Влияние качества световой энергии на ростовые процессы и экспрессию генов вторичных метаболитов растений, произрастающих в условиях повышенной инсоляции
Проект выполнен в рамках научно-технологической программы «‎Большие вызовы»
июль 2023

Современные тенденции изменения климата, снижения плодородия почв, рост населения планеты и растущий спрос мировых рынков на высококачественную продукцию ставит большие вызовы перед АПК страны. Свет является ключевым фактором в жизни растений, и моделирование таких его характеристик, как фотопериод, интенсивность и спектральный состав могут значительно повысить качество конечного продукта


Введение
Гипотеза
Под действием различных спектров света
происходят изменения микрозелени пшеницы по морфометрическим, биохимическим показателям и на уровне экспрессии генов

Установили влияние спектров света на морфометрические и биохимические показатели микрозелени пшеницы сорта “Баганка” (Triticum aestivum), выращенной в различных условиях
Что мы сделали?

Наша работа в числах
  • 24
    дня интенсивной работы
  • 6
    участников , принявших вызов
  • 1500
    измерений было проведено
  • 10
    генов было проанализировано на изменение уровня экспрессии
Актуальность



Современные тенденции изменения климата, снижения плодородия почв, рост населения планеты и растущий спрос мировых рынков на высококачественную продукцию ставит большие вызовы перед АПК страны. Создание искусственных агроэкосистем позволяет регулировать абиотические факторы среды, которые способствуют оптимальному росту растений и получению более высоких урожаев и качественных продуктов питания. Одной из самых важных и изученных сельскохозяйственных культур, выращиваемых человеком, является пшеница, однако разработка технологии целенаправленного влияния на ее фотоморфогенез и экспрессию генов с целью получения функционального питательного продукта как для человека, так и для животных, является малоизученной и актуальной.
Этапы работы
1
Подбор и установка контрастных спектров в камере для выращивания растений в контролируемых условиях
2
Посев микрозелени в различных условиях (камера для выращивания, улица (контроль 1), лабораторный эксперимент (контроль 2)
3
Подбор оптимального метода выделения РНК из листьев и корней проростков пшеницы
4
Апробация работы праймеров на следующие гены:
RuBisCo, Lhca2, Lhcb4 (кодирующие элементы фотосинтеза) ;
ARF2, CKX10, ERFL1a (участвующие в метаболизме фитогормонов) ; FPGS, ADCS, GTPCH1 (участвующие в фолатном цикле); WRKY71 (участвующие в ответе на стрессовые воздействия)
5
Определение содержания
хлорофилла,
каротиноидов, антоцианов спектрофото-
метрическим
методом и
сахаристости
рефрактометрией
6
Оценка морфометрических показателей
(динамика роста, вес, длина и ширина листовой пластинки, процент сухого вещества)
7
Определение уровня экспрессии изучаемых генов методом ПЦР в режиме реального времени
8
Оценка продуктивности и качества микрозелени пшеницы при помощи морфометрических, биохимических и молекулярно-генетических методов
Выводы


Подтверждена гипотеза: у растений, выращиваемых под различным спектром света, наблюдаются изменения как морфометрических, так и биохимическим параметров
1
Максимальная высота проростков выявлена в варианте “искусственный белый свет”, в то время как максимальный показатель сухого вещества наблюдался в варианте с повышенной инсоляцией.
2
Наибольшее количество всех изученных пигментов наблюдалось в варианте с преобладанием зеленой части спектра. В случае с хлорофиллом, отмечается повышение как хлорофилла a, так и b под зелёным спектром, что может быть связано с необходимостью компенсации низкой эффективности фотосинтеза количеством светоулавливающих пигментов.
3
Содержание каротиноидов было повышенным в пшенице , выращиваемой под светом с преобладанием зелёной части спектра, наименьшее - в контрольных образцах, выращиваемых под искусственным светом
4
Отмечено низкое содержание антоцианов в микрозелени пшенице, что обусловлено биологическими особенностью культуры, однако выявлена зависимость между неоднородностью данного пигмента в листьях и интенсивностью источника света: наименьший разброс - под солнечным светом, максимальный - под искусственным, с пониженной мощностью независимо от спектра
5
Показано, что под воздействием спектров света происходит достоверное изменение уровня экспрессии ряда генов, как в листьях, так и в корнях проростков пшеницы
Планы


Полученные нами данные свидетельствуют о том, что даже за короткий промежуток выращивания в проростках пшеницы под действием разных спектров происходят серьезные изменения морфометрического и биохимического характера, а также уровня экспрессии ряда изучаемых генов, что можно использовать для дальнейших исследований в контролируемых агроэкосистемах с целью разработки технологий и подходов повышения качества растительной продукции и получения функциональных продуктов с заданными свойствами с целью укрепления здоровья населения страны.








Зубарев Роман
г. Хабаровск
Зейбель Алиса
Румянцева Яна
г. Новосибирск
г. Сыктывкар
Сергеенко Алиса
г. Ялта
Яновский Святослав
Котлевский Дмитрий
г. Петрозаводск
г. Северск
Наша команда
Руководители
Смирнова Наталья Валентиновна
Руководитель проекта
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории агрохимии Института почвоведения и агрохимии СО РАН
Седых Сергей Евгеньевич
Методист направления
кандидат биологических наук,
научный сотрудник Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, член комиссии РАН по популяризации науки
Воронина Елена Николаевна
Эксперт
кандидат биологических наук,
заведующий группой молекулярной генетики Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, доцент СУНЦ НГУ
Карташов Михаил Юрьевич
Руководитель проекта
кандидат биологических наук,
старший научный сотрудник отдела молекулярной вирусологии ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора, старший преподаватель СУНЦ НГУ
Наши партнеры

к.б.н. Смирнова Наталья Валентиновна
nat-smirnova@yandex.ru
к.б.н. Карташов Михаил
Юрьевич
mikkartash@yandex.ru






Больше о нашем проекте
Контакты: