2024
1) Проанализирована экспрессия генов CBL, СCaMK и CIPK винограда амурского Vitis amurensis Rupr. в культурах клеток и растениях V. amurensis при применении различных воздействий, стимулирующих биосинтез стильбенов. Растения и культуры клеток V. amurensis обрабатывали салициловой кислотой, метилжасмонатом, п-кумаровой кислотой и ультрафиолетом УФ-C. Исследовали экспрессию 13 генов VaCBL, 1 гена VaСCaMK и 26 генов VaCIPK винограда амурского V. amurensis с помощью ПЦР в реальном времени, а также определяли содержание стильбенов с помощью ВЭЖХ. Показано, что при увеличении содержания стильбенов наблюдалась значительная активация экспрессии генов VaCCamk1, VaCBL4, VaCIPK32 и 37, в то время как экспрессия других генов исследуемых семейств значительно не увеличивалась (Kiselev et al. Plants, 2023). 2) Показано, что сверхэкспрессия генов VaMyb40 и VaMyb60 в культурах клеток винограда V. amurensis увеличивала содержание стильбенов в 3.4-4 и 5.9-13.9 раз, соответственно. Увеличение содержания стильбенов было связано с увеличением экспрессии генов VaPAL и VaSTS. Полученные результаты свидетельствуют о том, что транскрипционные факторы VaMyb40 и VaMyb60 являются позитивными регуляторами биосинтеза стильбенов винограда (Ananev et al. 2022 Plants). 3) Мы изучили роль гена VaCML92 V. amurensis в стрессоустойчивости и биосинтезе стильбенов. Культуры каллусных клеток V. amurensis и растения Arabidopsis thaliana, сверхэкспрессирующие VaCML92, продемонстрировали повышенную устойчивость к холодовому стрессу и, в меньшей степени, к засухе, в то время как их устойчивость к тепловому стрессу и высокой солености не изменялась. Кроме того, сверхэкспрессия VaCML92 увеличила биосинтез стильбенов в культурах клеток V. amurensis в 8-9 раз. В целом данные указывают на то, что ген VaCML92 участвует в качестве положительного регулятора в быстрой реакции винограда на холодовой стресс, индукции устойчивости к холодовому стрессу и в биосинтезе стильбенов в винограде (Aleynova et al. IJMS, 2023). 4) Для изучения влияния интрона на экспрессию трансгенов у растений использовали ген стильбенсинтазы 11 (VaSTS11) виноградной лозы V. amurensis, который был сверхэкспрессирован в культурах каллусных клеток виноградной лозы и нескольких поколениях растений A. thaliana в виде двух форм, безинтронной VaSTS11c (генбанк OQ645979) и интронсодержащей VaSTS11d (OQ658380). VaSTS11d содержал два экзона и один интрон, в то время как VaSTS11c содержал только два экзона, что соответствовало зрелому транскрипту. Было показано, что содержащий интрон VaSTS11d был лучше экспрессирован в нескольких поколениях трансгенного A. thaliana, чем VaSTS11c, а также демонстрировал более низкий уровень метилирования ДНК по цитозину. В результате содержание стильбенов в трансгенных растениях VaSTS11d было намного выше, чем в трансгенных растениях VaSTS11c. Таким образом, результаты показывают, что интронная последовательность с регуляторными элементами может оказывать сильное положительное влияние как на уровень экспрессии трансгена, так и на его биологические функции в растениях и культурах растительных клеток (Kiselev et al. Horticulturae, 2023). 5) Были описаны сезонные колебания состава и содержания стильбена в различных частях сосны корейской Pinus koraiensis (хвоя, кора, древесина, молодые ветви, стробилы). Анализ ВЭЖХ-МС показал присутствие семи стильбенов в P. koraiensis. Гликозилированные и метилированные формы стильбенов, такие как т-астрингин, т-пицеид и т-пиностильбенозид, преобладали над другими стильбенами. Наибольшее содержание стильбенов было обнаружено в коре, собранной весной и зимой (до 55 мг/г сухого веса), в этих пробах наблюдалась высокая экспрессия генов PkSTS1, PkSTS2 и PkSTS3. Таким образом, мы впервые проанализировали биосинтез стильбенов в различных органах сосны P. koraiensis и экспрессию PkSTS в зависимости от сезонов года (Suprun et al. Forest, 2023). 6) Детально был исследован состав фенольных соединений, в том числе стильбенов, у рейноутрии японской Reynoutria japonica и рейноутрии сахалинской Reynoutria sachalinensis. Для идентификации соединений был использован метод высокоэффективной хроматографии и масс-спектрометрии. В результате идентификации метаболитов в листьях, стебле и корнях R. japonica и R. sachalinensis мы выявили присутствие в общей сложности 31 соединения, включая 5 стильбенов: пицеатаннол, резвератролозид, транс-, цис-полидатин и транс-резвератрол. Показано, что корень R. japonica является богатым источником стильбенов (до 229 мг/г сухой массы корня), что в 8.5 раз выше, чем у корня R. sachalinensis (до 27 мг/г сухой массы корня) (Suprun et al. Plants, 2024). 7) Было показано, что внешняя обработка растений арабидопсиса Arabidopsis thaliana растворами стильбенов (т-резвератрол, т-пицеид, экстракт коры ели) и предшественниками фенольных соединений (п-кумаровая кислота) оказывала сильное защитное действие от воздействия высоких температур. Дальнейшие исследования показали, что стильбены способны активировать защитные механизмы растений через увеличение экспрессии определенных защитных генов (Aleynova et al. Plants, 2024). 8) Мы решили исследовать участие альтернативного сплайсинга (AS) в регуляции биосинтеза вторичных метаболитов и устойчивости растений к абиотическим стрессам с использованием кальций-зависимой протеинкиназы виноградной лозы Vitis amurensis Rupr. (VaCPK21). Выбор данного гена обусловлен тем, что ранее было показано, что он транскрибируется в нескольких альтернативных формах, его сверхэкспрессия повышает устойчивость растений к засолению, а близкие к нему гены являются позитивными регуляторами биосинтеза стильбенов. Сверхэкспрессия всех транскриптов VaCPK21 не оказала существенного влияния на биосинтез вторичных метаболитов, на примере стильбенов. Сверхэкспрессия коротких транскриптов VaCPK21s1 и VaCPK21s2 в культурах клеток виноградной лозы не показала значительной устойчивости к изучаемым стрессам, в то время как сверхэкспрессия транскрипта со вставкой интрона VaCPK21L1 показала устойчивость к солевому стрессу, а также новую устойчивость к осмотическому стрессу, вызванному маннитолом. Таким образом, нами показано, что АS может приводить к потере свойств, характерных для исходной канонической формы (в случае VaCPK21s1 и VaCPK21s2) или появлению новых свойств (VaCPK21L1) (Aleynova et al. Plant Cell, Tissue Organ Cult., in press). 9) Показано, что обработка водными растворами стильбенов достоверно увеличивала устойчивость к высоким температурам растений Solanum lycopersicum, сорт Микро Том. Таким образом, экзогенные стильбены способны улучшить выживаемость сельскохозяйственных растений в условиях высокой температуры. Настоящая работа дает новое представление о применении стильбенов для повышения устойчивости сельскохозяйственных растений к стрессу.
