Молекулярные механизмы регуляции биосинтеза антоцианов, фотосинтез и морозоустойчивость проростков озимой пшеницы, обработанных 5-аминолевулиновой кислотой

Установлено, что в обогащенных антоцианами колеоптилях озимой пшеницы сорта ЭтW5 экзогенная 5-аминолевулиновая кислота (АЛК) в 1,5 раза увеличила содержание антоцианов и повысила уровень экспрессии структурных (PAL, CHS) и регуляторного (PAP-1) генов пути биосинтеза антоцианов. В колеоптилях растений сорта Влади, содержащих в 33 раза меньшее количество антоцианов по сравнению с сортом ЭтW5, экспрессия CHS и PAP-1 была снижена и дополнительно заингибирована с помощью АЛК. Таким образом, генетическая активность фенилпропаноидного и флавоноидного участков пути биосинтеза антоцианов показывает отчетливую сортоспецифичность и зависимость от уровня антоцианов. АЛК значительно снизила тепловую диссипацию энергии возбуждения в комплексах ФСII у обогащенного антоцианами сорта ЭтW5 и существенно повысила уровень этих процессов у сорта Влади. Отмечена сортоспецифичность в уровнях морозостойкости двух сортов – высокий (88 % выживших растений, подвергшихся действию температуры –8 °С в течение 5 ч) у сорта ЭтW5 и более низкий (80 %) у сорта Влади. АЛК повысила морозоустойчивость обоих сортов за счет увеличения содержания антоцианов и пролина в колеоптилях сорта ЭтW5 и большего содержания пролина у сорта Влади.

1. Peer, W. A. Flavonoids as Signal Molecules: Targets of Flavonoid Action / W. A. Peer, A. S. Murphy // The Science of Flavonoids. – 2008. – P. 239–268. https://doi.org/10.1007/978-0-387-28822-2_9

2. Zhao, H. J. Protective effects of exogenous antioxidants and phenolic compounds on photosynthesis of wheat leaves under high irradiance and oxidative stress / H. J. Zhao, Q. Zou // Photosynthetica. – 2002. – Vol. 40, N 4. – P. 523–527. https://doi.org/10.1023/a:1024339716382

3. 5-Aminolevulinic acid affects fruit coloration, growth, and nutrition quality of Litchi chinensis Sonn. cv. Feizixiao in Hainan, tropical China / S. Feng [et al.] // Sci. Hortic. – 2015. – Vol. 193. – P. 188–194. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.07.010

4. Zhang, Zh. Effects of 5-aminolevulinic acid on Anthocyanin synthesis in Vitis Vinifera ‘Crimson Seedless’ grapes at the transcriptomics level / Zh. Zhang // J. Horticultural Sci. Biotechnol. – 2021. – Vol. 96, N 6. – P. 797–807. https://doi.org/10.1080/14620316.2021.1930589

5. Молекулярно-генетические механизмы регуляции дигидрофлавонол редуктазы и транскрипционного фактора HY5 экзогенной 5-аминолевулиновой кислотой в проростках озимого рапса / Н. Г. Аверина [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2020. – Т. 64, № 3. – С. 317–324. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2020-64-3-317-324

6. Молекулярно-генетические механизмы формирования окраски плодов и семян растений / В. Ф. Аджиева [и др.] // Вавиловский журн. генетики и селекции. – 2015. – Т. 19, № 5. – С. 561–573. https://doi.org/10.18699/vj15.073

7. Shoeva, O. Yu. Anthocyanins participate in the protection of wheat seedlings against cadmium stress / O. Yu. Shoeva, E. K. Khlestkina // Cereal Research Communications. – 2018. – Vol. 46, N 2. – P. 242–252. https://doi.org/10.1556/0806.45.2017.070

8. Anthocyanins participate in protection of wheat seedlings from osmotic stress / O. Yu. Shoeva [et al.] // Cereal Research Communications. – 2017. – Vol. 45, N 1. – P. 47–56. https://doi.org/10.1556/0806.44.2016.044

9. Mabry, T. J. The systematic identification of flavonoids / T. J. Mabry, K. R. Markham, M. B. Thomas. – Berlin: Heidelberg, 1970. – P. 261–266. https://doi.org/10.1007/978-3-642-88458-0

10. Шлык, А. А. О спектрофотометрическом определении хлорофиллов а и b / А. А. Шлык // Биохимия. – 1968. – Т. 33, вып. 2. – С. 275–285.

11. Misra, N. Effect of Salt Stress on Proline Metabolism in Two High Yielding Genotypes of Green Gram / N. Misra, A. K. Gupta // Plant Sci. – 2005. – Vol. 169, N 2. – P. 331–339. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2005.02.013

12. Kruse E., Mock H.-P., Grimm B. Coproporphyrinogen III oxidase from barley and tobacco – sequence analysis and initial expression studies / E. Kruse, H.-P. Mock, B. Grimm // Planta. – 1995. – Vol. 196. – P. 796–803. https://doi.org/10.1007/bf01106776

13. Shemin, D. Delta-aminolevulinic acid degydrase from Rhodopseudomonas sphaeroides / D. Shemin // Methods in Enzymology / eds. S. P. Colowick, N. O. Koplan. – Academic Press, 1962. – Vol. 5. – P. 883–884. https://doi.org/10.1016/s00766879(62)05333-1

14. Аверина, Н. Г. Метаболические перестройки и регуляция биосинтеза антоцианов в растениях озимого рапса (Brassica napus L.) под действием 5-аминолевулиновой кислоты / Н. Г. Аверина, А. В. Емельянова // Сб. тез. конф. «Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем». – Минск, 2022. – С. 49.

15. The genomes uncoupled – dependent signaling pathway coordinates plastid biogenesis with the synthesis of anthocyanins / A. S. Richter [et al.] // Phil. Trans. R. Soc. B. – 2020. – Vol. 375, N 1801. – P. 1–13. https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0403