Новости

10 Июля, 2020 17:05

Ученые обобщили данные изучения меланина у растений

В своем обзоре, опубликованном в Frontiers in Plant Science, авторы — исследователи ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и Всероссийского института растениеводства им. Н. И. Вавилова — обобщили современные данные о функциях, локализации и молекулярно-генетическом контроле образования меланина в семенах. Специалисты отмечают, что изучение процесса меланогенеза в растениях имеет не только фундаментальную научную, но и вполне прикладную составляющие. Этой же тематике был посвящен один из докладов на XII международной мультиконференции «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020).
Источник: Anastasiia Y. Glagoleva et al. / Front. Plant Sci., 2020
Первый ряд (слева направо): каштан и овес, второй ряд: подсолнечник, арбуз и ячмень, третий ряд: гречиха, виноград и ипомея, четвертый ряд: кунжут, рапс и черная горчица. Источник: Anastasiia Y. Glagoleva et al. / Front. Plant Sci., 2020
3 / 4
Источник: Anastasiia Y. Glagoleva et al. / Front. Plant Sci., 2020
Первый ряд (слева направо): каштан и овес, второй ряд: подсолнечник, арбуз и ячмень, третий ряд: гречиха, виноград и ипомея, четвертый ряд: кунжут, рапс и черная горчица. Источник: Anastasiia Y. Glagoleva et al. / Front. Plant Sci., 2020

Меланинами называют группу пигментов, которые присутствуют во всех царствах живых организмов. В частности, именно его считают причиной окраски многих семян в черный и коричневый цвет, что является довольно распространенным явлением. Однако, отмечают ученые, все не так просто.

«Мы хорошо знаем, как образуется и какие функции выполняет меланин в организме животных, но как этот пигмент образуется и какую роль играет у растений остается предметом изучения», — подчеркнула старший научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН, кандидат биологических наук Олеся Юрьевна Шоева.

Долгое время стоял вопрос, можно ли вообще такой пигмент у растений отнести к меланинам, поскольку, в отличие от животных, у растений он не содержит азота. В последние десятилетия ученые пришли к мнению, что это все же является одной из форм меланина, но биохимические и молекулярно-генетические аспекты образования меланина у растений по-прежнему изучены мало.

Однако, уже то, что известно ученым в настоящее время вызывает большой интерес к растительному меланину как сырью для различных отраслей, включая биомедицинскую. Это обусловлено рядом уникальных свойств пигмента, такими как его стабильное состояние свободных радикалов, поглощение ультрафиолетово-видимого (УФ-видимого) света и ионообменная способность. 

«Считается, что черная пигментация возникла в результате адаптации живых организмов к неблагоприятным условиям окружающей среды и сегодня эти функции меланина интересуют селекционеров, работающих над новыми сортами зерновых и других сельскохозяйственных культур», — отметила Олеся Шоева.

Так, возникло предположение, что семена с черным зерном могут созревать раньше, чем желтые, благодаря способности черных поверхностей поглощать больше солнечной энергии. Это было показано на сравнении сроков созревания ячменя с черными и белыми зернами. Меланины обеспечивают дополнительную механическую прочность оболочкам семян, защищая их от повреждений. Кроме того, пигмент обеспечивает устойчивость к насекомым и вредителям благодаря своей токсичности. У подсолнечника семена с черными оболочками меньше повреждены личинками моли, чем белые. Поскольку меланины являются сильными антиоксидантами, они могут защищать семена в условиях стресса.

Однако большая часть того, что известно о функциях меланина в организме растения — это либо эмпирические данные (полученные в результате наблюдений), либо предположения, сделанные на их основе. Проведение целенаправленной селекционной работы с использованием современных генетических технологий требует совсем другого — детального понимания механизмов выработки и накопления этого пигмента растением и того, какую функциональную роль он играет в процессах его жизнедеятельности.  Исследования в этом направлении в настоящее время проводят ученые ИЦиГ СО РАН и ВИР, равно как и в ряде других научных центров мира.

В начале этого года аспирант второго года обучения ИЦиГ СО РАН Анастасия Юрьевна Глаголева имела возможность провести часть исследования в ВИР. Выполняемый раздел проекта был посвящен геногеогафии. «Было проведено обследование нескольких сотен образцов ячменя коллекции ВИР, в том числе из довоенных вавиловских сборов во время экспедиций в Иран, Афганистан, Турцию, Эфиопию, Эритрею и даже из двух дореволюционных гербарных образцов Роберта Регеля», — рассказала директор ВИР доктор биологических наук Елена Константиновна Хлесткина. 

Был отобран материал для проведения ДНК-анализа в Новосибирске, который позволит воссоздать картину распространения аллельных вариантов генов, связанных с меланогенезом, уточнить их значение для адаптации в регионах с различными климато-географическими условиями. В том числе взята ДНК из фрагментов растений с гербарных листов. 

«Сегодня все большие обороты набирает направление исследований называемое “museomics”, — подчеркнула Елена Хлесткина. — Оно связано с лабораторными молекулярно-генетическими и омиксными исследованиями гербарного материала. Аккуратность, с которой происходила фиксация места и времени сбора при создании научного гербария ВИР, позволяют сегодня воссоздавать картину распределения генетического разнообразия растений столетней давности, а также определять редкие и ценные аллельные варианты генов, впоследствии утраченные из-за кардинальных перемен в организации сельскохозяйственного производства в мире».

На BGRS/SB-2020 Анастасия Глаголева рассказала о том, что существует взаимосвязь между синтезом меланина и фотосинтезом, а также, что образование меланина и антоцианов является сопряженным метаболическим процессом, степень которого предстоит еще установить. Полученные данные, надеются авторы, позволят нанести биосинтез меланина на существующие карты метаболических путей, протекающих в растительных клетках.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ (19-76-00018).

3 Августа, 2020
Сапфировые иглы для лазерной терапии. Их можно вырастить из расплава с температурой выше 2 тыс. градусов
Ученые из России разработали сапфировую иглу для лазерной терапии, которая может быть использована к...
28 Июля, 2020
«Вечный» подшипник: керамика ТГУ продлит жизнь аппаратам ИВЛ
Подшипники, служащие десятилетиями, будут производить физики Томского госуниверситета (ТГУ), уже е...