Том 70, № 2 (2023)

Оксид азота – универсальная сигнальная молекула, вовлекаемая в модуляцию метаболической активности в ходе нормального роста и развития растений, и при формировании их устойчивости к стрессовым факторам окружающей среды. В обзоре представлены ключевые сведения, отражающие современное состояние проблемы регуляторной роли NO в растениях. Приведены краткие сведения о физико-химических свойствах NO, методах его исследования, путях биосинтеза и функциональной активности на разных этапах развития растений (прорастание, вегетативный рост, цветение, корнеобразование, симбиоз, минеральное питание). Кроме того, описано проявление защитных эффектов NO в условиях дефицита влаги, поскольку нарушение водного режима и обезвоживание растений наблюдается при воздействии разных абиотических стрессовых факторов, включая засуху, засоление, гипо- и гипертермию. Особое внимание уделено молекулярным механизмам NO-зависимого сигналинга, которые реализуются в растениях на геномном, протеомном и пост-протеомном уровнях в ходе множественных реакций нитрования. Понимание механизмов регуляторного действия NO в норме и при стрессе имеет важное теоретическое и прикладное значение в связи с необходимостью фундаментального обоснования возможности практического применения NO с целью повышения устойчивости и продуктивности культурных растений.

В противоположность естественному фотопериоду, включающему чередование дня и ночи в суточном цикле, круглосуточное освещение обеспечивает непрерывное поступление световой энергии, необходимой для фотосинтеза, вызывает постоянное фотоокислительное воздействие, сигнальное воздействие на фоторецепторы и приводит к рассогласованию внутренних (циркадных) биоритмов с внешним циклом свет/темнота (циркадная асинхрония). У многих видов растений в условиях круглосуточного освещения развивается характерный и потенциально летальный межжилковый хлороз и некроз. Данный феномен (фотоповреждение листьев растений в условиях длинных фотопериодов, включая круглосуточное освещение) был описан более 90 лет назад, однако причины этого до сих пор не вполне ясны. Хотя понимание его биологической природы важно не только в теоретическом плане, но и с практической точки зрения, поскольку выращивание растений в условиях круглосуточного освещения при относительно невысокой плотности потока фотонов считается потенциально одним из наиболее эффективных способов экономии ресурсов и повышения продуктивности растений в теплицах и на фабриках растений с искусственным освещением. В обзоре обобщены и проанализированы имеющиеся на сегодняшний день литературные и собственные данные в поддержку или опровержение гипотезы о накоплении углеводов и, в частности, гипераккумуляции крахмала, в листьях как основной причине появления фотоповреждений у растений, находящихся в условиях круглосуточного освещения или длинных фотопериодов. Проведенный анализ большого числа работ свидетельствует о том, что накопление углеводов не является главной и тем более единственной причиной повреждения листьев растений при круглосуточном освещении, хотя и исключить роль этого фактора в развитии фотоповреждений тоже нельзя. По мнению авторов, в процессе появления и развития фотоповреждений, вызванных круглосуточным освещением, участвует не один, а несколько факторов одновременно (фотоокисление, стресс-индуцированное старение, циркадная асинхрония и др.). При этом удельный вклад каждого из них может существенно варьировать в зависимости от биологических особенностей объекта (видовая и сортовая принадлежность, возраст и фаза развития) и условий внешней среды.

Томат Solanum lycopersicum L. является важной сельскохозяйственной культурой и, одновременно, моделью для изучения онтогенеза сочного плода. Решающую роль в созревании плода играет абсцизовая кислота, которая образуется в результате окислительного расщепления эпоксикаротиноидов 9-цис-эпоксикаротиноид-диоксигеназами NCED. В работе определены профили экспрессии генов SlNCED1 и SlNCED2 и содержание каротиноидов в плодах на разных стадиях развития у трех сортов томата с различной окраской спелого плода. Показано, что транскрипты обоих генов присутствуют во всех органах. Уровень транскриптов SlNCED1 в ~4–6 раз выше уровня транскриптов SlNCED2; пик активности SlNCED1 приходится на поздние стадии созревания, SlNCED2 – на начальный этап. Спелые плоды характеризуются наибольшей суммой каротиноидов; ликопин обнаружен только в плодах поздних стадий у красноплодных сортов, наибольшее содержание β-каротина – в спелых плодах желтоплодного сорта. Предшественник абсцизовой кислоты, виолаксантин, присутствует только в незрелом плоде; другой предшественник, неоксантин, убывает по мере созревания и на стадии спелости отсутствует. У красноплодных сортов обнаружена взаимосвязь уровня транскриптов SlNCED1 и SlNCED2 с содержанием β-каротина. Полученные данные предполагают совместное участие SlNCED1 и SlNCED2 в биосинтезе абсцизовой кислоты в процессе развития и созревания плода томата. При этом ключевая роль принадлежит гену SlNCED1, пик активности которого приходится на этап смены окраски плода. Более низкие уровни транскриптов SlNCED2 и его пик активности на ранних стадиях развития плода предполагает разделение функций NCED между двумя ферментами.

C помощью метода газовой хромато-масс-спектрометрии проведен сравнительный анализ качественного и количественного составов стериновых компонентов в тканях клеточных линий лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) с разным эмбриогенным потенциалом. Обнаружены существенные межлинейные различия в качественном и количественном содержаниях фракций свободных стеринов и эфиров стеринов. Наряду со стериновыми компонентами обнаружен сквален – тритерпен, являющийся промежуточным соединением в биосинтезе стеринов. Доминирующими свободными стеринами эмбриогенных клеточных линий были β-ситостерин, кампестерин, изофукостерин и стигмастерин, а неэмбриогенных линий – β-ситостерин, кампестерин и стигмастерин. При этом содержание кампестерина в эмбриогенных линиях было в 1.3−1.9 раза выше, чем в неэмбриогенных. Поскольку кампестерин является предшественником брассиностероидов, логично предположить, что его высокое содержание обусловлено эмбриогенным состоянием клеточных линий. Изофукостерин в заметных количествах найден только в эмбриогенных линиях. Во фракции эфиров стеринов неэмбриогенных линий обнаружено бόльшее разнообразие компонентов по сравнению с эмбриогенными линиями. Во всех клеточных линиях среди идентифицированных стериновых эфиров преобладали соединения без двойных связей, несущие в качестве структурного фрагмента стерановое ядро (кор) – циклопентанопергидрофенантрен: их содержание варьировало от 52 до 71% от суммы эфиров стеринов. Обнаруженные различия в составе стеринов и эфиров стеринов у клеточных линий L. sibirica с разным эмбриогенным потенциалом свидетельствуют о значительных перестройках в метаболизме стеринов в ходе эмбриогенеза, которые, могут быть связаны с их участием в этом процессе на стадии формирования зародышей.

В настоящее время микроводоросли и цианобактерии привлекают к себе внимание исследователей как потенциальные продуценты различных ценных веществ. Для увеличения рентабельности биотехнологических процессов с использованием этих организмов необходим отбор высокоэффективных штаммов и выбор оптимальных условий для их роста и максимальной продуктивности. Оптимизация роста должна производиться, с одной стороны, в интенсивных условиях, максимально близких к масштабному культивированию, а с другой стороны – в небольших объемах, чтобы иметь возможность параллельно проверять множество разных параметров с минимальными затратами. В данной работе мы представляем описание и характеристики сконструированной нами лабораторной системы для интенсивного культивирования (LSIC – Laboratory System for Intensive Cultivation) с термо-, свето- и газорегулированием и возможностью культивирования в 4 повторностях в 8 разных условиях, отличающихся по свету, температуре и концентрации CO₂. Также в качестве примера представлены результаты ряда экспериментов с использованием установки.