Растения рода Amaranthus имеют широкий ареал произрастания и издревле возделываются человеком, что может быть свидетельством их высокого адаптационного потенциала к действию неблагоприятных факторов среды. В последнее время серьезную проблему для растениеводства представляет загрязненность почв тяжелыми металлами, в том числе, такими как цинк и кадмий. В этой связи несомненный интерес представляет метаболомный подход к анализу устойчивости разных видов амаранта к действию тяжелых металлов. Объектом нашего исследования были растения амаранта хвостатого Amaranthus caudatus L. и амаранта метельчатого Amaranthus cruentus L., семена которых были получены из коллекции ВИРа. В работе был исследован характер метаболитного отклика в зрелых и ювенильных листьях 42-дневных растений амаранта на действие Zn и Cd в концентрациях соответственно 300 и 90 мкМ при выращивании в модельных условиях гидропонной культуры. Анализ состава и содержания метаболитов проводили с использованием метода газовой хромато-масс-спектрометрии на газовом хроматографе Agilent 6850GC и газовом хромато масс-спектрометре GCMS-QP2010 Plus. На основании проведенного анализа было идентифицировано 76 метаболитов и установлено, что при воздействии Zn и Cd в листьях амаранта происходят существенные биохимические перестройки, которые носят видо-, металло- и органоспецифичный характер и имеют адаптационную направленность. Показано, что метаболитный отклик, выразившийся в повышении содержания ряда аминокислот, особенно стресс-протекторного оксопролина, и сахаров, более значим в ювенильных, чем в зрелых листьях амаранта, что важно для активирования защитных механизмов, направленных на повышение устойчивости растений в условиях хронического воздействия тяжелых металлов. Для зрелых листьев, особенно при воздействии Cd, более характерно увеличение содержания органических кислот, прежде всего малата и оксалата, участвующих в хелатировании металлов. Полученные данные обсуждаются с позиции вклада отдельных метаболитов в изменение метаболомных профилей на уровне зрелых и ювенильных листьев амаранта с учетом их возможной функциональной роли в ответных реакциях растений на Zn и Cd воздействие. Отмечается, что большая устойчивость A. caudatus к действию металлов очевидно связана с аккумуляцией в их органах нескольких групп метаболитов – аминокислот (пролин), органических кислот (цикла ДТК и оксалата) и сахаров (глюкоза, сахароза), вовлекаемых в различные пути адаптации растений к Cd и Zn стрессу. Заключается, что повышение уровня сахаров скорее является следствием деградации запасных полисахаридов и может рассматриваться в связи с их функциональной ролью совместимых осмолитов при нарушениях водного потенциала в клетках растений, тогда как увеличение концентраций метаболитов цикла Кребса указывает на возрастание митохондриальной активности, ведущей к генерации восстановительных агентов, АТФ и С скелетов для биосинтеза аминокислот.
195