Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Настоящий проект направлен на решение фундаментальной проблемы выявления механизмов стрессовой устойчивости высших несосудистых растений бриобиотин с целью сохранения биоразнообразия флоры. Бриобиотины – древнейшие несосудистые растений подцарства Bryobiotina, представляющие гаметофитную ветвь эволюции наземных растений. Способность бриобиотин адаптироваться к неблагоприятным условиям существования, в том числе возникшим в результате антропогенного воздействия, является необходимым условием сохранения генотипа и поддержания разнообразия этих растений. Конкретной задачей в рамках проблемы, на решение которой направлен проект, является изучение вклада преобладающих белков позднего эмбриогенеза (LEA) в формирование устойчивости бриобиотин к обезвоживанию/регидратации и действию неблагоприятной температуры. Несмотря на изученность LEA белков в ряде видов высших сосудистых растений, информация о LEA белках и кодирующих их генах в бриобиотинах крайне скудна. В рамках настоящего проекта впервые с применением современных методов молекулярной биологии были идентифицированы in silico гены стрессового ответа, принадлежащие к 8 генетическим семействам LEA, а также к семейству АБК-индуцибельных белков водного стресса (ABA/WDS) в Dicranum scoparium и в роде Anthoceros. Была описана вторичная структура, физико-химические свойства и субклеточная локализация у 40 LEA-белков у D. scoparium и 17 у A. punctatus, у 13 АBA/WDS белков у D. scoparium и 5 у A. punctatus. Показано, что у бриобиотин отсутствуют LEA-белки 6 семейства, у D. scoparium также отсутствуют белки 3 семейства, тогда как у A. punctatus присутствует один белок, но у A. punctatus отсутствуют белки 4 семейства, а D. scoparium присутствуют три таких белка. Обнаружено, что самыми многочисленными белками у бриобиотин являются белки 2 семейства. Установлено, что LEA-белки внутри семейств имеют достаточно сходные значения по вторичной структуре, физико-химическим свойствам и субклеточной локализации, за исключением белков 2 семейства, которые могут заметно различаться по данным характеристикам. Данные различия можно наблюдать и на филогенетических древах, построенных для LEA-белков, где 2 семейство имеет несколько ветвей. Многочисленность LEA-белков, особенно белков 2 семейства, их большое разнообразие в свойствах вторичной структуры и локализации внутри клетки наводит на мысль о важности данных белков в защитных реакциях бриобиотин. Вероятно, LEA-белки способны выполнять защитные функции в различных компартментах растительных клеток несосудистых растений. В рамках проекта предстоит изучить экспрессию дегидринов (DHN), также входящие в семейство LEA-белков. Данные белки бриобиотин были изучены более подробно. Идентифицировано in silico пять белков: три у D. scoparium и по одному у A. agrestis Bonn, A. agrestis Oxford и A. punctatus. Установлено, что DHN антоцеротовых имеют высокую гомологию как по аминокислотной последовательности, так и по вторичной структуре, по физико-химическим свойствам и субклеточной локализации, тогда как DHN D. scoparium существенно отличаются друг от друга. Для анализа физиологического состояния растений при стрессовых воздействиях и при восстановлении в нормальных условиях в проекте был исследован энергетический и редокс статусы бриобиотин. Показано, что при быстром и сильном обезвоживании у A. natalensis не происходило восстановление его фотосинтетических параметров - растение погибало. При действии температуры на талломы A. natalensis происходило кратковременное и недостоверное увеличение общей антиоксидантной активности и удельной активности пероксидазы. Активности достоверно увеличивались через сутки после воздействия. Показано, что активность пероксидазы D. scoparium увеличивалась в начальный момент после различных температурных воздействий. Обнаружено, что как при температурном стрессе, так и при регидратации происходило накопление активных форм кислорода (АФК) у D. scoparium. Установлено, что бриобиотины имеют сходство протекания стрессовых реакций. В период адаптации после стресса происходит восстановление уровня АФК до контрольных значений, вероятно, в результате действия антиоксидантных ферментов. Для исследования энергетического статуса в образцах бриобиотин исследовались следующие фотосинтетические параметры: максимальная фотохимическая эффективность, скорость переноса электронов в фотосистеме II и нефотохимическое (Штерн-Фольмеровское) тушение. Было установлено, что при 1 ч воздействии температуры в 40℃ в условиях постоянной влажности устойчивость бриобиотин, детектируемая по восстановлению фотосинтетических параметров, увеличивалась в ряду Marchantia sp. < A. natalensis < D. scoparium. Обнаружено, что побеги мха D. scoparium оказались более устойчивы не только к воздействию высоких температур, но и к быстрому обезвоживанию, в сравнении с талломными растениями. Нами установлено, что фотосинтетический аппарат бриобиотин устойчив к различным стрессовым воздействиям как наблюдаемым в природе: обезвоживание/регидратация, так и экстремальным на грани выживания растений: при гидратации образцов после их длительного хранения в высушенном состоянии и при воздействии высоких температур в условиях постоянной влажности. Измерение фотосинтетических параметров служит удобным маркером, характеризующим физиологическое состояние объектов. Дает понимание об адаптации или гибели растения. Позволяет обнаруживать адекватные точки для дальнейших транскриптомных и метаболомных анализов с целью расшифровки механизмов стрессовых реакций. Планируемый в дальнейшем анализ экспресси DHN бриобиотин, изофермента пероксидазы (DsPOD6), а также анализ спектр водорастворимых LEA-белков D. scoparium в норме и при стрессе позволит получить оригинальные данные о протекание стрессовых реакций и о вкладе LEA-белков в формирование устойчивости у данных растений. Успешное выполнение проекта будет способствовать более полному пониманию механизмов эффективного использования внутренних ресурсов экстремофильных растений. Полученные результаты создадут фундаментальную основу для разработки инструментов направленного повышения стрессовой устойчивости высших растений, в том числе сельскохозяйственных культур.