Картофель – важная сельхозкультура, богатая питательными веществами иразнообразными биологически активными компонентами, включая сухое вещество, крахмал, белки, жиры, витамины, редуцирующие сахара, минералы, антоцианы, углеводы и другие. Продвижение картофеля в северные территории становится актуальным по мере изменения климата, так как жара и засуха наносят ущерб количеству и качеству урожая. Вместе с тем селекционеры работают под созданием морозоустойчивых сортов, способных давать высокий результат в суровых условиях возвратных заморозков и похолодания.
Хотя картофель процветает в умеренных и прохладных условиях, он демонстрирует ограниченную устойчивость к заморозкам и низким температурам.
Холодовой стресс, в первую очередь подавляет прорастание почек и снижает появление всходов. На стадии рассады ухудшает эффективность фотосинтеза и замедляет вегетативный рост, в конечном итоге снижая урожайность.
На более поздних стадиях развития холодовой стресс может вызвать преждевременное старение и гибель растения до полного созревания, что еще больше снижает урожайность. Более того, воздействие холода во время уборки может повредить клубни, увеличивая их восприимчивость к патогенной инфекции, гниению и потерям при хранении после сбора урожая.
Однако, благодаря эволюционной адаптации растения выработали многогранные стратегии для того, чтобы переносить низкотемпературный стресс, включающие скоординированные морфологические, физиологические, биохимические и молекулярные реакции, включая регуляцию генов, модуляцию активности ферментов и метаболическую стабилизацию.
Выяснение молекулярных механизмов, лежащих в основе реакции картофеля на низкотемпературный стресс, обеспечивает теоретическую основу и техническую структуру для разработки устойчивых к холоду сортов.
Исследования показывают, что длительное воздействие низкотемпературного стресса может вызвать у некоторых растений акклиматизацию к холоду посредством осмотической регуляции и активности ферментов. Вещества, регулирующие осмотический обмен, могут ограничивать потерю воды и повышать устойчивость к холоду, в то время как антиоксидантные ферменты смягчают окислительное повреждение, удаляя активные формы кислорода, образующиеся под действием осмотического давления.
Исследователи из Цинхайского университета, Китай, сообщают, что проведенный ими интегрированный метаболомный и транскриптомный анализ выявил решающую роль кофейной кислоты в устойчивости картофеля к холоду.
Сравнивались два китайских сорта картофеля: KY130 (холодоустойчивый) и KY140 (холодочувствительный) под воздействием холода -4 градуса Цельсия на стадии рассады в течение 12 часов.
В этом исследовании KY130 показал значительно более высокую активность антиоксидантных ферментов и уровни осмолитов, чем KY140, что предполагает большую физиологическую устойчивость к холоду. Осмотические регуляторы смягчают стресс обезвоживания, вызванный холодом, в то время как антиоксидантные ферменты уменьшают накопление активных форм кислорода в клетках растений.
Кофейная кислота сразу же активировалась в ответ на низкие температуры в морозоустойчивом картофеле. Это фенольная кислота, которая проявляет антиоксидантную и поглощающую свободные радикалы активность благодаря своему бензольному кольцу, содержащему орто-дифенольную гидроксильную группу.
По итогам исследования, именно кофейная кислота и флавоноид нарингенин были идентифицированы как метаболиты, участвующие в прямой и косвенной устойчивости картофеля к холоду.
StPAL (Soltu.Atl.03_2G004060 , Soltu.Atl.03_2G004070, Soltu.Atl.03_2G008130) и StCSE (Soltu.Atl.04_1G006370 и Soltu.Atl.04_3G005440), идентифицированные как регуляторы кофейной кислоты, аналогично были связаны с прямой и косвенной устойчивостью картофеля к холоду.
Анализ метаболических путей KEGG, основанный на дифференциально накопленных метаболитах и дифференциально экспрессируемых генах, выявил несколько ключевых метаболических путей, включая «метаболизм, связанный с флавоноидами», «липидный метаболизм» и «метаболизм аминокислот».
Это исследование расширяет понимание кофейной кислоты и молекулярных механизмов, участвующих в реакции картофеля на холод, а также поддерживает будущие усилия по скринингу и селекции морозостойкого картофеля.
Источник: Plants 2025, doi.org/10.3390/plants14223447