Механизмы засухоустойчивости и модуляция этого процесса брассиностероидами у различающихся по стратегии адаптации к засухе экотипов мягкой пшеницы

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 23-26-00246

НазваниеМеханизмы засухоустойчивости и модуляция этого процесса брассиностероидами у различающихся по стратегии адаптации к засухе экотипов мягкой пшеницы

Руководитель Авальбаев Азамат Мэлсович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук , Республика Башкортостан

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

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

Ключевые слова Экотипы пшеницы, лесостепной западносибирский экотип, степной волжский экотип, засухоустойчивость, гормональный баланс, про-/антиоксидантная система, осмопротектанты, брассиностероиды

Код ГРНТИ68.03.00 34.31.00 34.31.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Засуха относится к наиболее распространенным повреждающим факторам среды, существенно лимитирующим рост и продуктивность растений. В связи с этим неслучаен интерес исследователей к выявлению механизмов засухоустойчивости растительных организмов с целью выявления наиболее эффективных компонентов защиты к дефициту влаги и раскрытия путей управления ими. Настоящий проект направлен на исследование особенностей формирования молекулярных механизмов засухоустойчивости растений мягкой яровой пшеницы различающихся по стратегии адаптации к засухе экотипов – лесостепного западносибирского и степного волжского. В качестве представителя лесостепного западносибирского экотипа, характеризующегося стратегией ухода от весенней и раннелетней засухи, проявляющейся в замедленном росте на начальных этапах онтогенеза, планируется использовать сорта Омская 35 и Салават Юлаев. Степной волжский экотип, отличающийся, напротив, активным ростом и засухоустойчивостью на начальных стадиях онтогенеза с тем, чтобы к моменту наступления летней засухи к началу фазы трубкования образовать хорошо разветвленную сеть корней, будет представлен сортами Экада 70 и Экада 109. В проекте планируется впервые провести сравнительный анализ морфо-физиологических (параметры роста и водного обмена) и широкий спектр биохимических (состояние гормональной и про-/антиоксидантной систем, содержание осмопротектантов, индикаторы перекисного окисления липидов мембран) показателей растений пшеницы лесостепного западносибирского и степного волжского экотипов на начальных этапах развития и в фазу трубкования в нормальных условиях произрастания и при воздействии засухи. Важную практическую роль в повышении устойчивости растений к засухе играют регуляторы роста, в особенности те, которые сочетают в своем действии ростстимулирующую и антистрессовую активности, в частности, фитогормоны брассиностероиды (БС). В проекте предусматривается выявление сходства и различий в действии представителя БС 24-эпибрассинолида (ЭБ) на устойчивость к засухе сортов различающихся по стратегии адаптации к засухе экотипов пшеницы. Для этого планируется провести комплексный анализ изменений в параметрах роста и водного обмена, содержании фитогормонов, про-/антиоксидантной системы, а также других показателей метаболизма в подвергнутых засухе предобработанных и необработанных ЭБ молодых проростках и вегетирующих растениях пшеницы исследуемых экотипов. Совокупность полученных в ходе выполнения проекта результатов позволит впервые выявить сходства и различия формирования засухоустойчивости у представителей лесостепного западносибирского и степного волжского экотипов пшеницы на критических этапах их развития (молодые проростки и вегетирующие растения в фазе трубкования), а также роль брассиностероидов в модуляции этого процесса.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Авальбаев А.М., Юлдашев Р.А., Лубянова А.Р., Плотников А.А., Якупова А.И., Герасимов Н.А., Аллагулова Ч.Р. ВЛИЯНИЕ МОДЕЛЬНОЙ ЗАСУХИ НА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РАЗНЫХ ЭКОТИПОВ ПШЕНИЦЫ НА НАЧАЛЬНОМ ЭТАПЕ ОНТОГЕНЕЗА Таврический вестник аграрной науки, № 3(35). С. 8-22. (год публикации - 2023)
10.5281/zenodo.10131131

2. Авальбаев А.М., Юлдашев Р.А., Аллагулова Ч.Р., Плотников А.А., Ласточкина О.В. АНАЛИЗ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ПО СТРАТЕГИИ АДАПТАЦИИ К ЗАСУХЕ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ НА НАЧАЛЬНОМ ЭТАПЕ ОНТОГЕНЕЗА Сельскохозяйственная биология, Авальбаев А.М., Юлдашев Р.А., Аллагулова Ч.Р., Плотников А.А., Ласточкина О.В. Анализ засухоустойчивости различающихся по стратегии адаптации к засухе растений пшеницы Triticum aestivum L. на начальном этапе онтогенеза. Сельскохозяйственная биология, 2024, том 59, № 1, с. 131-141. (год публикации - 2024)
10.15389/agrobiology.2024.1.131rus

3. Авальбаев А.М., Юлдашев Р.А., Плотников А.А., Коряков И.С., Аллагулова Ч.Р. Изменения в росте и гормональном балансе различающихся по стратегии адаптации к засухе экотипов пшеницы в зависимости от времени наступления засухи Таврический вестник аграрной науки (год публикации - 2025)

4. Авальбаев А.М., Юлдашев Р.А., Аллагулова Ч.Р., Плотников А.А., Ласточкина О.В. Роль гормональной системы и лектина пшеницы в реализации защитного действия 24-эпибрассинолида на различающиеся по стратегии адаптации к засухе проростки пшеницы в условиях дефицита влаги Сельскохозяйственная биология (год публикации - 2025)

5. Авальбаев А.М., Федяев В.В., Лубянова А.Р., Юлдашев Р.А., Аллагулова Ч.Р. 24-Epibrassinolide reduces drought-induced oxidative stress by modulating the antioxidant system and respiration in wheat seedlings Plants, Avalbaev A, Fedyaev V, Lubyanova A, Yuldashev R, Allagulova C. 24-Epibrassinolide reduces drought-induced oxidative stress by modulating the antioxidant system and respiration in wheat seedlings // Plants. 2024, 13(2):148. https://doi.org/10.3390/plants13020148 (год публикации - 2024)
10.3390/plants13020148

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Исследовали влияние предпосевной обработки 0.4 мкМ 24-эпибрассинолидом (ЭБ) на различные физиолого-биохимические параметры растений различающихся по стратегии адаптации к засухе экотипов пшеницы – лесостепного западносибирского (сорта Зауральская Жемчужина (ЗЖ)) и Омская 35 (О-35)) и степного волжского (сорта Экада 70 (Э-70) и Экада 109 (Э-109)). В лабораторных экспериментах выявлено, что предобработка ЭБ снизила ингибирующий эффект имитирующих засуху растворов сахарозы (4%, 8% и 12%) на энергию прорастания семян и длину главного корня 3-сут проростков Э-70 и Э-109, однако протекторный эффект ЭБ на рост проростков ЗЖ и О-35 не выявлен. Далее влияние ЭБ на физиолого-биохимические показатели оценивали у выращенных на почвогрунте в норме и в условиях почвенной засухи: 1) проростков на начальном этапе онтогенеза (7-9 сут) и 2) у вегетирующих растений в фазу трубкования (32-34 сут). В норме в начале онтогенеза и в фазу трубкования ЭБ увеличивал биомассу растений Э-70 и Э-109, тогда как рост ЭБ-предобработанных проростков ЗЖ и О-35 незначительно повышался в фазу трубкования, но не менялся в раннем онтогенезе. Засуха на обоих этапах онтогенеза привела к ингибированию роста экотипов. Выявлено защитное действие ЭБ на показатели роста Э-70 и Э-109, подвергнутых засухе на обоих этапах, при этом протекторный эффект был более выражен при воздействии ранней засухи. Вместе с тем, ЭБ не оказывал защитный эффект на рост ЗЖ и О-35 при стрессе на обоих этапах онтогенеза. В норме ЭБ повышал интенсивность транспирации и относительное содержание воды (ОСВ) у 7-9-сут и 32-34-сут проростков Э-70 и Э-109, не вызывая изменений в осмотическом потенциале (Ψπ). Изменений в показателях водного обмена у сортов ЗЖ и О-35 в начале вегетации под действием ЭБ не регистрировалось, но в фазу трубкования повышались значения транспирации и ОСВ. Засуха снизила показатели водного обмена как у 7-9-суточных проростков, так и у 32-34-суточных вегетирующих растений обоих экотипов. На обоих этапах онтогенеза ЭБ поддерживал высокий уровень транспирации, ОСВ и Ψπ в подверженных стрессу растениях Э-70 и Э-109 в отличие от таковых ЗЖ и О-35. После действия засухи ЭБ ускорял процесс восстановления растений Э-70 и Э-109, но после фазы трубкования в меньшей степени, чем после действия ранней засухи. ЭБ незначительно ускорял процесс восстановления роста проростков ЗЖ и О-35 после ранней засухи, но не способствовал восстановлению роста ЗЖ и О-35 после прекращения засухи в фазу трубкования. На раннем этапе онтогенеза и в фазу трубкования ЭБ на фоне отсутствия изменений в уровне АБК и ИУК, индуцировал накопление цитокининов (ЦК) и салициловой кислоты (СК) в обоих экотипах, по уровню большее в растениях Э-70 и Э-109. В отличие от проростков ЗЖ и О-35 ЭБ существенно снизил стресс-индуцированный дисбаланс фитогормонов в Э-70 и Э-109 на обоих этапах онтогенеза, чем, видимо, обусловлена их устойчивость к обезвоживанию. Важный вклад в большую устойчивость проростков Э-70 и Э-109 может вносить и более высокое содержание в них СК. Важную роль в защите растений от стрессов играет поддержание в них про/антиоксидантного гомеостаза. В условиях засухи на обоих этапах развития ЭБ снижал стресс-индуцированную продукцию АФК, активность антиоксидантных ферментов, уровни МДА и выхода электролитов в проростках Э-70 и Э-109, что отражалось в их высокой засухоустойчивости. Однако, у растений ЗЖ и О-35 ЭБ не снижал индуцированный засухой дисбаланс в про/антиоксидантной системе, о чем свидетельствует высокие уровни МДА и экзоосмоса электролитов. Важный вклад в формирование устойчивости растений пшеницы к засухе вносит агглютинин зародыша пшеницы (АЗП). ЭБ вызывал накопление мРНК гена АЗП и лектина в проростках Э-70 и Э-109 на обоих этапах онтогенеза, при этом увеличения этих показателей в сортах ЗЖ и О-35 не обнаружено. В условиях стресса при действии ЭБ растения Э-70 и Э-109 отличались более низким уровнем мРНК гена АЗП и лектина, что, по-видимому, свидетельствует о снижении стрессовой нагрузки на них. Вместе с тем, при стрессе изменений в уровне мРНК гена АЗП и лектина при предобработке ЭБ в проростках ЗЖ и О-35 не выявлено. Полученные результаты могут свидетельствовать в пользу вовлечения АЗП в качестве одного из компонентов защитных реакций ЭБ-предобработанных растений Э-70 и Э-109 в ответ на засуху. На обоих этапах развития ЭБ-предобработанные проростки Э-70 и Э-109 характеризовались большим содержанием пролина в сравнении с контролем, при этом изменений в уровне аминокислоты в ЗЖ и О-35 при действии ЭБ не обнаружено. В проростках исследованных сортов, подверженных засухе на обоих этапах онтогенеза, наблюдалось существенное накопление пролина. При стрессе ЭБ-предобработанные проростки Э-70 и Э-109 характеризовались меньшим уровнем накопления пролина в сравнении ЭБ-необработанными, что, по-видимому, свидетельствует об уменьшении стрессовой нагрузки при действии ЭБ. ЭБ не влиял на уровень пролина в растениях ЗЖ и О-35 при стрессе. Анализ элементов структуры урожая (длина колоса, число зерен в колосе, масса 1000 зерен) выявил, что предпосевная обработка ЭБ привела к большому приросту показателей продуктивности для степного волжского экотипа (на 15-20%) в отличие от западносибирского экотипа (на 5-7%). ЭБ предотвратил негативный эффект ранней засухи на продуктивность степного волжского экотипа, а для западносибирского экотипа защитный эффект ЭБ оказался скромнее. При засухе в фазу трубкования протекторный эффект ЭБ-предобработки на продуктивность западносибирского экотипа не выявлен. Предобработка ЭБ оказала защитный эффект на продуктивность степного волжского экотипа при засухе в фазу трубкования, однако он уступал таковому при ранней засухе. Таким образом, предпосевная обработка ЭБ эффективна в стимуляции роста растений и продуктивности степного волжского экотипа. Также предобработка семян ЭБ оказывает протекторный эффект на рост и продуктивность сортов Э-70 и Э-109 при стрессе, однако, ЭБ эффективнее при ранней засухе. В растениях лесостепного западносибирского экотипа выявлен небольшой ростстимулирующий эффект ЭБ в фазе выхода в трубку, но не обнаружено протекторное действие при обоих вариантах засухи. В экспериментах с обработкой ЭБ вегетирующих растений выявлен протекторный эффект ЭБ на 5-сут растения Э-70 и Э-109. Об этом свидетельствует поддержание их роста, снижение стресс-индуцированного повышения АФК, антиоксидантных ферментов, МДА и экзоосмоса электролитов. ЭБ предотвращал стресс-индуцированное увеличение интенсивности суммарного темнового дыхания и доли цианидрезистентного дыхания. Однако, выдерживание проростков ЗЖ и О-35 на растворе ЭБ не снизило повреждающий эффект засухи на исследованные параметры. Таким образом, как при предпосевном замачивании семян, так и при обработке вегетирующих растений на начальном этапе онтогенеза, ЭБ оказывает протекторный эффект на растения Э-70 и Э-109 степного волжского экотипа, а сорта ЗЖ и О-35 слабо отзывчивы к обработке фитогормоном при обоих способах обработки.

Публикации