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
Индикатор (indicator.ru), 02/02/2020
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

  • 03/06/2020

    Ученые вывели пшеницу, которая защищает человека от вирусов

    Омские селекционеры вывели новые сорта цветной пшеницы, которые помогут повысить иммунитет, защитив от болезней и вирусов. И сумели окультурить пырей до уровня многолетней пшеницы. Посеял один раз - и семь лет собирай урожай.
    377
  • 31/08/2018

    Как получать хороший урожай?

    ​Есть распоряжение правительства РФ: повысить долю высококачественного зерна в общем валовом сборе. И ученые готовы помочь. Но почему так медленно идет обновление генофонда семян? Сибирские ученые-селекционеры вывели новые сорта зерновых, стойких к местным суровым условиям.
    925
  • 17/11/2016

    Продукция селекционеров ИЦиГ СО РАН вызвала интерес на выставке «Дни урожая-2016»

    ​С 9 по 11 ноября 2016 года в МВК "Новосибирск Экспоцентр" в рамках Новосибирского агропродовольственного форума прошло подведение итогов 2016 года для агропромышленного комплекса региона.  В рамках форума также прошел и традиционный праздник - Дни урожая Новосибирской области.
    1842
  • 08/04/2017

    ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН и Алтайский государственный университет подписали соглашение о сотрудничестве

    Документ был подписан во время совместного совещания, прошедшего в ИЦИГ СО РАН, в котором приняла участие большая делегация из Барнаула во главе с ректором АлтГУ Сергеем Землюковым. Открывая совещание, директор ИЦИГ СО РАН академик Николай Колчанов отметил: — Барнаул является нашим ближайшим соседом среди областных центров.
    2407
  • 04/06/2020

    В Новосибирской области будет создан аграрный научно-образовательный центр

    Актуальные вопросы разработки необходимых мер по организации аграрного научно-образовательного центра (АгроНОЦ) в регионе, взаимодействия аграрной науки, бизнеса и агропромышленного комплекса были рассмотрены 2 июня на выездном совещании под руководством заместителя Губернатора Вячеслава Ярманова.
    571
  • 01/09/2016

    Генетика и геномика растений: совместные исследования более продуктивны

    ​Интервью с заведующим лабораторией молекулярной генетики Института биологии и биотехнологии растений Республики Казахстан, кандидатом биологических наук, ассоциированным профессором Ерланом Туруспековым, участником Международного научного симпозиума "Генетика и геномика растений для продовольственной безопасности" - Ерлан Кенесбекович, как Вы знаете, в нашей стране с 2013 года происходит реформа Российской академии наук.
    3150
  • 31/01/2018

    В Новосибирской области идет разработка проекта по созданию биофармацевтического научно-инжинирингового центра

    ​Новосибирская область может стать одним из ведущих федеральных центров по развитию науки и инжиниринга в области биотехнологий — территорией, привлекательной для инвестиций в биотехнологическую индустрию.
    1769
  • 03/08/2017

    В Новосибирской области заработает предприятие по переработке картофеля

    ​Это редкое, но крайне востребованное и выгодное направление на рынке. Проект предприятия - один из результатов российского-китайского сотрудничества в сфере картофелеводства. Результаты совместной работы уже сегодня можно увидеть в Черепановском районе.
    1463
  • 24/07/2020

    Черную пшеницу и синий ячмень вывели новосибирские генетики

    ​Новосибирские генетики доказали – человеческий гормон меланин содержат многие растения. Более того, представители флоры умеют общаться друг с другом. Статью опубликовали в авторитетном научном журнале, а на экспериментальные поля высадили разноцветный ячмень, который получился в результате генетических изменений.
    792
  • 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).
    1857