TY - CHAP

T1 - МЕТАБОЛИТНЫЙ ОТКЛИК В ЛИСТЬЯХ AMARANTHUS CAUDATUS L. И AMARANTHUS CRUENTUS L. НА ДЕЙСТВИЕ СУБЛЕТАЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЦИНКА И КАДМИЯ

AU - Осмоловская, Наталия Глебовна

AU - Ву, Вьет Зунг

AU - Кучаева, Людмила Николаевна

AU - Попова, Наталья Феликсовна

N1 - Conference code: 4

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - 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

AB - 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

UR - http://vir.nw.ru/conf.htm

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=30790778&pff=1

M3 - тезисы в сборнике материалов конференции

SN - 9785905954481

SP - 195

BT - Идеи Н.И. Вавилова в современном мире

PB - ГНЦ РФ ВИР

CY - СПб

T2 - Вавиловская международная конференция

Y2 - 20 November 2017 through 24 November 2017

ER -