Биологический факультет СПбГУ |
Группа физиологии семян |
Руководитель группы: к.б.н., доцент Г.Н. Смоликова Направления работы: Формирование, покой и прорастание семян; длительное хранение семян, повреждение семян при хранении, маркеры качества семян. ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ФОТОСИНТЕЗ
| |
|
Большинство современных исследований, посвященных разработке подходов, связанных с повышением продуктивности культурных растений, сосредоточены на анализе и измерениях параметров фотосинтеза на уровне листа. Тем не менее, в клетках других органов растений также могут синтезироваться хлорофиллы и формироваться активно работающие хлоропласты. В последнее десятилетие стало активно развиваться направление, связанное с изучением механизмов т.н. нелистового фотосинтеза (non-foliar photosynthesis), происходящего в черешках листьев и стеблях, плодах и репродуктивных органах, наружной коре стволов многолетних растений и др. К нелистовому типу фотосинтеза также относятся процессы, происходящие в формирующихся семенах растений с зеленым зародышем. |
Главная функция хлорофиллов в семенах растений заключается в том, что эти пигменты обеспечивают фотохимические процессы формирующихся зародышей, способствуя более эффективному накоплению запасных питательных веществ. Синтезируемые в зародышах семян АТФ и НАДФН расходуются, в основном, на превращение поступающей из материнского растения сахарозы в жирные кислоты, а не на фиксацию атмосферного СО2. Эмбриональный фотосинтез обеспечивает преимущество растений вследствие более эффективного использования углерода, который поступает из материнского растения в виде сахарозы, а также выделяется при дыхании. При этом выделяющийся кислород, в свою очередь, предотвращает гипоксию и поддерживает работу митохондрий. Активность эмбрионального фотосинтеза можно рассматривать как маркер для селекции семян с улучшенными пищевыми качествами. Перспективными также являются исследования по оптимизации получения семян высокого качества путем усиления фотохимической активности их зародышей за счет варьирования параметров освещения.
Грантовая поддержка: Грант РНФ № 22-26-00273 «Влияние спектральных характеристик света на фотохимическую активность формирующихся семядолей гороха Pisum sativum L. в связи с эффективностью фотозависимых синтетических процессов и накоплением запасных питательных веществ»
Сотрудничество с научными группами: Группа биоинженерии растений ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, Москва, Россия. Руководитель: к.б.н. А.М. Камионская. Аспирант: Н.В. Степанова. |
МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕХОДА ОТ СЕМЕНИ К ПРОРОСТКУ
Приобретение способности выживать после высыхания явилось решающим эволюционным шагом, который позволил первым растениям заселить сушу. Быстрая мобилизация механизмов устойчивости при потере воды и последующем увлажнении до сих пор широко распространена у мохообразных, некоторых водорослей и папоротников. Однако, у семенных растений, которые пошли по пути усложнения анатомии и появления структур, предотвращающих потерю воды, устойчивость к обезвоживанию исчезла. Гены, которые на ранних этапах эволюции отвечали за адаптацию к высушиванию всего организма, стали специализироваться на защите их репродуктивных органов: спор, пыльцы и семян. Устойчивость к обезвоживанию формируется на поздних стадиях созревания «ортодоксальных» семян и позволяет им сохранять жизнеспособность не только в покое, но и при прорастании, вплоть до инициации роста зародышевого корня. Объектом нашего исследования являются зародышевые оси семян гороха Pisum sativum L. В ходе выполнения проекта нами был проведён полномасштабный сравнительный анализ транскриптома, протеома и метаболома зародышевых осей до и после инициации роста корня. | |
Выявлены кардинальные изменения паттерна экспрессии генов, содержания белков, метаболитов и фитогормонов, контролирующих стрессоустойчивость растений. С одной стороны, снижалась экспрессия большинства генов и синтеза белков, связанных с АБК-сигналингом, адаптацией к обезвоживанию и низким температурам, синтезом LEA-белков и БТШ. С другой стороны, повышалась экспрессия генов и синтез белков, контролирующих устойчивость к патогенам, окислительный стресс и вторичный метаболизм.
Приоритетной задачей проекта является поиск путей повышения устойчивости растений к засухе на основе глубокого анализа механизмов потери устойчивости к обезвоживанию в момент перехода от прорастающих семян к проросткам. При выполнении проекта планируется дать ответ на два главных вопроса: 1) какие транскрипционные факторы связаны с блокированием устойчивости к обезвоживанию в момент инициации роста корня? 2) возможна ли реактивация генов, связанных с устойчивостью к обезвоживанию, при подсушивании и последующей гидратации семян? Грантовая поддержка: Грант РНФ 20-16-00086 «Разработка новых подходов к повышению засухоустойчивости растений на основе молекулярно-генетического анализа механизмов потери устойчивости к обезвоживанию у прорастающих семян Pisum sativum L.». (2020-2024 гг.) Сотрудничество с научными группами: Лаборатория постгеномных исследований, Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР), Санкт-Петербург. Научный сотрудник Е.А. Крылова. |
© Биологический факультет СПбГУ, 2006-2011 |