы. Работа проведена совместно с Новосибирским Аграрным Университетом.
Tomilova O.G., Shaldyaeva E.M., Kryukova N.A., Pilipova Y.V., Schmidt N.S., Danilov V.P., Kryukov V.Y., Glupov V.V. Entomopathogenic fungi decrease Rhizoctonia disease in potato in field conditions. PeerJ, 2020. 8: e9895. http://doi.org/10.7717/peerj.9895.
Установлено, что в течение межлиночного периода последнего возраста личинок колорадского жука происходит резкое повышение устойчивости к энтомопатогенным грибам, коррелирующее со снижением содержания кутикулярных алканов (С28-С32). Падение содержания алканов приводит к снижению гидрофобности кутикулы и, соответственно, снижению уровня адгезии для конидий грибов. Кроме того, в течение периода происходит резкое усиление клеточного иммунитета. Мы полагаем существование компромисса между устойчивостью к обезвоживанию и к энтомопатогенным грибам. Для личинок, питающиеся на растениях, приоритетом является устойчивость к обезвоживанию. Поэтому они характеризуются обильным содержанием эпикутикулярных углеводородов. Однако, это приводит к высокой аттрактивности кутикулы для конидий грибов при их искусственном внесении. Напротив, личинки, заканчивающее питание, уходят в почву, где риск обезвоживания низок, но высока вероятность контакта с конидиями грибов. Поэтому к концу возраста личинки достигают высокого уровня антигрибной защиты и характеризуются сниженным содержанием кутикулярных алканов. Результаты обосновывают введение в грибные препараты соединений, задерживающих развитие насекомых. Работа выполнена совместно с НИОХ СО РАН.
Tomilova O.G., Yaroslavtseva O.N., Ganina M.D., TyurinM.V., Chernyak E.I., Senderskiy I.V., Noskov Y.A., Polenogova O.V., Akhanaev Y.B., Kryukov V.Yu., Glupov V.V., Morozov S.V. Changes in antifungal defence systems during the intermoult period in the Colorado potato beetle. Journal of Insect Physiology. 2019, V. 116. P. 106-117. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2019.05.003
Проведено исследование влияния яда паразитоида Habrobracon hebetor и энтомопатогенного гриба Beauveria bassiana на кишечный иммунитет и микробиоту вощинной огневки (Galleria mellonella). Парализация огневки ядом приводила к вспышке численности грамположительных (Enterococcaceae) и грамотрицательных (Enterobacteriaceae) бактерий, при этом в сообществе кишечника происходил существенный сдвиг в сторону доминирования энтеробактерий. Однако у хозяина не наблюдалось явлений септицемии вследствие индукции экспрессии антимикробных пептидов в ткани кишечника. При скармливании интактным личинкам огневки бактерий, доминирующих в кишечнике парализованных насекомых, в частности - энтеробактерий (Enterobacter hormaechei и Serratia marcescens), наблюдалось значительное повышение восприимчивости к грибу. Таким образом нарушение баланса микрофлоры кишечника насекомых существенно влияет на их восприимчивость к патогенам, в том числе, проникающим через кутикулу. Работа выполнена совместно с ИХБФМ СО РАН.
Polenogova O.V., Kabilov M.R., Tyurin M.V. , Rotskaya U.N. , Krivopalov A.V. , Morozova V.V. , Mozhaitseva K. , Kryukova N.A. , Alikina T. , Kryukov V.Yu., Glupov V.V. Parasitoid envenomation alters the Galleria mellonella midgut microbiota and immunity, thereby promoting fungal infection. Scientific Reports. 2019. 9:4012. doi. 10.1038/s41598-019-40301-6.
Энтомопатогенные грибы способны передавать азот от убитых ими насекомых через мицелий к корням растений. Однако при длительном поддержании на искусственных средах, селекции или генной модификации грибных культур, часто происходит утрата способности образовывать мицелий и конидии на убитых насекомых, при этом наблюдается бактериальное разложение трупов. Нами изучены бактериальные сообщества кишечников и трупов насекомых, а также содержание общего и минерального азота в трупах при двух указанных сценариях микозов, вызываемых Metarhizium robertsii. Показано, что при бактериальном разложении в трупах формируется существенно большее количество аммонийного и нитратного азота, то есть форм доступных растениям. Это вызывает более сильную стимуляцию роста томатов в лабораторных условиях на дефицитных по минеральному азоту субстратах. Таким образом, использование «девиантных» штаммов, не способных спорулировать на трупах, будет приводить к более быстрому (но только пассивному) потоку азота от убитых насекомых к растениям. Работа выполнена совместно с ИПА СО РАН и ИХБФМ СО РАН.
Kryukov V.Y., Kabilov M.R., Smirnova N., Tomilova O.G., Tyurin M.V., Akhanaev Y.B., Polenogova O.V., Danilov V.P., Zhangissina S.K., Alikina T., Yaroslavtseva O.N., Glupov V.V. Bacterial decomposition of insects post-Metarhizium infection: Possible influence on plant growth. Fungal Biology. 2019. V. 123. P. 927-935. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2019.09.012
Паразитоид Habrobracon hebetor парализует ядом избыточное количество особей хозяев. Нами впервые показано, что паразитоид не способен различать инфицированных и не инфицированных грибами личинок хозяев и переносит конидии грибов от зараженных личинок к здоровым. Супрессия клеточного иммунитета ядом паразитоида делает хозяина высоко-восприимчивым к грибной инфекции, поэтому для успешного развития микоза достаточно минимального количества спор, переносимых паразитоидом.
Kryukov V.Yu., Kryukova N.A., Tyurin M.V., Yaroslavtseva O.N., Glupov V. V. Passive vectoring of entomopathogenic fungus Beauveria bassiana among the wax moth Galleria mellonella larvae by the ectoparasitoid Habrobracon hebetor females // Insect Science. 2018. V. 25. P.643-654. DOI:10.1111/1744-7917.12457
Проведено изучение экологических и вирулентных свойств энтомопатогенного гриба Cordyceps militaris, используемого в пищевой индустрии, фармакологии и эпизоотологических исследованиях. Показано, что в Сибири и Восточной Европе обитает уникальный гаплотип C. militaris, характеризующийся более высокой приспособленностью к низким температурам. Исследовано влияние термо-физиологического состояния насекомых-хозяев на развитие данного патогена. Установлено, что насекомые в состоянии диапаузы, вызванной понижением температуры, значительно более восприимчивы к инфекции C. militaris вследствие снижения ряда ключевых параметров клеточного и гуморального иммунитета. Кроме того, установлено, что данная инфекция может длительно персистировать в хозяине и активироваться при переходе в диапаузу. Мы полагаем, что в отличие от энтомопатогенных грибов с широкой специализацией, гриб C. militaris имеет ограниченный арсенал адаптаций, направленных на подавление и избегание иммунитета насекомых, поэтому для успешного развития ему необходимы диапаузирующие хозяева. Работа выполнена совместно с ВИЗР и университетом Гуйчжоу (Китай).
Kryukov V.Yu, Tomilova O. G., Yaroslavtseva O. N., Wen T.-C., Kryukova N. A., Polenogova O. V., Tokarev Y. S., Glupov V. V. Temperature adaptations of Cordyceps militaris, impact of host thermal biology and immunity on mycosis development // Fungal Ecology 2018. V. 35. P. 98-107. https://doi.org/10.1016/j.funeco.2018.07.003
В серии исследований показан синергизм между энтомопатогенными грибами и токсинами различного происхождения (метаболиты Streptomyces – авермектины, кристаллы Bacillus thuringiensis, фторированные модификанты усниновой кислоты) на личинках колорадского жука. Установлено, что физиологическими механизмами синергизма являются задержка развития, подавление клеточного иммунитета, модуляция детоксицирующего ответа насекомого под действием используемых агентов. Ряд сочетаний протестирован в полевых экспериментах, в том числе в условиях резко-континентального климата Сибири и Казахстана, и показана перспективность применения комбинированных препаратов, основанных на данных сочетаниях. Работы выполнены совместно с Казахстанским Институтом Защиты и Карантина Растений и НИОХ СО РАН.
Kryukov V.Yu., Tomilova O.G., Luzina O.A., Yaroslavtseva O.N., Akhanaev Yu.B., Tyurin M.V., Duisembekov B.A., Salakhutdinov N.F., Glupov V.V. Effects of fluorine-containing usnic acid and fungus Beauveria bassiana on the survival and immune–physiological reactions of Colorado potato beetle larvae // Pest Management Science. 2018. V. 74(3). P. 598-606. doi: 10.1002/ps.4741.
Yaroslavtseva O.N., Dubovskiy I.M., Khodyrev V.P., Duisembekov B.A., Kryukov V.Yu., Glupov V.V. Immunological mechanisms of synergy between fungus Metarhizium robertsii and bacteria Bacillus thuringiensis ssp. morrisoni on Colorado potato beetle larvae // Journal of Insect Physiology 2017. V. 96. P. 14–20 http://dx.doi.org/10.1016/j.jinsphys.2016.10.004
Tomilova O.G., Kryukov V.Yu., Duisembekov B.A., Yaroslavtseva O.N., Tyurin M.V., Kryukova N.A., Skorokhod V., Dubovskiy I.M., Glupov V.V. Immune-physiological aspects of synergy between avermectins and the entomopathogenic fungus Metarhizium robertsii in Colorado potato beetle larvae // Journal of Invertebrate Pathology. – 2016. – V. 140. – P. 8–15. http://dx.doi.org/10.1016/j.jip.2016.08.008
Аханаев Ю. Б., Томилова О. Г., Ярославцева O. Н., Дуйсембеков Б. А., Крюков В. Ю., Глупов В. В. Kомбинированное действие энтомопатогенного гриба Metarhizium robertsii и авермектинов на личинок колорадского жука Leptinotarsa decemlineata (Say) (Coleoptera, Chrysomelidae) // Энтомологическое обозрение, 2017. Т. 96. № 1. С. 25-35.
Впервые определена восприимчивость насекомых, регулирующих численность гнуса, к энтомопатогенным грибам р. Metarhizium, предложенным для регуляции численности личинок кровососущих комаров. Установлено, что чувствительность стрекоз (Enallagma, Coenagrion и Aeshna) значительно ниже по сравнению с наименее восприимчивыми к грибам комарами (р. Aedes). В тоже время хищные клопы родов Ilyocoris, Sigara и Cymatia показали большую чувствительность к энтомопатогенным грибам, по сравнению с даже с высоко-восприимчивыми кровососущими комарами p. Anopheles. Восприимчивость гидробионтов к разным способам внесения спор не имела общей тенденции и зависела от используемых доз. У имаго водных клопов отмечен классический микоз с обильным спороношением гриба на поверхности всплывающих трупов, а у личинок стрекоз преобладало бактериальное разложение.
Belevich O., Yurchenko Y., Krivopalov A., Kryukov V., Glupov V. Effects of Metarhizium robertsii on the bloodsucking mosquito Aedes flavescens and non‐target predatory insects (Odonata) // Journal of Applied Entomology. 2018. V.142 (6). P. 632-635. IF 1.6, Q2. https://doi.org/10.1111/jen.12509
Belevich O.E.,· Yurchenko Y.A., · Glupov V.V., · Kryukov V.Yu. Effect of entomopathogenic fungus Metarhizium robertsii on non-target organisms, water bugs (Heteroptera: Corixidae, Naucoridae, Notonectidae) // Applied Entomology and Zoology. 2017. V. 52 (3) pp 439–445 DOI: 10.1007/s13355-017-0494-z
Тридцать четыре изолята Metarhizium spp. из российских коллекций были генотипированы по последовательности гена 5′ EF-1α. Было идентифицировано четыре вида, из которых преобладали M. robertsii и M. brunneum, тогда как M. anisopliae и M. pemphigum были единичными. Исследования in vitro показали более высокую адаптацию M. robertsii к высоким температурам (35-37°C), а M. brunneum – к низким (10 °C). Вирулентность оценивалась в отношении личинок колорадского жука в двух режимах: гумидном (21 °C, 80% RH) и аридном (31 °C, 55% RH). Вирулентность изолятов M. robertsii не различалась в двух режимах, тогда как изоляты M. brunneum были менее вирулентны в аридном режиме по сравнению с гумидным. Полевой эксперимент в естественных условиях с резкими суточными колебаниями температуры и влажности показал, что изоляты M. robertsii были более активными, чем изоляты M. brunneum, в отношении личинок колорадского жука. Таким образом, M. robertsii должен являться видом выбора для использования в открытых агроценозах континентального климата. Работа выполнена совместно с ВИЗР и ИЦиГ СО РАН.
Kryukov V., Yaroslavtseva O., Tyurin M., Akhanaev Y., Elisaphenko E., Wen T.-C., Tomilova O., Tokarev Y., Glupov V. Ecological preferences of Metarhizium spp. from Russia and neighboring territories and their activity against Colorado potato beetle larvae // Journal of Invertebrate Pathology (2017) V. 149 . P. 1-7. http://dx.doi.org/10.1016/j.jip.2017.07.001
Проведён анализ видового состава энтомопатогенных аскомицетов, циркулирующих в Западно-Сибирской популяции инвазионного вредителя пихты – уссурийского полиграфа Polygraphus proximus. В результате морфологического и/или молекулярно-генетического анализа установлена принадлежность энтомопатогенных грибов к четырём видам: Beauveria bassiana, B.pseudobassiana, Lecanicillium attenuatum и Isaria farinosa. Проведено испытание культур грибов B. bassiana и I. farinosa против имаго полиграфа в условиях разных температур: 15°C и 5°C. Показано, что в условиях 15°C более эффективен B. bassiana, тогда как I. farinosa более эффективно поражает жука при 5°C. Присутствие симбиотической нематоды Sychnotylenchus sp. вызывало подавление фенолоксидазной активности, неспецифических эстераз и усиливало восприимчивость к грибам.
Kerchev I.A., Kryukova N.A., Kryukov V.Yu., Glupov V.V. Entomoparasitic nematodes Sychnotylenchus sp. (Anguinidae) on the four-eyed fir bark beetle Polygraphus proximus: effects on the host's immunity and its susceptibility to Beauveria bassiana // Invertebrate Survival Journal 14: 324-329, 2017
Kerchev I. A., Kryukov V. Yu., Yaroslavtseva O. N., Polovinko G. P., Tokarev Yu. S., Glupov V. V. The First Data on Fungal Pathogens (Ascomycota, Hypocreales) in the Invasive Populations of Four-Eyed Fir Bark Beetle Polygraphus proximus Blandf. Russian Journal of Biological Invasions. 8(1) P 34-40. DOI: 10.1134/S2075111717010040
Восковая моль Galleria mellonella — важное модельное насекомое, личинки которого развиваются при температуре около 34 °C в ульях. Однако, исследований физиологии восковой моли при соответствующих температурах проводилось очень мало. В этом исследовании энтомопатогенный гриб Metarhizium robertsii вызывал быструю и значительную смертность личинок восковой моли, содержащихся при температуре 24 °C, но при 34 °C для достижения эквивалентной смертности требовалась в 10 раз большая доза. Низкая температура способствовала более высокой адгезии кондий к кутикуле, прорастанию и инвазия гемоцеля. Анализ эпикутикулярных жирных кислот показал увеличение содержания C16, C18:1 и C18:2 у личинок, содержащихся при 24°C, по сравнению с 34°C. Ферментные защитные механизмы (лизозим и фенолоксидаза) проявляли повышенную активность при более высокой температуре. Охлаждение вызывало резкое повышение базовой экспрессии галиомицина и галлеримицина, которое усиливалось в присутствии гриба. Исследование демонстрирует важность выбора условий окружающей среды, соответствующих среде обитания насекомого-хозяина, при определении динамики взаимодействия насекомых и грибов. Работа выполнена совместно с Университетом Суонзи.
Kryukov V., Yaroslavtseva O. N., Whitten M.M.A, Tyurin M. V., Ficken K., Greig C., Melo N.R, Glupov V.V., Dubovskiy I. M., Butt T. Fungal infection dynamics in response to temperature in the lepidopteran insect Galleria mellonella // Insect Science. 2018. V. 25 (3). P. 454-466. IF 2.1. Q1. doi 10.1111/1744-7917.12426.
РНФ 25-24-00552 "Роль бактерий р. Wolbachia в иммунитете Drosophila melanogaster и Habrobracon hebetor и их устойчивости к энтомопатогенам" (2025-2026, рук. О.Н. Ярославцева).
Федеральная фундаментальная научно-исследовательская программа FWGS-2021-0001.
ПИШ Агробиотех № 5.4.3.24. "Разработка и оценка эффективности биопрепаратов на основе эндофитных грибов Beauveria и Metarhizium для повышения урожайности сельскохозяйственных растений" (2024, рук. Крюков В.Ю.).
РФФИ 20-516-53009 ГФЕН-а Инсектицидные свойства и механизмы действия вторичных метаболитов, образуемых фитопатогенными и энтомопатогенными грибами, выявленными в Китае и России (2021-2022, рук. А. Берестецкий).
РНФ № 22-14-00309 "Молекулярные и биохимические механизмы иммунного ответа колорадского жука при развитии грибных инфекций и разных физиологических состояниях" (2022-2024, рук. Крюков В.Ю.).
РНФ 20-74-10043 Роль эпикутикулярных липидов и симбиотических микроорганизмов в развитии грибных инфекций у насекомых (2020-2022, рук. О.Н. Ярославцева).
РНФ 19-14-00138 "Эколого-физиологические и молекулярно-генетические аспекты взаимодействий в триотрофных системах микроорганизмы – пасленовые растения – насекомые" (2019-2024, рук. В.В. Глупов).
Новосибирский Институт Органической Химии им. Ворожцова СО РАН
Институт Химической Биологии и Фундаментальной Медицины СО РАН
Институт Химической Кинетики и Горения СО РАН
Институт Цитологии и Генетики СО РАН
Институт Биоорганической Химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
Институт Почвоведения и Агрохимии СО РАН
Центральный Сибирский Ботанический Сад СО РАН
Институт Искусственного Интеллекта МГУ
Всероссийский Институт Защиты Растений
Государственный Исследовательский Центр Вирусологии и Биотехнологии "Вектор"
Томский Государственный университет
Новосибирский Аграрный Университет
Казахстанский Институт Защиты и Карантина Растений МОН РК
Университет Гуйчжоу (Китай)
Университет Суонзи (Великобритания)
Ведение курса «Микология» в НГУ (О.Н. Ярославцева), научные и научно-популярные лекции сотрудников в ТГУ, НГУ, ВИЗР, руководство дипломными работами, участие в научных школах и других общественно-научных мероприятиях.
Руководство кандидатскими диссертациями и PhD:
Ганина М.Д. Состав и химическое строение кутикулярных липидов колорадского жука и стадных саранчовых, их роль в развитии грибных инфекций насекомых. ИХБФМ СО РАН 14.03.2025 г. Специальность - Биохимия. Руководители - С.В. Морозов, В.Ю. Крюков.
Тюрин М. В. Влияние эктопаразитоида Habrobracon hebetor Say на развитие и распространение грибных инфекций у вощинной огневки Galleria mellonella L. ИСиЭЖ СОРАН, 23.04.2019. Специальность - Энтомология. Руководитель - В.Ю. Крюков.
Жуматаева У. Т. Внедрение биологических препаратов на основе энтомопатогенных грибов для снижения численности азиатской саранчи (Locusta migratoria migratoria L.) и совершенствование методов их применения в условиях юго-востока Казахстана». КазНИИЗиКР 19.06. 2023. Специальность - Защита и карантин растений. Руководители - Б.А. Дуйсембеков В.Ю. Крюков.
Лаборатория была сформирована в конце 2015 года. Основу коллектива составила часть сотрудников лаборатории патологии насекомых (зав. лаб. В.В. Глупов). Состав лаборатории неоднократно менялся.
Заведующий лабораторией: Крюков Вадим Юрьевич, доктор биологических наук