Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Одним из актуальных и важных направлений физиологии и биохимии растений является изучение регуляторного действия света на функциональную активность и метаболизм растений. Несмотря на значительные успехи в этой области, интерес к нему сохраняется, что обусловлено повышением уровня солнечной радиации на Планете и её влиянием на жизнедеятельность различных организмов. При этом число работ по светорегуляции накопления таких вторичных метаболитов как фенольные соединения (ФС), не столь велико, хотя они представляют большой интерес как в фундаментальном, так и в практическом плане в связи с характерной для них антиоксидантной активностью. До сих пор нет ясности по влиянию света разной интенсивности на их биосинтез, в том числе баланс мономерных и олигомерных форм. Крайне мало известно о полимеризации ФС и образовании проантоцианидинов (ПА) – соединений флавановой природы с антиоксидантным потенциалом. Это свидетельствует об актуальности выполняемых в рамках проекта исследований. В отчетный период было изучено влияние различной интенсивности и длительности светового воздействия на содержание и состав фенолома, в том числе катехинов и ПА, в нескольких штаммах каллусных культур чайного растения, значительно отличающихся по накоплению ФС; экспрессию основных генов фенольного метаболизма; компартментацию ФС в клетках. Работы проводили на двух штаммах (1,2) каллусных культур чая стеблевого происхождения и одном штамме (3) листового происхождения, которые отличались по морфофизиологическим характеристикам и накоплению ФС: один из них (штамм 1) можно отнести к высокопродукционным культурам, другие (штамма 2 и 3) – к низкопродукционным. Использовали три интенсивности света: стандартную для выращивания каллусов чая (50 мкмоль·м-2·с-1), а также в 1.5 и 2 раза более высокие (75 мкмоль·м-2·с-1 и 100 мкмоль·м-2·с-1), фотопериод составлял 16 час свет/8 темнота. Установили, что фенолом каллусных культур чая содержит различные мономеры ФС - преимущественно катехины, а также их олиго- и полимеры – ПА. Мономеры катехинов представлены как простыми их формами – (+)-катехин (К), (-)-эпикатехин (ЭК), эпигаллокатехин (ЭГК), так и галлированными формами – галлокатехингаллат (ГКГ), эпикатехингаллат (ЭКГ) и эпигаллокатехингаллат (ЭГКГ). У каллусов штамма 1, выращиваемых при различной интенсивности света, основным соединением был ЭК, содержание К, ГКГ и ЭКГ было ниже (в среднем в три раза), а наименьшее накопление характерно для ЭГК и ЭГКГ. У каллусов штамма 2 доминировали ЭКГ и К, содержание ЭГК и ГКГ было ниже, а ЭК и ЭГКГ – минимально. При этом у штамма 1 наибольший их уровень отмечен на завершающих стадиях роста, особенно при интенсивности света 50 мкмоль·м-2·с-1. У штамма 2 значительных изменений в их количестве при выращивании на свету различной интенсивности не отмечено, хотя чем выше был световой поток, больше было содержание флаванов, что в целом не характерно для штамма 1. Образование ПА характерно только для штамма 1, где они были идентифицированы как процианидины Б-типа с различной степенью полимеризация (от 2 до 5 и даже выше). Их содержание распределялось в таком ряду: ПА 2 > ПА 3 > ПА 4 > ПА 5, то есть пентамерных ПА в клетках было меньше всего. Во всех случаях их уровень был высок в конце пассажа, особенно при интенсивности света 100 мкмоль·м-2·с-1 и в среднем на 30 – 40% превышал таковой других вариантов (за исключением пентамеров). Это свидетельствует о возрастании накопления высокомолекулярных ПА при длительном воздействии света, что более выражено при высоких его значениях. Изучена экспрессия ряда генов фенольного метаболизма в высокопродукционной каллусной культуре чайного растения (штамм 1), выращиваемой в условиях различной интенсивности и длительности светового воздействия. Установлены изменения в экспрессии «ключевого» гена фенольного метаболизма - L- фенилаланинаммиаклиазы (PAL), особенно у культур, выращиваемых при интенсивности света 50 и 100 мкмоль·м-2·с-1. Экспрессия генов циннамат-4-гидроксилазы и 4-кумарил-КоА лигазы в большинстве случаев была ниже таковой PAL и максимальной на завершающих этапах роста (особенно при интенсивности 100 мкмоль·м-2·с-1). Анализ экспрессии генов халконсинтазы (CHS) и халконизомеразы (СHI), относящихся к «флавоноидному блоку» биосинтеза ФС, показал, что накопления их транскриптов изменялось по мере роста культур чая и было максимальным, соответственно на 30 сут при интенсивности света 100 мкмоль·м-2·с-1 и на 40 сут при 75 мкмоль·м-2·с-1. Проанализирована также экспрессия генов дигидрофлавонолредуктазы (DFR), антоцианидинсинтазы (ANS), антоцианидинредуктазы (ANR) и лейкоантоцианидинредуктазы (ANR), ответственных за заключительные стадии биосинтеза ФС, а именно образование мономерных катехинов, а также олигомерных и полимерных их форм – ПА. Уровень транскриптов этих генов в каллусах чая при воздействии света разной интенсивности изменялся по мере их роста и имел максимальные значение в различные периоды (10, 30 или 40 сут). Все это свидетельствует о влиянии интенсивности и длительности светового воздействия на экспрессию генов биосинтеза ФС в каллусных культурах чая, и в целом более выражено при 75 мкмоль·м-2·с-1. Исследована компартментация ФС в каллусных культурах чая штамма 1, выращиваемых при различной интенсивности светового воздействия, на основе данных световой и флуоресцентной микроскопии. Отмечено увеличение степени флуоресценции флавоноидов в каллусах чая, выращенных при интенсивности света 75 мкмоль·м-2·с-1, что может свидетельствовать об изменении баланса флавановых соединений, в том числе за счет процессов их полимеризации и формировании ПА. Полученные данные новы и оригинальны и свидетельствуют о регуляторном действии света различной интенсивность на баланс мономерных и олигомерных форм фенольных соединений в in vitro культурах растений чая.