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

  • 26/06/2018

    Сибирские ученые борются с заболеваниями с помощью растений

    ​Нередко мы ждем наиболее явных лечебных эффектов от препаратов, синтезированных искусственно. Однако природные соединения тоже могут рассматриваться как источники биологически активных соединений: одним из таких примеров являются кумарины.
    734
  • 14/07/2020

    Сибирские ученые разрабатывают антираковые препараты нового поколения на основе альбумина

    ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в сотрудничестве с коллегами из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского института органической химии им. Н.
    923
  • 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.
    1166
  • 22/01/2018

    Ученые ИЦиГ СО РАН рассказали о депрессивном геноме

    Аcademcity.org уже рассказывал, что ученые Института цитологии и генетики СО РАН и Института клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН провели комплексное исследование влияния хронического социального стресса на организм.
    1474
  • 03/08/2020

    Биоцентр СО РАН: биотехнологии выходят на новый уровень

    ​Проект Биоцентра Сибирского отделения РАН находится на согласовании в Минэкономразвития РФ.Он будет создан для продвижения на рынок разработок биологических институтов Академгородка, создания биотех-стартапов, развития клеточной медицины, синтетической биологии и импортозамещения, проблема которого особенно остро встала в этом году в связи с пандемией коронавируса.
    281
  • 28/01/2019

    Новосибирские ученые выращивают мини-мозги

    ​Если бы «Волшебника из страны Оз» писали в наше время, Страшила мог отправиться за мозгами прямиком в научно-исследовательский институт, ведь их уже выращивают в лабораторных условиях. В России всего несколько мест, где работают с новой технологией, одно из них — в новосибирском Академгородке.
    1036
  • 27/02/2019

    Новосибирские ученые ищут способы победить грипп

    ​Современные способы создания вакцины против гриппа на основе куриных эмбрионов имеют ряд недостатков. Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и НИИ гриппа им.
    858
  • 26/11/2018

    Бездействующие лекарственные препараты: найти и выбросить

    Валерьянка известна многим людям как популярное успокоительное средство. Настойка эхинацеи — в качестве иммуностимулятора для борьбы с часто повторяющимися простудами. Глицин рекомендуется принимать школьникам в период интенсивных умственных нагрузок.
    3138
  • 13/01/2016

    Татьяна Толстикова: "В СО РАН есть все предпосылки, чтобы решить проблему импортозамещения лекарств"

    ​Доктор биологических наук, профессор Татьяна Генриховна Толстикова возглавляет лабораторию Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова (НИОХ) СО РАН - уникальную для России структуру.
    3877
  • 08/05/2019

    Сахарным диабетом 1-го типа займутся в рамках нацпроекта «Наука»

    ​​Связь между генотипом и последствиями сахарного диабета 1-го типа, в том числе его влиянием на головной мозг, исследуют в новой молодежной лаборатории ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». Над проблемой будут работать девять молодых ученых.
    3049