Циннии изящные помогут сделать сельхозкультуры более крепкими

12:33, 11 мая 2023

Ученые выявили гены, отвечающие за одревеснение у двудольных растений

Цинния — одна из самых распространенных цветочных культур. Фото: Wikimedia / Rob Hille.

Биологи Уральского федерального университета и Университета Внутренней Монголии (Хух-Хота, Китай) выявили группу генов, которая отвечает за прочность стебля у двудольных растений. Результаты исследования описаны в журнале Horticulturae и будут полезны для сельского хозяйства. Работу поддержал Российский научный фонд (проект № 22-24-00817).

«В процессе развития растений происходят специфические изменения как на уровне клеток, тканей, целых органов, так и в обмене веществ и физиологических процессах. Все эти изменения контролируются на генетическом уровне и условиями внешней среды. Эти изменения приводят к формированию анатомо-морфологических структур, которые обеспечивают эффективное выполнение основных функций стебля — транспорт воды, минеральных веществ и фотосинтатов, удерживание побега в вертикальном положении. Эти процессы связаны с отложением лингина в клеточных стенках сосудов и волокон; в клетках коры или в центре стебля лингина нет», — поясняет соавтор работы, младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии поддержания и восстановления компонентов природных и трансформированных биосистем УрФУ Анастасия Тугбаева.

Ученые отследили процесс лигнификации (одревеснения) у всего стебля, то есть на разных этапах онтогенеза, при разном физиологическом возрасте растения. Это важно, так как на разных этапах жизни у растения разный состав фенолов.

«До нас процесс лигнификации изучали преимущественно на однодольных — злаках: рассматривали их устойчивость к полеганию. Мы же зашли с другой стороны и посмотрели, какие гены отвечают за „крепость“ стебля. Нам удалось определить тип генов, ответственных за одревеснение, как меняются экспрессия этих генов и содержание фенольных соединений на разных этапах жизни растения», — поясняет доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Александр Ермошин.

Опыты биологи проводили на растениях «циннии изящной», однако полученные учеными сведения полезны на практике. Их можно экстраполировать на сельскохозяйственные культуры — сложноцветные, крестоцветные, пасленовые. Таким образом, селекционеры смогут выращивать, к примеру, подсолнечник и томаты с крепкой «ножкой».

Кроме того, биологам удалось выяснить, что перед началом лигнификации разнообразие фенольных соединений — гидроксикоричных кислот — и их количество увеличивается, а позже — снижается. То есть перед тем, как начинается процесс одревеснения, фенольных соединений больше, и они разнообразней. Зная эти особенности двудольных, можно применять стебли растений для экстрагирования (выделения) этих фенольных соединений и последующего их использования в медицине (создание БАД с антиоксидантными свойствами и замедления старения) или косметологии (их используют в составе кремов для придания коже ровного тона).

В планах ученых — исследовать, как влияют стрессовые факторы (засуха, перепады температуры, дефицит элементов минерального питания и др.) на процесс лигнификации, и выяснить, будет ли растение в стрессовых условиях более устойчивым или наоборот.

Справка

Цинния изящная — однолетнее двудольное растение (астровые). Наряду с петунией является одним из самых распространенных цветочных культур: популярна и в городских, и в сельских районах. Входит в десятку наиболее распространенных по всему миру летних растений. Так, в США цинния пользуется большой популярностью (там вывели большую часть современных сортов циннии).

Фенольные соединения являются основными антиоксидантами растительного происхождения. Следствием окислительных процессов, протекающих в человеческом организме, является избыточное образование свободных радикалов, которые разрушают белок, ДНК, липиды и другие биологически активные соединения, что приводит к преждевременному старению и в конечном итоге к сокращению продолжительности жизни. Фенольные соединения предохраняют человеческий организм от оксидативного стресса. Эти соединения также активируют в нашем организме синтез антиоксидантных ферментов, защищают от эпидемических, сердечно-сосудистых, онкологических заболеваний, старческого слабоумия.