Vol 71, No 3 (2024)

Белки теплового шока (БТШ) широко распространены среди прокариотических и эукариотических организмов, при этом их функция не ограничивается защитой от температурного воздействия. БТШ выявляются не только при абиотическом стрессе широкого спектра, но и при биотическом. Им свойственна общая универсальная роль в качестве шаперонов для поддержания функционирования белковых молекул. В обзоре приводятся данные, свидетельствующие об участии представителей каждого семейства БТШ в развитии защитной реакции растений против фитопатогенов. БТШ активируются на разных уровнях защиты растения от патогенов: как на уровне неспецифического паттерн-активируемого, так и на уровне специфического эффектор-активируемого иммунитета. Немаловажно взаимодействие БТШ с участниками клеточных сигнальных каскадных систем, осуществляющих контроль за правильным и своевременным созреванием, сборкой и, при необходимости, деградацией белковых молекул. Рассмотрение участия БТШ в иммунитете растений несомненно заслуживает внимания специалистов в области фитоиммунологии.

Циркадная система растений как результат адаптационной эволюции тесно связана с чувствительностью их к фотопериоду. Вид Zea mays L. исходно принадлежит к короткодневным, при этом современные культивируемые образцы кукурузы считаются нейтральными по отношению к фотопериоду. В работе проанализировано воздействие смены режима длинного дня на ультракороткий день и длинную ночь на уровень транскриптов ключевых генов циркадного ритма (GIGZ1a, GIGZ1b), фотосистемы I (psaA), фотосистемы II (psbA) и биосинтеза каротиноидов (ZmPSY1, ZmPSY2, ZmLCYE, ORANGE-GREEN) в листьях двух средне-позднеспелых инбредных линий кукурузы (Л-5580-1 и Л-5739), сходных по морфофизиологическим характеристикам. В тех же листьях определено содержание хлорофиллов и каротиноидов. Обнаружено, что исследуемые линии существенно различаются по динамике изменения уровня транскриптов генов и содержания пигментов в ответ на смену фотопериода. Уровень транскриптов GIGZ1a и GIGZ1b у обеих линий возрастает спустя 1 ч после завершения ультракороткого дня и далее характеризуется ростом или падением в зависимости от линии. Экспрессия генов фотосистемы psaA и psbA различается между линиями, как по уровню, так и по динамике ответа на смену фотопериода. Активность генов каротиногенеза ZmPSY1, ZmPSY2, ZmLCYE и ORANGE-GREEN повышается у обеих линий при смене дня ночью (кроме ZmPSY2 у Л-5580-1) и снижается в разной степени в зависимости от линии к завершению ночного периода. Содержание пигментов спустя 1 ч после смены режима растет у Л-5580-1 и не меняется у Л-5739, а к концу ночи снижается у обеих линий. Полученные данные свидетельствуют о сохранении циркадного ритма у Л-5580-1 и повышенной адаптивности Л-5739 и могут быть использованы для поиска доноров признака высокой адаптивности к изменению фотопериода среди образцов кукурузы.

Дальний красный свет – это электромагнитное излучение с длиной волны 700–800 нм. Свет таких длин волн не входит в диапазон ФАР, но выполняет информационную роль для растений и опосредованно влияет на интенсивность фотосинтеза. В данной работе представлены результаты эксперимента по выращиванию кресс-салата (Lepidium sativum L.) в условиях освещения с разным соотношением красного и дальнего красного света (КС/ДКС) в общем спектре освещения. Рассмотрены варианты разного соотношения КС/ДКС = 1.1; КС/ДКС = 0.8; КС/ДКС = 0.5. Изучено влияние соотношения КС/ДКС на длину растений, содержание хлорофиллов и каротиноидов в листьях, интенсивность фотосинтеза. Показано, что понижение соотношения КС/ДКС в освещении приводит к удлинению растений кресс-салата, снижает содержание фотосинтетических пигментов. Освещение с соотношениями КС/ДКС = 0.8 и КС/ДКС = 0.5 при этом не снижает интенсивность фотосинтеза (на 14 сутки эксперимента), что может быть рассмотрено как положительное влияние. Освещение с соотношением КС/ДКС = 1.1 привело к снижению интенсивности фотосинтеза, вероятно, за счет значимого снижения содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях растений.

Определены ростовые характеристики и компонентный состав полифенольных соединений каллусных культур клеток лаванды узколистной (Lavandula angustifolia Mill.), выращенных на питательных средах различного состава. Одним из продуктивных биотехнологических подходов к регуляции синтеза вторичных метаболитов является добавление в питательную среду фитогормонов. Было установлено, что на накопление фенольных соединений (фенольных кислот, флавоноидов, антоцианов) может положительно влиять присутствие α-нафтилуксусной кислоты (НУК), 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д), 6-бензиламинопурина (БАП) и кинетина. Для каждой питательной среды были построены кривые роста и рассчитаны ростовые параметры. Анализ, проведенный с использованием методов обратнофазной ВЭЖХ с УФ-спектрофотометрической детекцией, позволил выявить во всех образцах каллусных культур лаванды розмариновую кислоту в качестве мажорного соединения. Выявлены закономерности накопления розмариновой кислоты под влиянием таких факторов, как освещенность и состав питательной среды. Из четырех исследованных сред наиболее высокие значения ростовых параметров и содержания розмариновой кислоты (1.26 ± 0.13%) были получены на среде, содержащей 2.0 мг/л α-НУК и 0.1 мг/л БАП.

Возрастание климатической нестабильности наряду с усилением техногенной нагрузки на природную среду обусловливают необходимость поиска новых подходов к повышению устойчивости пшеницы к абиотическим факторам, прежде всего, к низкой температуре. Перспективным направлением является использование наночастиц металлов, которые в низких концентрациях обладают способностью позитивно влиять на метаболизм растений. Благодаря малым размерам (менее 100 нм), особым физико-химическим, оптическим и электрическим свойствам, наночастицы проникают через клеточные барьеры, распространяются по растительному организму, влияя практически на все процессы в нем. На примере пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Злата) впервые показано, что золотые наночастицы (ЗНЧ) способны действовать как адаптогены, повышая холодоустойчивость растений. В исследовании использовали прайминг (предпосевное замачивание на 24 ч) семян в растворах ЗНЧ (5–50 мкг/мл). Выросшие из обработанных ЗНЧ семян растения отличались от контрольных (необработанных) по ряду физиолого-биохимических и молекулярно-генетических показателей. У них были существенно усилены ростовые процессы и активность фотосинтетического аппарата, повышена экспрессия генов, кодирующих большую (rbcL) и малую (rbcS) субъединицы РБФК/О, а также COR генов – Wcor726 и Wcor15. Более того, полученные из обработанных ЗНЧ семян растения пшеницы отличались от контрольных повышенной устойчивостью к низким температурам, причем эффект проявлялся как в контрольных условиях, так и после низкотемпературного закаливания. Концентрационные тесты показали, что максимальный эффект достигался при использовании ЗНЧ в концентрации 10 мкг/мл. Сделан вывод, что ЗНЧ способны влиять на метаболизм растений и экспрессию генов стрессового ответа, что приводит к существенному увеличению холодоустойчивости. Обсуждаются возможные механизмы действия ЗНЧ на устойчивость к низкой температуре.

Исследованы физиолого-биохимические параметры сорго веничного (Sorghum bicolor L. Moench), характеризующие реакции его 3-недельных проростков на присутствие биотического (бактериальный штамм Gordonia sp. N7) и абиотических (никель и н-гексадекан) факторов. Исследованы такие показатели как выживаемость растений, биомасса корней и побегов, индексы толерантности, транслокационный фактор никеля, содержание фотосинтетических пигментов, спектр и активность пероксидаз в корневых экссудатах. Показано, что реакции сорго на комбинированное воздействие стрессоров отличались от таковых при их индивидуальном воздействии. Показано, что н-гексадекан и бактеризация по-отдельности и совместно оказывали стимулирующее влияние на прирост биомассы сорго. Напротив, никель в использованной концентрации (20 мг/кг) проявлял выраженное ингибирующее воздействие на изученные показатели. Комбинирование исследуемых компонентов изменяло некоторые показатели относительно индивидуальных, однако токсичность металла доминировала, существенно нивелируя стимулирующее влияние н-гексадекана и актинобактерий рода Gordonia на рост растения. Однако по состоянию фотосинтетического аппарата и активности пероксидаз в корневых экссудатах отмечены различающиеся реакции растений на комбинированный стресс. Существенные изменения происходили в процессах накопления никеля в органах растений: в присутствии н-гексадекана и особенно бактерии увеличивалась аккумуляция никеля в надземной части сорго – ТФ повышался более чем в 2 раза. Полученные результаты дают обоснование целесообразности использования штамма Gordonia sp. N7 как технологического приема, способствующего процессу фиторемедиации по извлечению никеля из загрязненного грунта с помощью Sorghum bicolor. В то же время, необходимо отметить, что выявленный эффект следует учитывать в сельскохозяйственном кормопроизводстве, поскольку он свидетельствует о повышении загрязнения растительной продукции тяжелым металлом.