Российские ученые совместно с иностранными коллегами исследовали возникновение темного пигмента в процессе роста зерна у ячменя и выяснили, что за него отвечают органеллы, ответственные за фотосинтез. Хотя точный механизм остается неизвестен, это открытие позволяет исследователям продвинуться вперед в понимании этого явления. Работа опубликована в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано Российским научным фондом. 

Внешний вид организма очень важен для его жизни. С помощью подходящего окраса животные могут маскироваться среди окружающей среды, а растения привлекают насекомых-опылителей. За цвет отвечают специальные вещества — пигменты. Одним из них является меланин, самый древний представитель этой группы на Земле. Его синтезируют многие организмы, что говорит о высокой эволюционной значимости. Меланин окрашивает клетки в цвета от темно-коричневого до черного и присутствует в волосах, глазах и коже многих животных и человека, защищая организм от избыточного солнечного света. У растений он выполняет ту же функцию, а также придает прочность оболочкам зерна, предохраняя его от механических повреждений.

Ученые из Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук изучили молекулярные и клеточные основы формирования меланина у ячменя. Так как этот пигмент играет важную роль в адаптации, расширение знаний о его синтезе может оказаться полезным для сельского хозяйства.

Авторы работы исследовали образец ячменя, который содержит ген, отвечающий за развитие черной окраски колоса. Сперва ученые провели химический анализ пигмента в зернах ячменя. Он подтвердил, что за формирование черного цвета отвечает именно меланин. Затем авторы исследования пронаблюдали за процессом развития колоса. Черный цвет впервые появился на зернах в верхней части колоса на стадии поздней молочной спелости. Затем по мере созревания он распространялся по всему колосу до самого его основания. Чтобы фиксировать распределение пигмента, ученые разрезали зерна на разных стадиях созревания. Анализ под микроскопом показал, что темный пигмент появился впервые в защитной оболочке зерна — перикарпе. Более пристальное изучение этой области позволило ученым обнаружить, что окрашены были пластиды — характерные только для растений фотосинтезирующие органеллы. Ученые с помощью лазера обнаружили присутствие в этих органеллах хлорофилла (пигмента, отвечающего за фотосинтез) который в ходе развития зерна разрушался, а в клетках оставался только меланин.

На основании этих наблюдений авторы сделали вывод, что образование меланина происходит в хлоропластах — органеллах, ответственных за фотосинтез.

Для дальнейшего исследования авторы работы использовали электронный микроскоп. С его помощью ученые проанализировали структуру пластид и выяснили, что в клетках перикарпа окрашенных зерен целостность пластид сохраняется дольше, чем у неокрашенных. Также накопление меланина наблюдалось и в чешуях колоса, покрывающих зерна. Но если в перикарпе он всегда был в пластидах, то в чешуях обнаруживался в виде бесструктурных включений в цитоплазме. Авторы считают, что меланин клеток чешуй также образовывался в хлоропластах, но когда органеллы распадались, высвобождался в цитоплазму. По всей видимости, пигмент у ячменя образуется в стареющих хлоропластах перикарпа и чешуй, что не мешает процессу фотосинтеза в масштабе всего растения. Результаты исследования позволили ученым предположить, что в хлоропластах содержится ключевой фермент для синтеза меланина, а также его химический предшественник.

«Точный механизм синтеза меланина у растений остается неизвестным, но наше исследование позволило сделать определенные выводы. Мы впервые показали, что у растений, как и у животных, синтез меланинов осуществляется внутриклеточно. Разница в том, что у животных для этого приспособлены специализированные клетки и органеллы в них, а у растений меланогенез происходит в универсальных обособленных частях растительной клетки — хлоропластах. Мы пришли к выводу, что такой принцип синтеза меланина является общим как для животных, так и для растений. Проведенное исследование имеет важное фундаментальное значение для понимания механизмов образования меланиновых пигментов у растений, а также физиологических процессов, протекающих при созревании семян. Сделанное в работе открытие является основой для дальнейших исследований процесса меланогенеза», — прокомментировала Олеся Шоева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН.

Исследование проводилось совместно с коллегами из Института генетики растений и исследований растениеводства имени Лейбница (Гатерслебен, Германия).

Источники

Ученые выяснили, как зерна ячменя перекрашиваются в черный цвет в процессе своего развития
Российский научный фонд (rscf.ru), 30/01/2020
Ученые выяснили, как зерна ячменя чернеют в процессе своего развития
Газета.Ru, 30/01/2020
Ученые выяснили, как зерна ячменя перекрашиваются в черный цвет в процессе своего развития
Российская академия наук (ras.ru), 30/01/2020
Ученые выяснили, как зерна ячменя чернеют в процессе своего развития
24ТОП.kz (24top.kz), 30/01/2020
Ученые выяснили, как зерна ячменя чернеют в процессе своего развития
Российский научный фонд (рнф.рф), 31/01/2020
Ученые выяснили, как зерна ячменя чернеют в процессе своего развития
Российский научный фонд (rscf.ru), 31/01/2020
Ученые рассказали, почему чернеет зерно ячменя
НИА Наука (sibscience.com), 03/02/2020
Ученые рассказали, почему чернеет зерно ячменя
Grainbusiness (grainbusiness.ru), 03/02/2020
Известно, как зерна ячменя перекрашиваются в черный цвет
Русаргумент (rusargument.ru), 03/02/2020
Известно, как зерна ячменя перекрашиваются в черный цвет
РЫБИНСКonLine (ryb.ru), 03/02/2020
Известно, как зерна ячменя перекрашиваются в черный цвет: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 06/02/2020

Похожие новости

  • 03/11/2017

    ​​В ИЦиГ СО РАН прошли переговоры о сотрудничестве с Академией сельскохозяйственных наук Китая

    1 ноября ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра, один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй - в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства).
    1509
  • 07/06/2019

    АлтГУ и ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН развивают сотрудничество

    Опорный Алтайский государственный университет с визитом посетила делегация Федерального исследовательского центра Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук во главе с директором ФИЦ «ИЦиГ СО РАН», членом-корреспондентом РАН, д.
    885
  • 20/02/2018

    Книга про эксперимент по доместикации лисиц удостоена престижной международной премии

    ​Совместная работа Людмилы Трут (ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН) и американского исследователя Ли Дугаткина была удостоена премии, которую считают аналогом "Оскара" в области научно-популярной литературы.
    1426
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    1534
  • 15/11/2019

    Александр Чернявский: сильным и энергичным людям не всегда получается найти общий язык друг с другом

    ​АЛЕКСАНДР ЧЕРНЯВСКИЙ, хирург с 35-летним стажем, в этом году начал исполнять обязанности руководителя клиники Мешалкина. В интервью «Континенту Сибирь» он рассказал о том, как клиника сумела преодолеть проблемы, с которыми столкнулась в этом году, и как планирует работать дальше.
    483
  • 05/07/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция по высокопроизводительному секвенированию в геномике

    ​​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН представили новые методы, использующие NGS секвенирование, уникальные для нашей страны, на II Всероссийской конференции "Высокопроизводительное секвенирование в геномике", прошедшей в новосибирском Академгородке.
    2113
  • 25/10/2019

    Василий Ярных: благодаря РНФ наше направление науки развилось в России просто с нуля

    ​Недавно стало известно, что нейробиологи из Томска под руководством профессора Василия Ярных планируют использовать новый подход для исследования повреждений головного мозга у пациентов с болезнью Паркинсона.
    760
  • 19/09/2016

    Михаил Федорук: наше сотрудничество с Таиландом развивается с хорошей динамикой

    ​Исследовательский центр продовольственной безопасности (НГУ) и Школа биоресурсов и технологий Технологического университета им. Короля Монгкута Тонбури (Таиланд) уже осуществляют ряд совместных проектов.
    2216
  • 20/10/2016

    Алтайский край приступает к реализации проекта в области селекции и семеноводства

    ​Алтайский государственный университет совместно с Федеральным исследовательским центром Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук примет участие в создании Сибирского селекционно-семеноводческого центра.
    2247
  • 09/11/2018

    Сибирские ученые обнаружили новый метод защиты от радиации

    Облучение лабораторных мышей рентгеновскими лучами привело к неожиданным результатам. Открытие совершили на стыке наук - физики-ядерщики работали вместе с генетиками. «Это иммунодефицитные мыши без шерсти, породу вывели специально для изучения опухоли», - рассказывают ученые.
    834