​​​​Ученые Федерального исследовательского центра "Институт цитологии и генетики СО РАН" (ИЦиГ СО РАН) ищут новые пути повышения устойчивости ведущих злаковых культур к неблагоприятным условиям, а также работают над повышением питательных свойств зерна пшеницы. Сделать это можно, если генетически изменить его пигмент. ​​

Елена ХлесткинаВнимание специалистов привлекла система генов, отвечающая за синтез пигментных соединений, которые являются природными антиоксидантами. Помимо хлорофилла, различный цвет растениям придают вещества фенольной природы — например, антоцианы окрашивают семена пшеницы и ячменя, а также стебли и другие части растений, в фиолетовый цвет. Эти вторичные метаболиты ответственны за множество функций у растений. В том числе, они обладают антимикробными свойствами и могут нейтрализовать разрушительные для клеток свободные радикалы, образующиеся при стрессовых воздействиях. Изучение синтеза таких пигментов позволяет выявить взаимосвязь между определенными вариантами генов и устойчивостью растений к абиотическому стрессу: засухе, засолению, пониженным температурам и так далее. Кроме того, растительные антиоксиданты могут быть полезны для здоровья — например, такими свойствами обладает богатая антоцианами черника. Однако она не включена в наш постоянный рацион питания, в отличие от риса, кукурузы и пшеницы. 
 
Изучением этих культур занимается заведующая сектором функциональной генетики злаков ИЦиГ СО РАН, главный научный сотрудник Исследовательского центра продовольственной безопасности НГУ​, доктор биологических наук Елена Константиновна Хлесткина. По ее словам, в селекции сейчас популярно создание сортов злаков, зерно которых богато антоцианами, а также другими полезными веществами — каротиноидами. Работы в области генетических основ биосинтеза фенольных пигментов широко ведутся за рубежом на рисе и кукурузе. В исследованиях пшеницы в этом направлении ведущие позиции, без преувеличения, занимают российские ученые. Результаты их фундаментальных исследований востребованы практиками в селекционных центрах по всему миру и являются основой для международного сотрудничества.
 
Сейчас ИЦиГ СО РАН​ реализует совместный проект с Институтом генетики и цитологии НАН Беларуси, посвященный молекулярно-генетическим механизмам окраски зерна злаков и плодов овощных культур. Специалисты ставят перед собой задачи как фундаментального, так и прикладного характера. В частности, речь идет о разработке маркеров для генов, связанных с синтезом пигментных соединений — например, каротиноидов томатов. От состава этих соединений зависят вкус, питательная ценность и продолжительность хранения (лежкость) плодов. Ожидается, что в ИЦиГ СО РАН  из Минска приедет ученый, чтобы на базе федерального исследовательского центра провести работы, связанные с изучением тонкой функциональной организации генов пасленовых. 
 
— Со своей стороны мы в большей степени охватываем ту часть проекта, которая касается злаковых растений, и проводим серию физиологических экспериментов по подбору ДНК-маркеров для селекции, — рассказывает Елена Хлесткина.
 
Ученые устанавливают взаимосвязь между наличием определенных вариантов генов, регулирующих синтез пигментов, и устойчивостью растений — их проверяют на радиорезистентность, а также на способность переносить засуху и противостоять засолению почвы.
 
Сорт ячменя, окрашенный антоцианами 
 
Некоторые модели, изучаемые вИЦиГ СО РАН, параллельно тестируются в Международном центре улучшения кукурузы и пшеницы в Мексике. Если выяснится, что синтез антоцианов в стебле, листе и дру​гих частях растений, повышает засухоустойчивость, то соответствующие гены начнут вводить в злаковые в проблемных регионах, чтобы повысить урожайность. Итоги полевых исследований ожидаются через два-три года, поскольку специалистам нужно доказать: положительный результат экспериментов можно воспроизвести.
 
Дальнейшая фундаментальная цель ученых ИЦиГ СО РАН  — проследить особенности эволюции отдельных генов как самой пшеницы, так и растений в целом, ведь биосинтез фенольных соединений является отличной моделью для генетических исследований. К работам Елены Хлесткиной проявляют большой интерес селекционеры из Болгарии и Сербии — возможно, в будущем ИЦиГ СО РАН ожидает новый виток международного сотрудничества. 
 
Созданием новых сортов планируют заняться и специалисты Сибирского НИИ растениеводства и селекции. В частности, ведущий научный сотрудник лаборатории генофонда растений СибНИИРС доктор сельскохозяйственных наук Петр Иванович Степочкин планирует совместно с Е.К. Хлесткиной проводить се​лекцию пшеницы полбы, которая будет иметь окрашенное зерно, богатое антиоксидантными соединениями. Подходы по ДНК-диагностике, поставленные в секторе функциональной генетики злаков ИЦиГ, помогут по меньшей мере вдвое ускорить получение новых форм этой зерновой культуры.
 
Семена пшеницы: неокрашенные (слева) и окрашенные (справа) антоцианами 
 
Сейчас Елена Хлесткина и ее группа готовы развивать еще одно интересное направление. В сотрудничестве с заведующими лабораториями НИИ физиологии и фундаментальной медицины доктором биологических наук Тамарой Геннадьевной Амстиславской и кандидатом биологических наук Марией Александровной Тихоновой планируется тестирование двух линий пшеницы, отличающихся по окраске зерна. Его будут добавлять к корму для мышей, чтобы изучать старение и нейродегенеративные заболевания человека — ​болезни Паркинсона и Альцгеймера. Эксперименты покажут, смогут ли природные антиоксиданты, содержащиеся в окрашенном зерне, оказывать превентивное действие в развитии этих процессов. Если результаты будут положительными, ученые разработают рекомендации по включению в рацион питания отрубей или отрубного хлеба, полученного из таких сортов пшеницы.
 
Павел Красин​

Источники

Как и для чего покрасить пшеницу?
Наука в Сибири (sbras.info), 03/02/2016
Российские ученые усовершенствуют свойства пшеницы
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/02/2016
В Сибири вывели фиолетовую пшеницу
Московский Комсомолец (mk.ru), 05/02/2016
Зачем красить пшеницу?
PopNano.RU, 05/02/2016
ФИОЛЕТОВАЯ ПШЕНИЦА БУДЕТ НЕ ТОЛЬКО КОРМИТЬ, НО И ЛЕЧИТЬ
Московский Комсомолец, 08/02/2016
Российские ученые усовершенствуют свойства пшеницы
Академгородок (academcity.org), 07/02/2016
Сибирские генетики вывели пшеницу фиолетового цвета.
Крестьянские Ведомости (k-vedomosti.ru), 13/02/2016
В Сибири вырастили фиолетовую пшеницу
Индустриальное Запорожье, 14/02/2016

Похожие новости

  • 15/05/2019

    Сибирские ученые придумали, как быстро и просто анализировать форму клеток эпидермиса листьев у растений

    ​Сотрудники ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» совместно с коллегами из Института систем информатики им. А. П. Ершова СО РАН и Новосибирского государственного университета разработали программу LSM-W2, которая позволяет извлекать данные о морфологии поверхности листа из изображений, полученных с применением лазерного сканирующего микроскопа.
    484
  • 11/01/2019

    В Новосибирске предлагают построить центр клеточной иммунотерапии

     10 января губернатор Новосибирской области Андрей Травников посетил Научно-исследовательский институт фундаментальной и клинической иммунологии СО РАН. В ходе рабочей поездки главе регионе был представлен инновационный проект медицинского научно-исследовательского центра клеточной иммунотерапии и регенеративной медицины стоимостью 1,2 млрд.
    1092
  • 02/11/2017

    Новосибирские ученые нашли необычные генетические особенности у свободноживущего морского червя

    ​Новосибирские ученые под руководством заведующего кафедрой цитологии и генетики НГУ, заведующего лабораторией морфологии и функции клеточных структур Института цитологии и генетики СО РАН, доктора биологических наук Николая Рубцова предложили новую модель для изучения ранних этапов эволюции генома после полногеномной дупликации.
    1173
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    2899
  • 20/06/2019

    Генетические «корни» варикоза и дорсалгии

    Аcademcity.org продолжает рассказывать про молодых ученых Академгородка, ставших лауреатами премии мэрии Новосибирска в этом году. В прошлый раз портал представлял  Анастасию Иванову, занимающуюся поиском генетических маркеров риска внезапной сердечной смерти.
    404
  • 09/09/2019

    Новосибирские ученые выявляют новые факторы развития болезни Альцгеймера

    ​Как победить туберкулёз и болезнь Альцгеймера? Исследования учёных из Института цитологии и генетики СО РАН должны дать ответы на эти вопросы. Выход на мировой уровеньПрограмма «Академгородок 2.0», о запуске которой было объявлено год назад, начинает приобретать конкретные «очертания».
    312
  • 26/01/2017

    Новосибирские ученые создали клеточную модель болезни Хантингтона

    ​Биологи Новосибирского государственного университета и Института цитологии и генетики СО РАН создали клеточную линию, которая моделирует болезнь Хантингтона. Для этого учёные внесли необходимые мутации в клетки с помощью современной технологии редактирования генома CRISPR\Cas9.
    2163
  • 16/04/2018

    Ученые нашли новый белок-регулятор развития древесины

    Группа ученых из пяти стран, включая Россию, исследовала генетическую регуляцию деления стволовых клеток в стебле растений и обнаружила ранее неизвестный механизм контроля роста древесины фитогормоном ауксином.
    840
  • 21/11/2016

    Технологии создания и применение ГМО

    В последние годы все чаще говорят о том, что мир стоит на пороге кардинальных изменений системы образования. И одна из первых «ласточек» этого процесса – MООС (массовые открытые онлайн-курсы) от университетов и колледжей.
    1622
  • 05/12/2016

    Сибирские генетики и управление фотосинтезом

    ​Ученые Новосибирского государственного университета и Института цитологии и генетики СО РАН отвечают на вопрос о том, как на генетическом уровне регулируется синтез и распределение хлорофилла в разных органах растений, исследуя геномы обычного ячменя и ячменя частичного альбиноса, у которого нарушена выработка хлорофилла.
    2574