Закономерности формирования ядровой древесины у сосны обыкновенной в диапазоне климатических условий: физиолого-биохимические и молекулярно-генетические механизмы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-14-00204

НазваниеЗакономерности формирования ядровой древесины у сосны обыкновенной в диапазоне климатических условий: физиолого-биохимические и молекулярно-генетические механизмы

Руководитель Галибина Наталия Алексеевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Карельский научный центр Российской академии наук" , Республика Карелия

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-107 - Экология биосистем

Ключевые слова сосна обыкновенная, ядровая древесина, транзитная (переходная) зона, заболонная древесина, зона дифференциации ксилемных производных камбия, метаболиты углеводной и фенольной природы, активность ферментов, экспрессия генов, возраст камбия, эдафические факторы, климатические факторы

Код ГРНТИ34.35.15 34.31.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на выявление закономерностей, происходящих в ксилемных производных камбия при формировании ядровой древесины у сосны обыкновенной, и включает исследование механизмов регуляции метаболических процессов на биохимическом и генетическом уровнях. Образование структурных элементов ксилемы (трахеиды, клетки аксиальной и лучевой паренхимы) – сложный процесс, включающий деление камбиальных инициалей, их рост растяжением, утолщение клеточной стенки и в случае трахеид ‒ программируемую клеточную смерть (ПКС). У большинства видов деревьев, завершающим этапом развития ксилемы является формирование ядровой (мертвой) древесины. Образование ядровой древесины рассматривают, как процесс старения заболони, при котором погибают клетки лучевой и аксиальной паренхимы, в результате чего прекращается физиологическая активность и в центре ствола образуется нефункциональная ксилема. Живые клетки паренхимы участвуют в дыхательных процессах, обеспечивают запасание питательных веществ и передвижение их по проводящим тканям растения. Выявление доли функционально активной заболонной древесины в общей биомассе ствола необходимо для крупномасштабных оценок дыхания и транспирации древесных растений. Наличие ядровой древесины во многом определяет устойчивость дерева к погодным воздействиям (штормовые ветра) и качество древесины (влажность, цвет, устойчивость к биодеградации). Понимание механизмов, регулирующих переход заболонной древесины в ядровую актуален как с точки зрения глобальных исследований круговорота углерода, так и получения древесины с особыми свойствами. Впервые у сосны обыкновенной в разных условиях произрастания будет исследован метаболический статус зон ксилемы по радиальному вектору «камбиальная зона – заболонная древесина – транзитная зона – ядровая древесина», включающий содержание сахаров (сахароза, глюкоза, фруктоза), резервных (крахмал) и структурных (целлюлоза, лигнин) компонентов, экстрактивных веществ, а также активность ферментов и/или уровень экспрессии, кодирующих их генов, участвующих в превращениях метаболитов (сахарозосинтаза, инвертаза, фенилаланинаммиаклиаза, пероксидаза, полифенолоксидаза, флаванон-3-гидроксилаза, халкон-синтаза, халкон-изомераза, халкон-редуктаза). С использованием in silico анализа регуляторных цис-элементов, присутствующих в промоторной области исследованных генов, будут выявлены факторы, участвующие в регуляции экспрессии генов интереса при формировании ядровой древесины. Формирование всех структурных элементов ксилемы происходит в результате деятельности латеральной меристемы ‒ камбия. К механизмам, регулирующим деление и дифференцировку камбиальных клеток, относится синтез CLE-пептидов TDIF (ген CLE41/44) и их рецептора TDR (ген PXY). Особенностью предлагаемого проекта является выявление связи уровня экспрессии генов CLE и PXY в камбиальной зоне со скоростью образования ядровой древесины. Подобные исследования имеют не только фундаментальную, но и практическую значимость. Показано, что манипуляции с CLE/PXY могут приводить к увеличению продуктивности древесных растений. Образование ядровой древесины рассматривают как форму старения тканей и сравнивают с ПКС, которая происходит при формировании из ксилемных производных камбия трахеид. В рамках заявленного проекта предполагается сравнить активность BFN-эндонуклеазы, участвующей в развитии у растений программируемой клеточной смерти, при дифференциации трахеид (зона ксилемных производных камбия) и при формировании ядровой древесины (транзитная зона). Подобные исследования позволят выявить закономерности и сравнить между собой метаболические процессы, происходящие при формировании проводящих и механических элементов ксилемы и при формировании ядровой древесины. Количество ядровой древесины и скорость ее образования с одной стороны находятся под генетическим контролем, с другой – зависят от условий произрастания дерева. Исследования в рамках представленного проекта предполагают изучение интенсивности процесса формирования ядровой древесины у сосны обыкновенной в разных климатических (северная граница подзоны северной тайги – северная тайга – подзона средней тайги) и эдафических (сосняк лишайниковый – сосняк брусничный – сосняк черничный) условиях. Характеристика процесса образования ядровой древесины будет рассмотрена в зависимости от возраста дерева и возраста камбия в пределах одного дерева. Научная новизна исследований по проекту состоит в комплексном подходе к изучению влияния условий произрастания (широтный градиент, плодородие почв, ценотические факторы) на закономерности формирования ядровой древесины у одной из основных лесообразующих пород Северо-запада России – сосны обыкновенной, включающем выявление молекулярно-генетических и физиолого-биохимических механизмов, регулирующих этот биологически важный процесс.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Галибина Н.А., Мошников С.А., Никерова К.М., Афошин Н.В., Ершова М.А., Иванова Д.С., Харитонов В.А., Ромашкин И.В., Семенова Л.И., Серкова А.А., Тарелкина Т.В. Changes in the intensity of heartwood formation in Scots pine in ontogenesis IAWA, Vol. 43, Is. 3. P. 299-321 (год публикации - 2022)
10.1163/22941932-bja10082

2. Ершова М.А., Никерова К.М., Галибина Н.А., Софронова И.Н., Бородина М.Н. Some minor characteristics of spectrophotometric determination of antioxidant system and phenolic metabolism enzymes’ activity in wood plant tissues (on the example of Pinus sylvestris L.) Protein & Peptide Letters (год публикации - 2022)

3. Тарелкина Т.В., Галибина Н.А., Мошников С.А., Никерова К.М., Мошкина Е.В., Геникова Н.В. ANATOMICAL AND MORPHOLOGICAL FEATURES OF 2 SCOTS PINE HEARTWOOD FORMATION IN TWO FOREST 3 TYPES IN THE MIDDLE TAIGA SUBZONE Forests (год публикации - 2022)

4. Мощенская Ю.Л., Галибина Н.А., Никерова К.М., Тарелкина Т.В., Корженевский М.А., Софронова И.Н., Ершова М.А., Семенова Л.И. Plant programmed cell death associated genes participation in Pinus sylvestris L. trunk tissues formation Plants, 11, 3438 (год публикации - 2022)
10.3390/plants11243438

5. Мощенская Ю.Л., Галибина Н.А., Корженевский М.А, Чирва О.В, Тарелкина Т.В., Никерова К.М. Получение качественного препарата РНК и оценка референсных генов для постановки количественной ПЦР при работе с тканями ствола Pinus sylvestris L Онтогенез (год публикации - 2023)

6. Галибина Н.А., Мощенская Ю.Л., Тарелкина Т.В., Никерова К.М., Корженевский М.А., Серкова А.А., Афошин Н.А., Семенова Л.И., Иванова Д.С., Гуляева Е.Н., Чирва О.В. Identification and Expression Profile of CLE41/44-PXY-WOX Genes in Adult Trees Pinus sylvestris L. Trunk Tissues during Cambial Activity Plants, Vol. 12(4), P. 835 (год публикации - 2023)
10.3390/plants12040835

7. Тарелкина Т.В., Галибина Н.А., Ершова М.А., Мошников С.А., Никерова К.М., Афошин Н.А., Семенова Л.И. Age of heartwood initiation in trunks of young Pinus sylvestris L. trees in the taiga zone IAWA (год публикации - 2023)
10.1163/22941932-bja10144

8. Мощенская Ю.Л., Галибина Н.А., Тарелкина Т.В., Никерова К.М., Корженевский м.А., Семенова Л.И. Cambial Age Influences PCD Gene Expression during Xylem Development and Heartwood Formation Plants, 12(23), 4072 (год публикации - 2023)
10.3390/plants12234072

Публикации