Том 70, № 3 (2023)

Род Taxus (тис) является источником ряда фармацевтически ценных веществ, в частности паклитаксела (таксола) – сложного дитерпеноидного соединения с мощным противоопухолевым действием (коммерческое название – Taxol®). Паклитаксел является одним из самых успешных препаратов в химиотерапии, благодаря своему специфическому действию на подавление пролиферации опухолевых клеток в опухолях путем стабилизации их микротрубочек. Мировой спрос на таксол составляет 800–1000 кг в г., и этот показатель ежегодно увеличивается на 20%. Растущая потребность в паклитакселе и его производных и, как следствие, дефицит растительных ресурсов для их получения, сделал соединения таксанового ряда одним из наиболее важных объектов для разработки биотехнологических способов их производства. Из всех возможных методов получения таксола (из дикорастущих или выращенных на плантациях деревьев, полный химический синтез или полусинтез, использование культур клеток тиса, технологии метаболической инженерии, использование эндофитных грибов тиса) наиболее многообещающим представляется промышленное выращивание культур клеток Taxus spp. В представленном обзоре проведен анализ работ, посвященных изучению вторичного метаболизма в дедифференцированных клетках in vitro разных видов тиса и возможностям промышленного применения культур клеток для получения таксоидов. Выявлен ряд закономерностей, характерных для культур клеток Taxus spp.: для цитофизиологических аспектов – сложность получения культур клеток, их низкие ростовые характеристики, специфические среды и условия культивирования; для фитохимических аспектов – отличия, по сравнению с интактными растениями, в качественном составе и количественном содержании вторичных метаболитов, которые обусловлены спецификой культуры клеток как биологической системы; образование преимущественно С14-гидроксилированных, но не С13-гидоксилированных таксоидов; возможность повышения уровня содержания таксоидов – в том числе коммерчески ценных (паклитаксела, бакатина III) с применением различных подходов (элиситация, стрессовые воздействия, двухфазное культивирование и ряд других); для биотехнологических аспектов – возможность промышленного выращивания культур клеток тиса; наличие нескольких успешных производств (Германия, Республика Корея).

Баклажан (Solanum melongena L.) является экономически значимой овощной культурой, фиолетово-окрашенные плоды которого обогащены антоцианидинами. В данной работе в геноме баклажана были идентифицированы гомологи основных известных структурных (CHS1, CHS2, CHI, F3H, F3´5´H, DFR, ANS и UFGT) и регуляторных (TT8, GL3, bHLH137, bHLH143, MYB1, MYB2 и MYB75) генов биосинтеза антоцианов, а также гена транспортера антоцианидинов (GSTF12). Охарактеризована экспрессия данных генов в сопоставлении с содержанием суммы антоцианов и окраской листа, лепестков цветка и кожицы плода. Показано, что профиль экспрессии генов соответствует окраске и присутствию антоцианов в ткани, а также указывает на существование органоспецифичных особенностей регуляции транскрипции генов, кодирующих транскрипционные факторы комплекса MBW. Результаты корреляционного анализа подтверждают участие генов SmbHLH137, SmTT8, SmMYB2 и SmMYB75 в регуляции экспрессии структурных генов в лепестках цветка, а SmGL3, SmTT8 и SmMYB1 – в кожице плода.

Изучено влияние засухи на растения Triticum aestivum L., Zea mays L., Pisum sativum L., Brоmopsis inеrmis L., инокулированные эндофитными штаммами бактерий B. subtilis. Показано, что обработка эндофитами повышает устойчивость растений к данному неблагоприятному фактору, стимулирует их рост, подавляет развитие окислительного стресса. Обработка растений изученными эндофитными штаммами B. subtilis, способными проявлять антистрессовый эффект и усиливать активность антиоксидантной системы может быть использована для выращивания сельскохозяйственных культур в засушливых условиях.

Киназа SnRK1 (Sucrose non-fermenting-Related protein Kinase 1) растений регулирует активацию катаболических процессов, включая автофагию, в ходе стрессовых ответов. SnRK1 часто рассматривают как сенсор энергетического статуса клетки. Фотосинтез является крупнейшим процессом, поставляющим энергию зеленым клеткам растений на свету, и можно полагать, что SnRK1 является одним из его регуляторов. В листьях линий Arabidopsis, различающихся уровнем экспрессии гена KIN10, кодирующего каталитическую субъединицу SnRK1, сравнивали квантовый выход фотосистем и нефотохимического тушения флуоресценции, формирование электрохимического градиента протонов на тилакоидных мембранах, а также содержание АТФ в проростках в оптимальных условиях и при воздействии солевого стресса. В результате проведенного исследования нами показаны изменения фотохимической активности хлоропластов, ассоциированные с конститутивной активацией SnRK1 киназы в двух линиях, сверхэкспрессирующих каталитическую субъединицу KIN10. Обнаруженные особенности световых реакций фотосинтеза сохранялись в этих линиях и при благоприятных условиях роста, и при адаптации к солевому стрессу. Подавление функции SnRK1 киназы методом замалчивания РНК-интерференцией в линиях арабидопсиса, напротив, приводило к отсутствию выраженного ответа на солевой стресс на уровне фотохимической активности хлоропластов.

Впервые изучено одновременное воздействие азотного голодания и температурного шока на физиологию и ультраструктуру клеток двух штаммов микроводорослей рода Lobosphaera (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) – NAMSU 924/2 и NAMSU (CALU) 1497. Дефицит азота у обоих штаммов приводил к снижению содержания хлорофилла в 3 раза и увеличению доли каротиноидов в 2 раза. При температуре +10°С наблюдалось снижение содержания как хлорофилла, так и каротиноидов. Одновременное воздействие двух факторов проявлялось в снижении содержания хлорофилла в 3 раза у NAMSU 924/2, и в 6 раз – у NAMSU (CALU) 1497, доля каротиноидов у обоих штаммов уменьшалась в 1.5–2 раза. Получены данные по ультраструктурным изменениям клеток микроводорослей рода Lobosphaera при воздействии стрессовых факторов. Отмечен сходный характер ответа у обоих штаммов на стрессовые условия. Дефицит азота приводил к накоплению в цитоплазме клеток вдоль клеточной стенки многочисленных липидных глобул. Длительная инкубация на безазотной среде приводила к заполнению всего объема клеток липидными глобулами, разборке мембранной системы хлоропластов, их уменьшению в размерах, располагаясь между плотно лежащими липидными глобулами. При низкой температуре уменьшалось число тилакоидов, увеличивались межтилакоидное пространство и размеры хлоропластов. При одновременном воздействии азотного голодания и низкой температуры накапливались многочисленные липидные глобулы, уменьшалось число тилакоидов, увеличивались межтилакоидное пространство и размер хлоропластов, отмеченные при отдельном воздействии стрессовых факторов. Пиреноид у обоих штаммов во всех случаях не претерпевал существенных изменений.

Геном растения звездчатка Stellaria media содержит семейство генов гевеин-подобных антимикробных пептидов, про некоторые из которых известно, что они кодируют два пептида, высвобождающиеся из продукта трансляции в результате пост-трансляционного протеолиза. Ранее было показано, что данные пептиды подавляют рост бактерий и грибов, в том числе, патогенов картофеля Alternaria solani и Alternaria alternata. В данной работе один из таких генов, ProSmAMP1, был введен в геном картофеля под контролем светоиндуцибельного промотора гена Cab мягкой пшеницы. Полученные трансгенные линии экспрессировали мРНК ProSmAMP1 в течение нескольких вегетативных пассажей и их устойчивость к альтернариозу была оценена по нескольким показателям заражения отделенных листьев, причем растения с наибольшей экспрессией трансгена продемонстрировали также наибольшую устойчивость.