Одной из важнейших задач страны является обеспечение продовольственной безопасности нации. Население планеты постоянно растёт. По прогнозу ООН к 2050 году численность жителей Земли достигнет 9,6 миллиарда человек. В совокупности с изменением климата это делает проблему нарастания нехватки питания ещё более острой. Для её решения необходимы, в том числе, новые технологии, которые обеспечат высокую продуктивность растений. Учёные Биологического института Томского государственного университета в рамках стратегического проекта «Инженерная биология» разрабатывают способы повышения биологически активных веществ в лекарственных и сельскохозяйственных растениях. Исследования поддержаны федеральной программой «Приоритет 2030».
– Мы изучаем особенности регуляции синтеза вторичных метаболитов самых популярных у россиян пищевых растений – огурца и картофеля, а также лекарственных растений – горькуши оргаадай и лихниса калцедонского, – расказывает научный сотрудник кафедры физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики БИ ТГУ Екатерина Бойко. – Вторичные метаболиты, в отличие от первичных, имеют функциональное значение не на уровне клетки, а на уровне целого растения. Они выполняют «экологические» функции: защищают растение от вредителей и патогенов, участвуют в размножении, обеспечивают взаимодействие растений между собой и с другими организмами в экосистеме.
Для человека вторичные метаболиты растений – это ценный источник полезных соединений, которые перспективны не только для фармакологии, но также для пищевой отрасли, парфюмерно-косметической промышленности и других.
Изучение уровня вторичных метаболитов в сельскохозяйственных культурах позволит опосредованно повысить качество пищевой продукции и лекарственные свойства растений. Более того, исследование этих процессов может открыть новые свойства у давно известных представителей флоры и расширить области их использования.
Так, в исследованиях других учёных уже показано, что помимо продовольственного значения огурец может иметь и фармакологическое значение. Экстракты из его листьев обладают противораковой активностью в отношении некоторых видов рака. Кроме этого, выявлены антиоксидантный, антимикробный, антидиабетический, противоязвенный и омолаживающий эффекты.
В свою очередь, биологи ТГУ результатами собственных исследований доказали, что фитогормоны (брассиностероиды, мелатонин) и селен участвуют в регуляции роста и вторичного метаболизма в клеточной культуре лекарственного растения горькуши (Saussurea orgaadayi). Это растение оказывает антитоксическое, иммуномодулирующее и противовоспалительное действие, активизирует обменные процессы.
Определение «отзывчивых» процессов синтеза в ходе новых исследований позволит биологам ТГУ в дальнейшем напрямую «подключать» сигнальные молекулы (например, газотрансмиттеры, кальций), чтобы ускорить выработку вторичных метаболитов. В перспективе это путь к направленной модификации генома.
– Пока мы обходимся без внедрения новых конструкций, – поясняет руководитель проекта Ирина Головацкая. – В начале пути мы ищем места переключения в метаболизме флавоноидов (многие из которых – растительные пигменты) с помощью фитогормонов. Нас интересует, чем отличаются или схожи пути синтеза вторичных метаболитов в разных растительных моделях. Например, какие группы флавоноидов образуются в ответ на действие регулятора роста внешнего происхождения, его величины и природы, какой ростовой ответ растений или клеточной культуры за этим последует. При этом будут использоваться естественные адаптивные возможности клеток культуры или растений пока без ломки генома.
В конечном итоге результаты исследований биологов ТГУ будут способствовать созданию экологически чистых и высокопродуктивных линий сельскохозяйственных культур, а также лекарственных растений с повышенным содержанием биологически активных веществ.
