Лигнификация, как способ приспособления растений к действию абиотических стрессовых факторов

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 22-24-00817

НазваниеЛигнификация, как способ приспособления растений к действию абиотических стрессовых факторов

Руководитель Ермошин Александр Анатольевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" , Свердловская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-206 - Физиология и биохимия растений

Ключевые слова Лигнификация, абиотический стресс, ионы меди, засоление, фенилпропаноиды, экспрессия генов синтеза лигнина, белки трансфакторы, табак, циния.

Код ГРНТИ34.31.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Масштабное отчуждение сельскохозяйственных земель, их загрязнение ионами тяжелых металлов (ТМ), и как следствие, снижение урожайности и продуктивности растений – глобальные проблемы, которые необходимо решать для устойчивого развития биосферы и человечества. Распространение тяжелых металлов в среде и засоление – это неизбежный результат производства самых разных товаров бытового и производственного назначения. Концентрации поллютантов особенно высоки в местах добычи руд, металлургических производств, сельскохозяйственного производства. На загрязненных грунтах таких территорий растения вынуждены приспосабливаться к стрессорам. При действии стрессоров в растении происходит образование АФК, что приводит к развитию окислительного взрыва. Длительное действие стрессора может сопровождаться подавлением роста растений и нарушением их жизненного цикла вследствие перераспределения ресурсов на образование компонентов антиоксидантной защиты, таких как антиоксидантное ферменты b низкомолекулярные антиоксиданты. Наряду с активацией антиоксидантных систем одним из механизмов акклимации растений к избытку поллютантов в среде является их иммобилизация в клеточных стенках растений. Клеточная стенка (КС) – сложный компартмент растительной клетки, благодаря катионно-обменным свойствам способен связывать и ограничивать транспорт ионов, в том числе, ТМ, что приводит к снижению их концентрации в надземных частях растений. Таким образом, КС может выполнять в растении барьерные функции. В ответ на действие неблагоприятных факторов внешней среды во многих растениях стимулируется биосинтез фенолов как антиоксидантов и предщественников лигнина. Эти реакции являются следствием изменения экспрессии генов PAL, C4H, 4CL и др. (Qingquan, 2018). Считается, что отложение лигнина повышает толерантность растений к ТМ за счет ограничения их подвижности в апопласте (Zeng, 2016). Таким образом, понимание регуляции процесса лигнификации как приспособления растений к стрессовым воздействиям на разных уровнях от молекулярного (изменение экспрессии генов, кодирующих ферменты фенилпропаноидного пути) до морфофизиологического (биосинтеза лигнина в разных тканях и органах) остается актуальной научной задачей. Цели исследования – изучение физиолого-биохимических, молекулярно-генетических и анатомо-морфологических (лигнификации клеточных стенок) механизмов устойчивости растений табака и циннии в условиях стресса, вызванного ионами меди засолением. Задачи: 1. Определить уровень стресса в тканях корня и побега растений в условиях избытка ионов меди в среде и при засолении. 2. Оценить содержание фенолов, количество и композицию лигнина в растениях при стрессе. 3. Определить уровень экспрессии генов, кодирующих ферменты раннего этапа фенилпропаноидного пути метаболизма (ФП) и биосинтеза лигнина. 4. Выявить роль белков трансфакторов (ТФ), участвующих в ФП и синтеза лигнина в условиях стресса и на этапе восстановления растений. Методологической основой исследования будет комплексный подход к изучению роли лигнификации и ее регуляции в условиях абиотического стресса у растений, предусматривающий гистохимические, физиолого-биохимические и молекулярно-генетические методы исследований. Будет определено содержание маркеров окислительного стресса, активность ферментов антиоксидантной защиты, их локализация в тканях корня и побега, лигнификация КС, уровень экспрессии генов, кодирующих ферменты фенилпропаноидного пути и биосинтеза лигнина, а также генов ТФ, регулирующих эти процессы. Научная новизна планируемого исследования. Впервые в длительном эксперименте будет изучена лигнификация тканей корня и стебля модельных растений цинии и табака в условиях действия стрессовых факторов – ионов меди и засоления. Впервые будет показано изменение экспрессии генов, кодирующих ферменты биосинтеза фенолов и лигнина (PAL, C4H, 4CL, LAC, PRX), а также белков-трансфакторов (ERF1, ERF2, MYB1 и MYB2), участвующих в регуляции экспрессии указанных генов в условиях стресса, вызванного избытком ионов меди в среде или засолением. Впервые будет определена локализация ферментов антиоксидантной защиты в разновозрастных тканях корня и стебля модельных растений, дана характеристика физиолого-биохимического статуса растений в условиях стресса и в период восстановления после стресса. Будут установлены коррелятивные связи между экспрессией генов, количеством лигнина, фенолов, и маркерами стресса у растений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Тугбаева А.С., Ермошин А.А., Вуриянгхан Х., Малева М.Г., Борисова Г.Г., Киселёва И.С. Copper Stress Enhances the Lignification of Axial Organs in Zinnia elegans Horticulturae, Horticulturae 2022, 8(6), 558 (год публикации - 2022)
10.3390/horticulturae8060558

2. Тугбаева А.С. , Ермошин А.А. , Киселёва И.С. Роль пероксидаз III класса в лигнификации осевых органов циннии при медном стрессе Biomics, 14(3) 238-242 (год публикации - 2022)
10.31301/2221-6197.bmcs.2022-19

3. Ермошин А.А., Галишев Б.А., Киселева И.С. ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КАЛЛУСА И КОРНЕВИЩА СОЛОДКИ И ИХ АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ. Москва: Перо, 92 (год публикации - 2022)
10.54925/9785002041534

4. Тугбаева А.С., Ермошин А.А., Киселева И.С. ЗАСОЛЕНИЕ СРЕДЫ ВЛИЯЕТ НА ЭКСПРЕССИЮ ГЕНОВ ФЕНИЛПРОПАНОИДНОГО ПУТИ И ЛИГНИФИКАЦИЮ ОСЕВЫХ ОРГАНОВ ZINNIA ELEGANS Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты: материалы докладов XI международного симпозиума. Москва: Перо, 160 (год публикации - 2022)
10.54925/9785002041534

5. Пермяков А.Р., Ермошин А.А., Тугбаева А.С., Киселёва И.С. Изменение спектра фенольных соединений циннии при избытке ионов меди в субстрате Биомика (год публикации - 2022)
10.31301/2221-6197.bmcs.2022-29

6. Тугбаева А.С., Ермошин А.А., Киселева И.С. Biochemical Responses to the Long-Term Impact of Copper Sulfate (CuSO4) in Tobacco Plants International Journal of Molecular Sciences, 2023, 24(20), 15129 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms242015129

7. Тугбаева А.С., Ермошин А.А., Х. Вариангхан, Киселёва И.С. Lignification in Zinnia (Zinnia elegans Jacq.) Stem Sections of Different Age: Biochemical and Molecular Genetic Traits Horticulturae, 9(3), 410 (год публикации - 2023)
10.3390/horticulturae9030410

8. Тугбаева А.С., Ермошин А.А., Х. Вариангхан, Киселёва И.С. Expression of Genes Involved in Phenolics and Lignin Biosynthesis in Zinnia elegans under Saline Stress Журнал Сибирского федерального университета. Биология, 16(2). С. 193–205 (год публикации - 2023)

9. Ермошин А.А., Тугбаева А.С., Галишев Б.А., Киселёва И.С. КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ У ТАБАКА ПРИ ЗАСОЛЕНИИ И В ПОСТСТРЕССОВЫЙ ПЕРИОД X Съезд общества физиологов растений России «Биология растений в эпоху глобальных изменений климата», X Съезд общества физиологов растений России «Биология растений в эпоху глобальных изменений климата» (Уфа, 18-23 сентября 2023 г.): тезисы докладов. – Электрон. текстовые дан. (1 файл: 4,22 Мб). – Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2023. - с.142 (год публикации - 2023)

10. Тугбаева А.С., Ермошин А.А., Киселева И.С. УСИЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ ПЕРОКСИДАЗ III КЛАССА И ЛИГНИФИКАЦИИ КАК НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ ОТВЕТНАЯ РЕАКЦИЯ НА АБИОТИЧЕСКИЙ СТРЕСС X Съезд общества физиологов растений России «Биология растений в эпоху глобальных изменений климата», X Съезд общества физиологов растений России «Биология растений в эпоху глобальных изменений климата» (Уфа, 18-23 сентября 2023 г.): тезисы докладов. – Электрон. текстовые дан. (1 файл: 4,22 Мб). – Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2023. - c. 364 (год публикации - 2023)

Публикации