В своем обзоре, опубликованном в Frontiers in Plant Science​, авторы — исследователи ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и Всероссийского института растениеводства им. Н. И. Вавилова — обобщили современные данные о функциях, локализации и молекулярно-генетическом контроле образования меланина в семенах. Специалисты отмечают, что изучение процесса меланогенеза в растениях имеет не только фундаментальную научную, но и вполне прикладную составляющие. Этой же тематике был посвящен один из докладов на XII международной мультиконференции «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020)
 
Меланинами называют группу пигментов, которые присутствуют во всех царствах живых организмов. В частности, именно его считают причиной окраски многих семян в черный и коричневый цвет, что является довольно распространенным явлением. Однако, отмечают ученые, все не так просто. 
 
«Мы хорошо знаем, как образуется и какие функции выполняет меланин в организме животных, но как этот пигмент образуется и какую роль играет у растений остается предметом изучения», — подчеркнула старший научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН, кандидат биологических наук Олеся Юрьевна Шоева
 
Долгое время стоял вопрос, можно ли вообще такой пигмент у растений отнести к меланинам, поскольку, в отличие от животных, у растений он не содержит азота. В последние десятилетия ученые пришли к мнению, что это все же является одной из форм меланина, но биохимические и молекулярно-генетические аспекты образования меланина у растений по-прежнему изучены мало. 
 
Однако, уже то, что известно ученым в настоящее время вызывает большой интерес к растительному меланину как сырью для различных отраслей, включая биомедицинскую. Это обусловлено рядом уникальных свойств пигмента, такими как его стабильное состояние свободных радикалов, поглощение ультрафиолетово-видимого (УФ-видимого) света и ионообменная способность. 
 
«Считается, что черная пигментация возникла в результате адаптации живых организмов к неблагоприятным условиям окружающей среды и сегодня эти функции меланина интересуют селекционеров, работающих над новыми сортами зерновых и других сельскохозяйственных культур», — отметила Олеся Шоева. 
 
Так, возникло предположение, что семена с черным зерном могут созревать раньше, чем желтые, благодаря способности черных поверхностей поглощать больше солнечной энергии. Это было показано на сравнении сроков созревания ячменя с черными и белыми зернами. Меланины обеспечивают дополнительную механическую прочность оболочкам семян, защищая их от повреждений. Кроме того, пигмент обеспечивает устойчивость к насекомым и вредителям благодаря своей токсичности. У подсолнечника семена с черными оболочками меньше повреждены личинками моли, чем белые. Поскольку меланины являются сильными антиоксидантами, они могут защищать семена в условиях стресса. 
 
Однако большая часть того, что известно о функциях меланина в организме растения — это либо эмпирические данные (полученные в результате наблюдений), либо предположения, сделанные на их основе. Проведение целенаправленной селекционной работы с использованием современных генетических технологий требует совсем другого — детального понимания механизмов выработки и накопления этого пигмента растением и того, какую функциональную роль он играет в процессах его жизнедеятельности.  Исследования в этом направлении в настоящее время проводят ученые ИЦиГ СО РАН и ВИР, равно как и в ряде других научных центров мира. 
 
В начале этого года аспирант второго года обучения ИЦиГ СО РАН Анастасия Юрьевна Глаголева имела возможность провести часть исследования в ВИР. Выполняемый раздел проекта был посвящен геногеогафии. «Было проведено обследование нескольких сотен образцов ячменя коллекции ВИР, в том числе из довоенных вавиловских сборов во время экспедиций в Иран, Афганистан, Турцию, Эфиопию, Эритрею и даже из двух дореволюционных гербарных образцов Роберта Регеля», — рассказала директор ВИР доктор биологических наук Елена Константиновна Хлесткина
 
Был отобран материал для проведения ДНК-анализа в Новосибирске, который позволит воссоздать картину распространения аллельных вариантов генов, связанных с меланогенезом, уточнить их значение для адаптации в регионах с различными климато-географическими условиями. В том числе взята ДНК из фрагментов растений с гербарных листов. 
 
«Сегодня все большие обороты набирает направление исследований называемое “museomics”, — подчеркнула Елена Хлесткина. — Оно связано с лабораторными молекулярно-генетическими и омиксными исследованиями гербарного материала. Аккуратность, с которой происходила фиксация места и времени сбора при создании научного гербария ВИР, позволяют сегодня воссоздавать картину распределения генетического разнообразия растений столетней давности, а также определять редкие и ценные аллельные варианты генов, впоследствии утраченные из-за кардинальных перемен в организации сельскохозяйственного производства в мире».​ 
 
На BGRS/SB-2020 Анастасия Глаголева рассказала о том, что существует взаимосвязь между синтезом меланина и фотосинтезом, а также, что образование меланина и антоцианов является сопряженным метаболическим процессом, степень которого предстоит еще установить. Полученные данные, надеются авторы, позволят нанести биосинтез меланина на существующие карты метаболических путей, протекающих в растительных клетках. 
 
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ (19-76-00018). 
 
Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН ​

Источники

Пресс-релиз: Ученые представили результаты изучения меланина у растений
Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (bionet.nsc.ru), 10/07/2020
Ученые обобщили данные изучения меланина у растений
Наука в Сибири (sbras.info), 10/07/2020
Ученые обобщили данные изучения меланина у растений
Российский научный фонд (рнф.рф), 10/07/2020
Ученые обобщили данные изучения меланина у растений
Российский научный фонд (rscf.ru), 10/07/2020
Сибирские ученые открыли особенности образования перспективного красителя
ИА Красная весна (rossaprimavera.ru), 12/07/2020
Загадочный пигмент
Академгородок (academcity.org), 13/07/2020
Ученые представили результаты изучения меланина у растений
Сельскохозяйственные вести (agri-news.ru), 13/07/2020

Похожие новости

  • 06/04/2019

    РНФ поддержал девять проектов ФИЦ ИЦиГ СО РАН

    На конкурс РНФ 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» поступило более 3,6 тысяч заявок. По результатам отбора было принято решение о поддержке 681 проекта.
    1612
  • 19/11/2018

    Институт археологии и этнографии СО РАН: тысячи находок и сотни научных публикаций

    ​Костяная игла возрастом 50 тысяч лет, челюсти гиены, каменные орудия и украшения древних людей, золотые серьги и причудливые человеческие фигурки эпохи бронзы, керамические сосуды, двухметровой высоты деревянные идолы и другие экспонаты показали посетителям археологической выставки в Доме ученых СО РАН в середине ноября.
    1910
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    4201
  • 19/11/2018

    Денисова пещера продолжает удивлять ученых

    ​Институт археологии и этнографии СО РАН собрал научных сотрудников, студентов, журналистов в Доме ученых Новосибирского Академгородка, чтобы презентовать результаты четырехлетней работы по проекту РНФ "Мультидисциплинарные исследования в археологии и этнографии Северной и Центральной Азии", о котором "Поиск" уже писал ("Из трухи веков", №31-32 от 11.
    2560
  • 19/04/2018

    Новосибирские генетики вошли в число победителей конкурса РНФ для научных групп

    ​​Поддержку Фонда получат исследования, направленные на поиск генов устойчивости растений к болезням и механизмов развития заболеваний человека, вызванных заражением паразитами. Ежегодно в России проходят конкурсы научно-исследовательских проектов, победители которых получают поддержку Российского научного фонда.
    1488
  • 26/05/2020

    Конкурс «Письмо лауреату Нобелевской премии»

    ​​Школьники старших классов, учащиеся средних учебных заведений и студенты 1-2 курсов университетов могут написать письмо-исследование Нобелевским лауреатам. Лучшие письма организаторы отправят ученым, получившим Нобелевскую премию, или тем исследователям, кто продолжает их дело.
    518
  • 13/03/2020

    Губернатор Андрей Травников поздравил победителей научной олимпиады - юных генных инженеров

    ​Глава Новосибирской области принял участие в закрытии финала Олимпиады Национальной технологической инициативы по профилю «Инженерно-биологические системы», подпрофиль «Геномное редактирование». Мероприятие прошло в большом зале Академпарка Новосибирского Академгородка.
    834
  • 14/03/2017

    В рамках Года экологии в Новосибирске подведены итоги областного конкурса исследовательских работ и проектов

    ​Конкурс проводился по следующим номинациям: -"Исследовательская работа". -"Экологический проект". В нем приняли участие 196 обучающихся образовательных организаций Новосибирской области и г.
    2310
  • 12/04/2019

    Молодые ученые ФИЦ ИЦиГ СО РАН получили президентские гранты

    ​Подведены итоги конкурсов на право получения в 2019-2020 гг. грантов Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых. Среди победителей – три сотрудника ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН».
    1137
  • 18/10/2019

    L’OREAL — UNESCO: они этого достойны

    Три молодых исследовательницы из Новосибирска вошли в число десяти лауреаток конкурса «Для женщин в науке» L’OREAL — UNESCO 2019. Его цель — улучшение позиций женщин-ученых и признания их заслуг. Мы поговорили с победительницами об их работе и о препятствиях, которые им приходится преодолевать.
    1208