Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе эволюции растения сформировали механизмы устойчивости к стрессовым факторам различной природы, в том числе биотическим. Эти механизмы базируются как на наличии конститутивных, так и индуцированных факторов и включают сложную сигнальную сеть, связывающую структурную и биохимическую защиту. Одним из механизмов защиты растений при биотическом стрессе являются антимикробные и связанные с патогенезом (PR) белки, присутствующие в небольших концентрациях в тканях здоровых растений. При взаимодействии с патогеном количество PR-белков может увеличиваться, выступая в качестве первой линии защиты растений. Таким образом, PR-белки играют ключевую роль в защитных реакциях, которые могут снизить негативные эффекты, вызванные фитопатогенами. Настоящий проект посвящен изучению влияния нанокомпозитов (НК) – веществ состоящих из наночастиц (НЧ) металлов или халькогенов погруженных с помощью химического синтеза в полимерную матрицу природного происхождения, на уровень экспрессии PR генов в тканях сельскохозяйственно-значимых растений. Согласно предварительным исследованиям НК снимали негативные эффекты заражения растений фитопатогенными бактериями, что отражалось на их биометрических и биохимических характеристиках. Однако механизмы такого протекторного эффекта оставались неясными. В результате работы над Проектом на первом этапе осуществили химический синтез НК. Разработаны и реализованы простые и сохраняющие нативную структуру полисахарида арабиногалактана (АГ) методы синтеза 6 водорастворимых нанокомпозитов на основе АГ (содержащие НЧ Se, биофлавоноидных хелатов Cu и Mn, гидроксида меди, сульфида меди, селенида меди). Также реализован твердофазный механохимический синтез 6 водорастворимых НК полисахарида метилцеллюлозы умеренной молекулярной массы (содержащих НЧ Se, биофлавоноидных хелатов Cu и Mn, гидроксида меди, сульфида меди, селенида меди). Все полученные НК, дающие устойчивые водные растворы и перспективные для дальнейшего использования охарактеризованы методами оптической спектрометрии ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов, а также фотон-корреляционной спектрометрией. На втором этапе выполнения Проекта осуществляли исследования, посвященные изучению влияния синтезированных НК на уровень экспрессии PR генов в тканях растений при заражении фитопатогенной бактерией. Исследования проводились на модельных системах: растения картофеля in vitro сорта Лукьяновский – фитопатоген Pectabacterium carotovorum (Pcc) и проростки семян сои сорта Иркутской селекции «Саяна» - Pcc. Осуществлен подбор праймеров к PR генам сои и картофеля из литературных источников. Отработана методика выделения РНК из тканей проростков сои, листьев и корней картофеля. Проведено исследование влияния различных видов НК (НК на основе АГ с НЧ Se, НК АГ с НЧ Cu, НК АГ с НЧ Mn, НК АГ с хелатнокоординированными НЧ меди и гидрооксида меди) на уровень экспрессии PR генов в тканях проростков сои сорта «Саяна», выросших из семян сои, подвергнутых заражению фитопатогеном Pcc. Показано, что при заражении семян сои Pcc в тканях проростков не увеличивалась экспрессия генов GmCHIO2, GmPR1-6, GmPR1L, GmPR10 и GmGlyma. В присутствии НК Se/Аг была отмечена тенденция к повышению экспрессии гена GmPR1L как в зараженных, так и в незараженных проростках. Для гена PR1-9 наблюдали выраженное повышение уровня транскриптов для зараженных проростков при обработке НК Se/Аг и НК Mn/Аг относительно его уровня экспрессии без обработки НК. При сравнении уровня транскриптов исследуемых генов при всех вариантах обработки незараженных проростков с зараженными проростками без обработки НК можно видеть, что уровень транскриптов в зараженных проростках во всех случаях ниже или равен уровню транскрипции в незараженных. При заражении и обработке нанокомпозитами уровень транскриптов исследуемых генов (НК Se/Аг НКCuOH/Аг для Glyma, НК Se/Аг для PR1, НК Se/Аг и НК Mn/Аг для PR1-9) был значительно выше не только уровней в зараженных проростках без обработки НК, но и с уровнями в незараженных проростках. Возможно, это отражает активизацию антимикробного ответа в присутствии НК. Полученные результаты могут свидетельствовать о модифицирующем воздействии НК Se/Аг на антимикробный ответ заражённых Pcc проростков сои. Проведено исследование влияния различных видов НК (НК на основе АГ с НЧ Se, НК АГ с НЧ Cu, НК АГ с НЧ Mn, НК АГ с хелатнокоординированными НЧ меди) на уровень экспрессии PR генов в тканях картофеля in vitro сорта «Лукьяновский», подвергнутых заражению фитопатогеном Pcc. При сравнении уровней транскриптов генов антимикробного ответа в листьях зараженных и незараженных растений картофеля обнаружено, что гены POX, PR3, PR-5-18, PR1, PR2, PR6, PR10 индуцируются в ответ на заражение Pcc в 2 раза и более. Возможно, это отражает дополнительную активизацию антимикробного ответа в присутствии НК в условиях заражения. Таким образом, в присутствии НК для ряда генов мы наблюдаем индукцию экспрессии, характерную для антимикробного ответа при заражении Pcc. Возможно, наблюдавшееся нами ранее повышение устойчивости растений к заражению на уровне морфометрических и биохимических характеристик после обработки НК можно объяснить тем, что сама по себе обработка НК может инициировать ключевые элементы антимикробного ответа на уровне экспрессии PR генов. Таким образом, в результате выполнения работы над Проектом в первый год были синтезированы НК, охарактеризованы и получены новые интересные данные об их влиянии на уровень экспрессии PR генов культурных растений. Со ссылкой на грант в 2025 г опубликованы: 1 обзорная статья в журнале Q1, посвященная характеристике фитопатогена Pectobacterium carotovorum и тезисы доклада на международной научной конференции, посвященной генетике растений. Подготовлена рукопись обзорной статьи о влиянии НЧ металлов на растения с составе почвенной экосистемы.