Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За отчетный период (июль 2024 г. – июнь 2025 г.) вся запланированная экспериментальная работа выполнена в полном объеме. Второй год реализации проекта был посвящен многомерной оценке механизмов регуляции метаболома микроводорослей из отдела Heterokontophyta с учетом филогенетических, экологических, географических, транзиентных и мультиомиксных аспектов для решения биотехнологических задач. По результатам проекта опубликовано 2 научные статьи в изданиях, индексируемых в системах цитирования Web of Science и Scopus, входящих в первый квартиль (Q1) и принадлежащих к 1 уровню «Белого списка» научных журналов: PeerJ и Plants. Достигнутые результаты представлены 8 докладами на 2-х международных и 1-й всероссийской научных конференциях. Описанию биохимических и антиоксидантных свойств микроводоросли из рода Chlorococcum в различных условиях выращивания (DOI: 10.3390/plants13172413) посвящено 8 публикаций в ведущих новостных агентствах, в т.ч. Научная Россия (https://scientificrussia.ru/articles/stress-zastavil-mikrovodorosli-iz-samarskogo-lesa-sintezirovat-bolse-lipidov-i-vitaminov), Indicator (https://indicator.ru/biology/stress-zastavil-mikrovodorosli-iz-samarskogo-lesa-sintezirovat-bolshe-lipidov-i-vitaminov-09-09-2024.htm), Поиск (https://poisknews.ru/biologiya/bogatyj-potenczial-stress-zastavil-mikrovodorosli-iz-samarskogo-lesa-sintezirovat-bolshe-lipidov-i-vitaminov/) и др. Проведена морфологическая и молекулярно-генетическая ревизия диатомовых водорослей из рода Placoneis (DOI: 10.7717/peerj.17278). На основании обнаруженного в панцире нового типа поровых окклюзий, псевдотектулюма, в роде Placoneis оставлено только 4 валидно описанных вида. Остальные виды, у которых окклюзии представлены тектулюмом, перенесены в новый род – Witkowskia. Всего обосновано 168 новых номенклатурных комбинаций. Важно, что предложенная классификация согласуется с ранее опубликованными и новейшими филогенетическими реконструкциями. Полученные результаты важны для понимания разнообразия и распространения диатомовых водорослей из порядка Cymbellales, а также предлагают для них более подробную таксономию, основанную на выделении монофилетических групп. В ходе эксперимента с градиентом изменений условий питательного голодания (ограничений азота и фосфора) проанализированы изменения ключевых характеристик метаболома (содержание липидов, хлорофиллов и их предшественников, каротиноидов, α-токоферола, ретинола, белка и состава жирных кислот) и активности антиоксидантной системы 50 штаммов водорослей из отдела Heterokontophyta, представляющих почвенные, пресноводные и солоноводные экологические группы. Установлено, что повышение доступности азота и фосфора в питательных средах приводит к снижению концентрации хлорофилла у большинства изученных штаммов. Это особенно выражено для представителей родов Vischeria, Pleurochloris, Navicula и подтверждается отрицательными корреляционными связями. Для штаммов пресноводных диатомовых водорослей было зафиксировано уменьшение содержания предшественников и продуктов распада хлорофилла при увеличении концентрации азота и фосфора в среде. Показано, что при снижении или полном отсутствии азота и фосфора общее количество каротиноидов возрастает, а их состав смещается в сторону ксантофиллов. Отмечена прямая зависимость содержания липидов от концентрации фосфора в среде для большинства штаммов Heterokontophyta. Установлено, что фосфорный стресс приводит к более существенным изменениям состава жирных кислот по сравнению с азотным. Определена сильная зависимость содержания α-токоферола от уровня азота и фосфора в питательных средах. Повышение концентрации фосфора в среде для штаммов Vischeria и Witkowskia сопровождалось снижением уровня α-токоферола, исключением были штаммы Pleurochloris и Pseudocharaciopsis. Содержание ретинола было напрямую связано с доступностью азота в среде культивирования, в то время как реакция на фосфор являлась более специфичной. В ходе исследований выявлены новые закономерности, которые свидетельствуют о снижении уровня вторичных продуктов распада липидов при увеличении концентрации азота в среде. Также было установлено, что повышение содержания фосфора приводит к снижению интенсивности пероксидного окисления липидов и уменьшению накопления ТБК-активных продуктов, за исключением Pleurochloris и Pseudocharaciopsis и некоторых штаммов Vischeria. Зафиксировано, что у большинства исследованных штаммов диатомовых водорослей устойчивость к индуцированному пероксидному окислению возрастает при увеличении доступности азота и фосфора. Для антиоксидантной активности не выявлено стабильной взаимосвязи с концентрацией азота и фосфора – в большинстве случаев изменения носили индивидуальный характер для каждого штамма. Активность ферментов антиоксидантной защиты (каталазы, супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы) у штаммов Eustigmatophyceae была прямо пропорциональна доступности азота и фосфора в среде культивирования. Штаммы Xanthophyceae и центрические Bacillariophyceae продемонстрировали прямую зависимость активности SOD от концентрации азота. Активность CAT также коррелировала с азотом у всех штаммов, кроме Pseudocharaciopsis и Nitzschia, а активность GPx – во всех случаях, кроме Pleurochloris и Pseudocharaciopsis. Повышение концентрации фосфора оказывало меньшее влияние на активность ферментов антиоксидантной защиты, чем азот. С точки зрения антиоксидантной активности, для обеспечения биосинтеза вторичных метаболитов в условиях дефицита азота, установлена ценность штаммов с повышенной устойчивостью к пероксидному окислению: V. vischeri MZ–E3, MZ–E4, MZ–E8 и MZ–Ch18. В условиях дефицита фосфора обосновано использование штаммов V. calaminaris MZ–E6, Stephanocyclus meneghiniana М418 и М100, для которых рассчитан высокий показатель коэффициента антиоксидантной активности. В целом для получения ценных биопродуктов на фоне повышенной антиоксидантной устойчивости в условиях нехватки азота и/или фосфора, из всей изученных штаммов Heterokontophyta наиболее целесообразно использовать V. calaminaris MZ–E6 и V. vischeri MZ–E8 – для производства каротиноидов; Pseudocharaciopsis ovalis MZ–Е5 и V. vischeri MZ–E3 – для синтеза липидов; V. vischeri MZ–E4 – для получения белка; V. calaminaris MZ–E6 и V. stellata MZ–E7 – для получения α-токоферола. Анализ полученных результатов методом главных компонент показал, что сила взаимосвязи между содержанием разных метаболитов в биомассе, количеством азота и фосфора в питательной среде, их соотношением, интенсивностью света и временем культивирования для почвенных, пресноводных и солоноводных водорослей трех классов Heterokontophyta (Eustigmatophyceae, Xanthophyceae и Bacillariophyceae) разная и отражает специфику их метаболических стратегий в ответ на изменение условий культивирования.