КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 14-16-00120

НазваниеИзменение стехиометрии малой антенны и реакционных центров фотосистемы 2 как уникальный механизм повышения урожайности и устойчивости ячменя к световому и водному стрессам

РуководительВойцеховская Ольга Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук, г Санкт-Петербург

Года выполнения при поддержке РНФ 2017 - 2018 

КонкурсКонкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые словаячмень Hordeum vulgare L., фотосинтез, тилакоидные мембраны, урожайность, абсцизовая кислота, световой стресс, фотозащита, малая антенна, фотосистема 2

Код ГРНТИ34.17.09


СтатусЗакрыт досрочно


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Известно, что мутанты chlorina отличаются крайне высокой эффективностью фотосинтетического аппарата: скорость переноса электрона в пределах фотосистемы 2 (ФС2), а также скорость ассимиляции СО2 на единицу хлорофилла, у них на 15-20% выше, чем у растений дикого типа. Потенциально, использование сельскохозяйственных культур с таким типом организации фотосинтетического аппарата может дать высокий прирост урожая. Однако, до настоящего времени такие мутанты не рассматривались как перспективные модели для создания сортов и трансгенов с экономически значимым увеличением продуктивности. Это связано с тем, что побочные эффекты мутаций chlorina, в первую очередь, высокий уровень продукции активных форм кислорода в фотосинтетическом аппарате таких мутантов, сводят на нет потенциальную пользу от повышения эффективности фотосинтетической фиксации. Поэтому обнаруженный и изученный нами за время выполнения проекта 14-16-00120 высокопродуктивный фенотип мутанта ячменя chlorina f2 36136 (clo f2 3613), у которого практически отсутствуют побочные "негативные" эффекты мутации chlorina, представляет большой теоретический и практический интерес. В проекте будет продолжено изучение уникальной организации фотосинтетического аппарата этих мутантов. За три года выполнения проекта нами были выявлены первичные и вторичные механизмы, приводящие к повышению фотосинтетической продуктивности и урожайности высокопродуктивного фенотипа clo f2 3613. Вкратце, обнаружено, что ключевым механизмом, ингибирующим рост и развитие низкопродуктивного фенотипа clo f2 3613, является продукция АФК: синглетного кислорода и пероксида водорода, вызванная хроническим перевосстановлением пластохинонового пула. Ключевым механизмом формирования высокопродуктивного фенотипа clo f2 3613 в наших экспериментах является снятие перевосстановления пластохинонового пула путем временного затенения растений clo f2 3613. Это индуцирует биосинтез белков малой антенны, в первую очередь белка LHCB 6, что влечет за собой увеличение размеров суперкомплексов гранальных мембран на основе ФС2. В свою очередь, увеличение размеров суперкомплексов изменяет параметры латеральной диффузии крупных и малых интегральных компонентов липидной фазы гранальных мембран, что улучшает линейный электронный транспорт (дополнительно снимая хроническое перевосстановление пластохинонового пула и «закрепляя» полученный эффект уже в отсутствие затенения на полном солнечном свету) и увеличивает доступность повреждаемых светом ФС2 для репарации. Итогом становится повышение уровня фотосинтетической фиксации СО2 до значений выше, чем у дикого типа, что позволяет растениям восстановить нормальную устьичную регуляцию (как показали наши данные, у мутантов clo f2 3613 устьица хронически открыты и не реагируют на суточные колебания водного дефицита, так как при обычных реакциях устьиц крайне низкая скорость фотосинтеза не позволяла бы им фиксировать в течение светового дня достаточно углекислоты для поддержания роста). Кроме того, снижение уровня продукции АФК восстанавливает онтогенетическую регуляцию, и наши исследования выявили, что ключевым механизмом, мешающим своевременной инициации цветения у мутантов chlorina, является нарушение формирования плазмодесм из-за хронического окислительного стресса. Наконец, нами были охарактеризованы изменения в экспрессии 22000 генов у двух фенотипов мутанта clo f2 3613 по сравнению с диким типом и выявлены две перспективные для дальнейшего анализа группы генов: с первой группой может быть связано формирование высокопродуктивного фенотипа из низкопродуктивного, а со второй группой могут быть связаны некоторые ростовые и продукционные преимущества высокопродуктивного фенотипа по сравнению с диким типом. Необходимо подчеркнуть, что большинство данных было получено для выращиваемых в открытом грунте растений, и потому, в отличие от публикуемых рутинных экспериментов, выполненных на выращенных на низком свету трехнедельных проростках мутантов chlorina, обладает высокой ценностью для сельскохозяйственных разработок. Целью следующих этапов работы будет, во-первых, получение информации, необходимой для перевода полученных фундаментальных знаний в русло практического применения, в т.ч. проведение полевых и прикладных экспериментов, а во-вторых, дальнейшее развитие сформулированных в процессе выполнения проекта 14-16-00120 фундаментальных концепций, открывающих принципиально новые пути регуляции фотосинтетической продуктивности высших растений. В частности, планируется: (1) метаболомный и протеомный анализ зерна clo f2 3613 (растений высокопродуктивного фенотипа) и сравнение с диким типом; (2) проведение полевых экспериментов по получению высокопродуктивного фенотипа мутанта без стадии затенения растений в фазе кущения, а путем изменения условий проращивания; (3) исследование состава и организации суперкомплексов гранальных мембран ячменя (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f2 3613) методами замораживания – травления, замораживания-скалывания и MALDI-imaging; (4) проведение экспериментов по введению ячменя в стерильную культуру, и в случае успеха – трансформации каллусов и получения трансгенных растений (методы будут осваиваться в рамках стажировки в The James Hutton Institute, Dr. Jennifer Stephens); (5) характеристика спектра фитохромов ячменя (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f2 3613) и исследование роли фитохрома В в феномене задержки и последующего восстановления флоральной трансформации меристем мутантов chlorina (ячменя и Арабидопсиса). Все запланированные исследования являются пионерными, включают спектр самых современных и сложных методик, часть которых разрабатывается для Санкт-Петербурга впервые (наша совместная работа с Ресурсным центром на базе СПбГУ), и отличаются высокой актуальностью с точки зрения фундаментальных и прикладных исследований.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения запланированных работ ожидаются следующие результаты: (1) будут оценены питательные характеристики зерна clo f2 3613 (полученного с растений высокопродуктивного фенотипа) в т.ч. методами метаболомного и протеомного анализа. (2) будет выявлено, возможно ли получение растений высокопродуктивного фенотипа мутанта путем простых модификаций агротехники проращивания семян. (3) будет изучен состав суперкомплексов гранальных мембран ячменя (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f2 3613) методом MALDI-imaging либо другим адекватным методом. Это поможет выявить не только ключевые для формирования высокопродуктивного фенотипа мутанта clo f2 3613, и, вероятно, таких же фенотипов других мутантов хлорина однодольных культур, антенные белки, но и их соотношение, приводящее к оптимальной модификации суперкомплексов на основе ФС2. (4) будет исследована организация гранальных мембран ячменя методами замораживания – травления и замораживания-скалывания, дающими максимально высокое разрешение на данном суборганелльном уровне. Данный метод (в том числе его модификация для целых листьев) разрабатывается для Санкт-Петербурга впервые (наша совместная работа с Ресурсным центром СПбГУ). (5) будут проведены эксперименты по введению ячменя в стерильную культуру, и проведена попытка освоения крайне сложной на данный момент техники получения стабильных трансформантов ячменя (в рамках стажировки в The James Hutton Institute, Dr.Jennifer Stephens). В случае успеха данный метод будет представлять большую ценность, так как в настоящее время в мире лишь небольшое число центров (научных и коммерческих) на рутинной осуществляют получение стабильных трансформантов однодольных, и российских центров среди них нет. (6) будут получены спектральные характеристики фитохромов ячменя (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f2 3613) и проверено предположение о ведущей роли симпластного транспорта сигналов, опосредуемых фитохромом В, в регуляции флоральной трансформации меристем мутантов chlorina (ячменя и Арабидопсиса ). Все запланированные исследования отличаются высокой актуальностью с точки зрения фундаментальных и прикладных исследований. Методические разработки в рамках проекта будут проводиться совместно с Ресурсным Центром СПбГУ и Центром коллективного пользования на базе БИН РАН, и таким образом будут потенциально использоваться в дальнейшем широким кругом ученых. Впервые будут получены новые данные о наличии или отсутствии сельскохозяйственно ценных свойств зерна мутанта ячменя clo f2 3613, и о возможности модификации агротехники этого мутанта, что может представлять высокий практический интерес. Полученные результаты будут опубликованы в высокорейтинговых реферируемых международных научных журналах.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В настоящее время повышение урожайности культур на 90 % зависит от успехов селекции, и только 5 % определяется агротехникой. Актуален поиск новых физиологических и молекулярно-генетических механизмов, которые могут стать мишенями для создания высокоурожайных и стрессоустойчивых сортов растений, при этом особое значение приобретает выявление отдельных генов, манипуляция которыми может приводить к перестройкам целого комплекса программ роста и устойчивости. В проекте исследуется потенциал использования мутантов chlorina с высокой эффективностью фотосинтетического аппарата в качестве модели для создания сортов с экономически значимым увеличением продуктивности на примере мутации chlorina f2 3613 ячменя. Данная мутация представляет собой делецию в каталитическом домене фермента хлорофиллид-а-редуктазы (САО) и приводит к полному отсутствию хлорофилла b в фотосинтетическом аппарате мутантов clo f2 3613. Ранее для данного мутанта в условиях выращивания в открытом грунте нами была показана возможность формирования высокопродуктивного фенотипа, который отличался по скорости фотосинтеза, роста, вегетативной и семенной продуктивности от хорошо известного в литературе низкопродуктивного фенотипа, свойственного мутантам chlorina несмотря на их намного более эффективную конвертацию солнечной энергии в расчете на единицу хлорофилла по сравнению с диким типом. За отчетный период продолжалось выявление механизмов восстановления роста и онтогенетической регуляции, увеличения скорости фотосинтеза и продуктивности растений мутантов clo f2 3613. Основные результаты получены по следующим направлениям: (1) Начат метаболомный анализ состава зерна ячменя (мутанта clo f2 3613 и дикого типа), а также листьев растений дикого типа и мутантов clo-f2 низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипа. При использовании метанольной экстракции были обнаружены отличия между метаболитными спектрами хроматограмм растений ячменя дикого типа и мутантов clo-f2 низко- и высокопродуктивных фенотипов – как для листьев, так и для семян. Далее планируется идентификация соединений, затем повторение эксперимента с использованием выбранного метода экстракции с увеличенным размером выборки. Метаболитные профили будут сравнены методом главных компонент. (2) Начат анализ характеристик фитохромов у растений ячменей (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f2 3613). Фитохромная регуляция оказывает существенное влияние на время цветения, что в свою очередь во многом определяет урожайность. Наши предыдущие данные показали, что фитохром В может быть вовлечен в задержку цветения мутанта clo-f2 3613 низкопродуктивного фенотипа, предположительно через изменения симпластного транспорта (Dmitrieva et al., 2017 Plant Signal Behavior), а также в нарушения устьичной регуляции у данного фенотипа (Tyutereva et al., 2017 Functional Plant Biol). Соответственно, представляло интерес изучение роли фитохромов в восстановлении флоральной трансформации и устьичной регуляции у высокопродуктивного фенотипа (Tyutereva et al., 2017 Functional Plant Biol). За отчетный период изучены уровни экспрессии генов всех фитохромов ячменя HvPhyA (GenBank: DQ201158), HvPhyB (GenBank: DQ201142) и HvPhyC (GenBank: DQ238106) у растений дикого типа и мутанта clo-f2 3613. Не обнаружено различий в экспрессии основного фитохрома цветения ячменя - фитохрома С, но выявлены яркие различия в экспрессии фитохромов А и В (в 4 – 10 раз) между растениями высокопродуктивного и низкопродуктивного фенотипа и дикого типа. Показано, что мутация chlorina f2 3613 через неизвестный пока сигнал вызывает подавление экспрессии гена HvPhyB в растениях мутантов обоих фенотипов, и именно это подавление с высокой вероятностью отвечает за часть плейотропных эффектов мутации, связанную с ингибированием роста и флоральной трансформации меристем. У высокопродуктивного фенотипа не происходит восстановления экспрессии HvPhyB, но активируется компенсаторный механизм – повышение экспрессии HvPhyА и образование необычного светостабильного фитохрома А, который предположительно берет на себя часть функций фитохрома В. Таким образом, фитохром А играет важную роль в формировании высокопродуктивного фенотипа мутанта clo-f2 3613. (3) Проведены скрещивания мутантов ch1-3 и phyB арабидопсиса, получены гетерозиготные растения F2. Было произведено скрещивание мутантов ch1-3 и phyB Arabidopsis thaliana, при этом пыльца мутантов phyB использовалась для опыления светло-желтых мутантов ch1-3. Проведен отбор гетерозигот F1 (содержащие оба хлорофилла а и б дигетерозиготы по генам CAO и PhyB), с этих растений были получены семена, а из семян отобраны светло-желтые мутантные по CAO растения для дальнейшего генотипирования с помощью ПЦР с праймерами, специфичными к мутациям по генам CAO и PhyB, соответственно. Далее из полученных растений планируется отбор двойных мутантов по генам CAO и PhyB, получение соответствующих чистых линий и их анализ. На этих растениях как одной из моделей будет впервые изучаться cross-talk между процессами в хлоропластах с измененным набором хлорофиллов и функционированием фитохромной системы. (4). Завершено исследование супрамолекулярной организации гранальных мембран хлоропластов ячменей (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f2 3613) методами замораживания – травления и замораживания-скалывания. Для исследования супрамолекулярной организации гранальных мембран были освоены и сравнены три метода визуализации частиц: замораживания-скалывания хлоропластов (без травления), замораживания–травления (скалывание замороженных хлоропластов, получение реплик с последующим травлением) и негативного контрастирования выделенных с помощью дифференциального центрифугирования гран. Лучше всего зарекомендовал себя метод замораживания–травления. Суспензию хлоропластов фиксировали методом замораживания под высоким давлением в устройстве Leica HPM100 либо погружением в жидкий этан. Проводили скалывание образцов, замороженных под высоким давлением и в жидком этане и напыление сколов углеродом и платиной. Предварительная оценка размеров частиц и их организации в гранальных мембранах ячменей (дикого типа, низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f2 3613) проводилась на полученных репликах сколов хлоропластов. Данные показывают различия между двумя фенотипами мутанта практически по всем изученным параметрам, в первую очередь в плотности расположения частиц в мембране. Необходимо отметить, что эти данные получены для зрелых листьев ячменя дикого типа и мутанта chlorina f2 впервые: ранее (70-80 гг). исследования проводились тем же методом, но на 3-недельных проростках, выращенных в лаборатории в условиях низкого света. В совокупности с результатами FRAP-анализа 2016 года данные подтверждают гипотезу, что в основе восстановления высокой скорости фотосинтеза у высокопродуктивного фенотипа мутанта лежат изменения параметров диффузии ключевых интегральных компонентов тилакоидных мембран, в первую очередь пигмент-белковых комплексов гран. (5). Исследована устойчивость мутанта ячменя clo f2 3613 в полевых условиях к патогенам в сотрудничестве с РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию» (Жодино, Республика Беларусь). В отчетном году в сотрудничестве с лабораторией иммунитета РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию» (зав. лаб. к.с.-х.н. Ю.К. Шашко) испытывали рост и устойчивость мутанта clo-f2 3613 к поражению листовыми болезнями на искусственном провокационном фоне лаборатории иммунитета на полях лаборатории в условиях открытого грунта. В качестве эталона использовался родительский сорт Donaria Ackermanns. Обнаружено, что (1) мутация chlorina f2 3613 приводит к подавлению устойчивости растений к насекомым и грибным патогенам, и (2) обработка мутантных растений стробилуриновыми фунгицидами может действовать сходно с затенением, вызывая зеленение растений (за счет накопления хлорофилла а) и нормализацию прохождения онтогенетических фаз. Известно, что жасмоновая кислота и ее производные определяют устойчивость растений к насекомым и ряду патогенов, а также ответственны за остановку роста при ряде стрессов; для этой функции критически необходимо наличие фитохрома В и в меньшей степени А. Наши данные 2014-2016 гг. выявили в низкопродуктивном фенотипе мутанта clo-f2 3613 снижение экспрессии гена 12-оксофитодиеноат-редуктазы – фермента биосинтеза важного предшественника жасмонатов - и ее восстановление у высокопродуктивного фенотипа; важно отметить, что экспрессия гена, кодирующего данный фермент, активируется под влиянием фитохромного сигналинга. Полученные результаты указывают на важную роль фитохромного сигналинга в развитии обоих фенотипов мутанта clo-f2 3613 по следующей гипотетической схеме: хлоропласты передают на фитохромную систему (в норме ответственную за позеленение проростков, например, в процессе деэтиоляции и в ходе нормального развития листа) по неизвестному (и как мы предполагаем, впервые обнаруженному нами в данной работе) сигнальному пути информацию о неполном комплексе хлорофиллов. Это приводит к подавлению экспрессии важнейшего фитохрома – фитохрома В - и вызывает ряд нарушений развития, в частности, задержку перехода к цветению, а также параллельную деактивацию жасмонатного сигналинга, что позволяет растениям продолжать рост, но приводит к снижению иммунитета. У высокопродуктивного фенотипа активация экспрессии фитохрома А по неизвестному механизму, вероятно, приводит к частичной компенсации дефицита фитохрома В, частичному восстановлению онтогенетического сигналинга и иммунитета. Данная гипотетическая схема будет проверяться на этапе 2018 г. Обнаруженный эффект стробилуринов на формирование высокопродуктивного фенотипа мутанта также будет исследован на этапе 2018 г. более подробно. (6) Проведены эксперименты по введению ячменя в стерильную культуру, этаблирован метод индукции каллусогенеза из зародышей и культивирования каллусной ткани ячменя дикого типа. В дальнейшем будет отрабатываться метод получения каллуса из зародышей мутантных растений, а также агробактериальная трансформация каллусов и регенерация стабильных трансформантов ячменя.

 

Публикации

1. Дмитриева В., Тютерева Е., Иванова А., Евкайкина А., Климова Е., Войцеховская О. Активные формы кислорода, образование плазмодесм и фитохромная регуляция у мутантов chlorina Arabidopsis thaliana и Hordeum vulgare Материалы VIII Съезда Российского фотобиологического общества и Всероссийской конференции «Современные проблемы фотобиологии», пос. Шепси, 10-15 сентября 2017 г., Пущино, типография "11-й ФОРМАТ", С. 57 (год публикации - 2017).

2. Дмитриева В.А., Иванова А.Н., Евкайкина А.И., Климова Е.А., Тютерева Е.В., Войцеховская О.В. Продукция синглетного кислорода и формирование плазмодесм в листьях и апикальных меристемах побега мутанта ячменя chlorina-f23613 Материалы II Международного симпозиума «Молекулярные аспекты редокс-метаболизма растений», Уфа, 26 июня – 1 июля 2017 г., Уфа, "Первая типография", С. 333-336 (год публикации - 2017).

3. Дмитриева В.А., Иванова А.Н., Тютерева Е.В., Евкайкина А.И., Климова Е.А., Войцеховская О.В. Chlorophyllide-a-Oxygenase (CAO) deficiency affects the levels of singlet oxygen and formation of plasmodesmata in leaves and shoot apical meristems of barley EMBO Workshop "Plasmodesmata, Intercellular communication in development and disease", Berlin 2017, Abstract book, Berlin, Abstract №51 (год публикации - 2017).

4. Иванова А.Н., Тютерева Е.В., Воробьев М.Г., Войцеховская О.В. Unraveling supramolecular organization of chloroplast membranes by cryo-microscopic methods Russian international conference of cryo-electron microscopy. June 6-8, 2017, Москва, издательство МГУ, С. 25 (год публикации - 2017).

5. Тютерева Е.В., Евкайкина А.И., Иванова А.Н., Войцеховская О.В. Изменения латеральной подвижности компонентов тилакоидной мембраны и редокс-динамика пластохинонового пула у chlorina мутантов ячменя и арабидопсиса Материалы II Международного симпозиума «Молекулярные аспекты редокс-метаболизма растений», Уфа, 26 июня – 1 июля 2017 г., Уфа, "Первая типография", С.428-431 (год публикации - 2017).

6. Тютерева Е.В., Евкайкина А.И., Иванова А.Н., Войцеховская О.В. Изменения латеральной подвижности компонентов тилакоидных мембран мутантов chlorina ячменя и арабидопсиса, дефектных по биосинтезу хлорофилла b Материалы VIII Съезда Российского фотобиологического общества и Всероссийской конференции «Современные проблемы фотобиологии», пос. Шепси, 10-15 сентября 2017 г., Пущино, типография "11-й ФОРМАТ", С. 52 (год публикации - 2017).

7. Тютерева Е.В., Евкайкина А.И., Иванова А.Н., Войцеховская О.В. Латеральная подвижность белковых комплексов и липидов в мембранах хлоропластов: влияние на фотосинтез Материалы конференции "Экспериментальная биология растений: фундаментальные и прикладные аспекты", 18-24 сентября 2017 г., Крым, Судак, Москва, изд-во АНО «Центр содействия научной, образовательной и просветительской деятельности «Соцветие», С. 68 (год публикации - 2017).

8. Тютерева Е.В., Иванова А.Н., Brenner W., Дмитриева В.А., Pawlowski K. , Войцеховская О.В. Мутанты chlorina – модель для экономически значимого повышения продуктивности растений Материалы VIII Съезда Российского фотобиологического общества и Всероссийской конференции «Современные проблемы фотобиологии», пос. Шепси, 10-15 сентября 2017 г., Пущино, типография "11-й ФОРМАТ", С.53 (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В проекте исследуется потенциал использования мутантов chlorina с высокой эффективностью фотосинтетического аппарата в качестве модели для создания сортов с экономически значимым увеличением продуктивности на примере мутации chlorina f2 3613 ячменя. Ранее для данного мутанта в условиях выращивания в открытом грунте нами была показана возможность формирования высокопродуктивного фенотипа, который отличался по скорости фотосинтеза, роста, вегетативной и семенной продуктивности от хорошо известного в литературе низкопродуктивного фенотипа, обычно свойственного мутантам chlorina. В 2018 г. получены следующие результаты: (1) Охарактеризованы уровни экспрессии генов фитохромов у растений ячменя низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипов мутанта clo f2 3613. Показано, что уровни экспрессии фитохромов значительно изменены у chlorina f2 3613 по сравнению с диким типом на всех стадиях развития. Показано, что изменения экспрессии фитохромных генов PhyA и PhyB в листьях растений chlorina f2 3613 сопровождаются соответствующими изменениями в процессе флоральной трансформации меристем. (2) Показано, что в листьях ячменя экспрессия фитохромных генов ячменя изменяется в зависимости от состояния ЭТЦ хлоропластов, а также от биосинтеза белка в хлоропластах и от уровня тетрапирролов, и вероятно, находится под контролем пластидных сигналов. Показано, что регуляция экспрессии фитохромных генов пластидными сигналами, в отличие от ячменя, вероятнее всего отсутствует у Arabidopsis. (3) Исследованы интермедиаты биосинтеза хлорофиллов: протохлорофиллиды, а также птерины, флавины, и НАДФН, у проростков ячменей дикого типа и мутанта chlorina f2 3613 с помощью спектрофлуориметрии. Обнаружены различия между мутантом и диким типом для этиолированных проростков. При помещении этиолированных проростков на свет различий в биосинтезе хлорофиллов обнаружено не было. (4) Впервые показано, что фоторецепторы участвуют в изменениях симпластного транспорта у Arabidopsis. (5) Показано, что в листьях взрослых растений ячменя дикого типа Donaria симпластная проводимость была в несколько раз ниже, чем у низкопродуктивного фенотипа мутанта chlorina f2 3613. Переход мутанта к высокопродуктивному фенотипу вызывает достоверное снижение симпластной проводимости, что указывает на восстановление регуляции плазмодесм. (6) Изучены процессов электронного транспорта и механизмов балансировки фотосистем 1 и 2 у высокопродуктивного фенотипа clo f2 3613 по сравнению с низкопродуктивным фенотипом и диким типом, и анализ фотосинтетического газообмена и транспирации. Описаны отличия функционирования фотосистем у высокопродуктивного фенотипа chlorina f2 3613, которые приводят к усилению скорости фиксации CO2 выше, чем у дикого типа. (7) Выполнен метаболомный анализ состава зерна ячменя (мутанта clo f2 3613 и дикого типа), а также листьев растений дикого типа и мутантов clo-f2 низкопродуктивного и высокопродуктивного фенотипа. Сравнение метаболитных профилей зёрен ячменя с использованием PCA (метод главных компонент) и PLS-DA (Partial Least Squares Discriminant Analysis) показало, что метаболитные профили зёрен всех трёх фенотипов ячменя достоверно различаются между собой. (8) Впервые оценена пищевая ценность зерна мутанта chlorina f2 3613 высокопродуктивного фенотипа. (9) Впервые изучена устойчивость мутантов ячменя из аллельной серии chlorina (на примере chlorina f2 3613) к патогенам в условиях выращивания в открытом грунте. Обнаружено, что мутация chlorina f2 3613 приводит к подавлению устойчивости растений к грибным патогенам, что согласуется с ингибированием салицилатного пути сигналинга у растений с редуцированным уровнем активных фитохромов В. По результатам проекта зарегистрированы 2 РИД, а также оформляется заявка в Роспатент. Планируется публикация подготовленных к печати материалов (всего 8 статей в журналы, индексируемые в WoS core collection).

 

Публикации

1. Войцеховская О.В. Фитохромы и другие рецепторы информации у растений Материалы IV (XII) Международной ботанической конференции молодых учёных в Санкт-Петербурге 22–28 апреля 2018 года, СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». С. 8-10 (год публикации - 2018).

2. Войцеховская О.В., Mельникова А.Н., Демченко К.Н., Иванова А.Н., Дмитриева В.А., Максимова А.И., Лохауз Г., Томос Д., Tютерева Е.В., Kоролева О.A . Leaf epidermis: The ambiguous symplastic domain Frontiers in Plant Science, - (год публикации - 2021).

3. Войцеховская О.В., Дмитриева В.А., Добрякова К.С., Тютерева Е.В. Способ увеличения эффективности использования солнечной энергии в фотосинтетическом аппарате мутантов с нарушениями биосинтеза хлорофилла b -, АААА-Г18-618121090032-9 (год публикации - ).

4. Войцеховская О.В., Дмитриева В.А., Добрякова К.С., Тютерева Е.В. Способ увеличения эффективности фотосинтетической фиксации углекислоты и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур с использованием мутантов с нарушениями биосинтеза хлорофилла b -, АААА- Г18-618121090034-3 (год публикации - ).

5. Дмитриева В.A., Домашкина В.В., Иванова A.Н., Сухов В.С., Тютерева E.В., Войцеховская O.В. Regulation of plasmodesmata in leaves of Arabidopsis: ATP, NADPH and chlorophyll b levels matter Journal of Experimental Botany, Номер 15, Том 72, страницы 5534–5552 (год публикации - 2021).

6. Дмитриева В.А., Тютерева Е.В., Войцеховская О.В. Singlet Oxygen in Plants: Generation, Detection, and Signaling Roles nternational Journal of Molecular Sciences, 21(9), 3237 (год публикации - 2020).

7. Дмитриева В.А., Тютерева Е.В., Иванова А.Н., Добрякова К.С., Евкайкина А.И., Войцеховская О.В. Отсутствие хлорофилла b изменяет время цветения и регуляцию плазмодесм у мутантов chlorina Arabidopsis thaliana и Hordeum vulgare Труды XIV Съезда Русского ботанического общества и конференции «Ботаника в современном мире» (г. Махачкала, 18-23 июня 2018 г.), Т. 3: Споровые растения. Микология. Структурная ботаника. Физиология и биохимия растений. Эмбриология растений. – Махачкала: АЛЕФ, 2018. C. 261-262. (год публикации - 2018).

8. Дмитриева В.А., Тютерева Е.В., Иванова А.Н., Добрякова К.С., Евкайкина А.И., Войцеховская О.В. Роль хлорофилла b в формировании плазмодесм и регуляции цветения у Hordeum vulgare и Arabidopsis thaliana Материалы IV (XII) Международной ботанической конференции молодых учёных в Санкт-Петербурге 22–28 апреля 2018 года, СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. С. 161 (год публикации - 2018).

9. Добрякова К.С., Дмитриева В.А., Тютерева Е.В., Войцеховская О.В. Мутация в гене, кодирующем фермент биосинтеза хлорофилла b, приводит к изменениям экспрессии генов фитохромов (HvPhyA, HvPhyB, HvPhyC) и «флоригена» HvFT (Flowering locus T) в онтогенезе Hordeum vulgare L. Материалы IV (XII) Международной ботанической конференции молодых учёных в Санкт-Петербурге 22–28 апреля 2018 года, СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». С. 162-163 (год публикации - 2018).

10. Тютерева Е.В., Иванова А.Н., Brenner W., Дмитриева В.А., Добрякова К.С., Pawlowski K., Войцеховская О.В. Мутанты chlorina – модель для экономически значимого повышения продуктивности растений Труды XIV Съезда Русского ботанического общества и конференции «Ботаника в современном мире» (г. Махачкала, 18-23 июня 2018 г.), Т. 3: Споровые растения. Микология. Структурная ботаника. Физиология и биохимия растений. Эмбриология растений. – Махачкала: АЛЕФ, 2018. C. 251-252 (год публикации - 2018).