Сотрудники Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН в Москве и Всероссийского национального научно-исследовательского института виноградарства и виноделия «Магарач» РАН в Ялте установили, что свет может быть использован для регулирования уровня антиоксидантов в клеточных культурах чая.
Яркое освещение инициирует окислительные процессы в клетках, и в ответ на это растения начинают активно производить полифенолы — молекулы, которые применяются в медицине для создания противовоспалительных препаратов. Эти результаты помогут в селекции культур с высокой биологической ценностью и в получении из них фармацевтически значимых веществ.
Исследование, финансируемое Российским научным фондом (РНФ), было опубликовано в International Journal of Molecular Sciences.
Свет играет ключевую роль в жизнедеятельности растений, способствуя прорастанию семян, развитию стеблей и листьев, цветению и другим важным процессам.
Однако чрезмерная освещенность может вызвать стресс у растения, в результате чего в его клетках начинают накапливаться активные формы кислорода. Эти молекулы способны повреждать клеточные мембраны, белки и ДНК.
В ответ на это растение начинает синтезировать антиоксиданты, включая полифенолы. Полифенолы представляют интерес из-за их применения в медицине для лечения и профилактики сердечно-сосудистых, воспалительных и инфекционных заболеваний.
Поэтому ученые активно ищут способы извлечения максимального количества этих биологически активных соединений из растений. В этом отношении каллусы — клеточные культуры растений — представляют собой перспективный источник, поскольку они позволяют получать биоматериал круглый год в строго контролируемых условиях с высоким содержанием фармакологически ценных веществ, что невозможно в естественной среде.
Учёные провели исследование, чтобы выяснить, как уровень освещённости влияет на способность каллусных культур чая синтезировать полифенолы.
Чай был выбран для исследования, поскольку это растение известно своими антиоксидантными свойствами и способностью накапливать полифенолы, включая катехины, которые способствуют укреплению капилляров.
Авторы выделили стволовые клетки из стеблей чайного куста и поместили их в питательную среду. Спустя 40 дней они получили каллусы. Затем клеточные культуры выращивали при различных уровнях освещения: стандартном для клеточных культур — 5 000 люкс, а также при повышенных значениях — 7 500 люкс и 10 000 люкс. В этих условиях каллусы поддерживали в течение еще 40 дней, при этом каждые 10 дней эксперимента биологи наблюдали за внешними изменениями в культурах и брали образцы клеток для биохимического анализа.
Через 20 дней каллусы, выращенные при интенсивном освещении, начали зеленеть. Это свидетельствует о том, что часть каллусных клеток, изначально не содержащих зеленый пигмент хлорофилл, под воздействием света приобрела эту способность.
Таким образом, яркое освещение способствовало ускорению специализации клеток, в частности, образованию хлоропластов — ключевых элементов, обеспечивающих энергией и питательными веществами растительные клетки. В условиях менее интенсивного света аналогичный процесс в культурах наблюдался позже — на 30-й день эксперимента.
Каллусные культуры чая, выращенные при разной интенсивности света.
Биохимический анализ продемонстрировал, что на протяжении первых десяти суток во всех культурах активировались окислительные процессы, однако к 20-м суткам их интенсивность снизилась. Это произошло в результате адаптации клеток к световым условиям с помощью антиоксидантов, среди которых особую роль играли полифенолы. На 40-й день эксперимента уровень этих молекул в каллусах, выращенных при низкой и средней освещённости, превышал исходные показатели на 25 %, тогда как в культурах, подвергшихся яркому свету, этот уровень увеличился на 60 %.
«Наши исследования продемонстрировали, что свет, независимо от его яркости, оказывает стрессовое воздействие на каллусные культуры чая, что приводит к увеличению выработки антиоксидантов, в частности полифенолов. Это позволит оптимизировать условия для круглогодичного получения максимального количества фармакологически ценных метаболитов из лабораторно выращиваемых растений. В дальнейшем мы планируем изучить, как свет влияет на биосинтез других фармацевтически важных веществ в растениях», — делится информацией руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Наталья Загоскина, доктор биологических наук и руководитель группы фенольного метаболизма растений в Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН.
Пресс-служба Российского научного фонда. На заглавном фото - Мария Зубова, первый автор статьи, готовит питательные среды для выращивания каллусных культур чайного растения.
Источник и фото: Российская академия наук.