Группа фенольного метаболизма растений

РУКОВОДИТЕЛЬ:

ЗАГОСКИНА
Наталья Викторовна

руководитель группы,
ведущий научный сотрудник,
доктор биологических наук,
профессор

Телефон: +7 (499) 678-54-00, внутр. 658
E-mail: zagoskina@ifr.moscow
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

СОТРУДНИКИ:

ИССЛЕДОВАНИЯ:

Основные направления работы:

• выяснение роли фенольных соединений в адаптации клеток высших растений к действию стрессовых факторов (УФ-радиация, низкие температуры, тяжелые металлы и другие);
• изучение регуляции биосинтеза мономерных и полимерных форм фенольных соединений в in vivo и in vitro тканях и клетках растений;
• выяснение взаимосвязи между уровнем дифференциации растительных клеток и их способностью к накоплению фенольных соединений;
• изучение антиоксидантной активности различных соединений фенольной природы;
• скрининг растений in vivo и in vitro в качестве продуцентов биологически активных фенольных соединений.

Объекты исследований:

В качестве объектов исследования используются различные культуры промышленного назначения для пищевой отрасли, фармацевтики и медицины, характеризующиеся высокой способностью к накоплению фенольных соединений: чай (Camellia sinensis L.), лен (Línum), гречиха (Fagopýrum) и другие; микрозелень и культуры in vitro.

Методы исследований:

• определение содержания различных растительных метаболитов (фенольных соединений, углеводов, фотосинтетических пигментов и других);
• определение уровня перекисного окисления липидов и активности различных антиоксидантных ферментов;
• определение активности ферментов фенольного метаболизма и экспрессии генов, ответственных за их образование;
• пробоподготовка растительного материала для последующего изучения метаболома;
• введение растительных тканей и клеток в культуру in vitro, их культивирование и проведение фундаментальных исследований;
• изучение ультраструктуры клеток и локализации различных классов фенольных соединений.

Ключевые достижения:

1. Впервые изучено накопление флаванов, в том числе их полимерных форм (проантоцианидинов), в культуре ткани чайного растения и проведено сравнение этих показателей с аналогичными характеристиками в молодых побегах интактного растения. В каллусных культурах, инициированных из стебля и листа, количество флаванов было ниже, чем в исходных эксплантах (особенно у листового каллуса), тогда как содержание проантоцианидинов не изменялось.
2. Согласно данным высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии, флаваны каллусов чая представлены (-)-эпикатехином, (+)-катехином, проантоцианидинами типа «Б» (ди-, три-, тетра-, пентамеры), а также гексозидом (-)-эпикатехина, который был впервые идентифицирован в in vitro культуре.
3. Установлено стимулирующее действие света на накопление фенольных метаболитов на начальных этапах роста каллусов чая и выявлена зависимость этого процесса от его интенсивности и длительности.
4. На примере in vitro культивируемых проростков льна-долгунца, льна масличного и льна крупноцветкового впервые продемонстрированы различные их ответные реакции на действие Cd. Более выраженный ответ на уровне фенольного метаболизма характерен для льна масличного, у которого способность синтезировать эти вторичные соединения и активировать функции антиоксидантной системы была выше, чем у двух других представителей рода Linum.
5. Изучение накопления фенольных соединений на начальных этапах роста диплоидного и тетраплоидного генотипов гречихи не выявило значительных различий между ними. Наибольшее их накопление, включая фенилпропаноиды и флавоноиды, отмечено в семядольных листьях, по сравнению с гипокотилями, что коррелировало с активностью L-фенилаланинаммиак-лиазы — ключевого фермента фенольного метаболизма.
6. Установлено, что низкие температуры способствовали активации фенольного метаболизма в проростках озимых и яровых форм мягкой пшеницы: при кратковременном воздействии повышалось преимущественно содержание флавоноидов в листьях, тогда как при длительном холодовом закаливании — всех классов фенольных соединений, иногда и лигнина, в листьях и узлах кущения, что в большей степени было выражено у озимой пшеницы. Следовательно, фенольные соединения могут выполнять функции не только низкомолекулярных антиоксидантов, но и резервных веществ, служа своеобразной формой запасания сахаров (в виде гликозидов флавоноидов).
7. Изучение накопления фенольных соединений в тканях однолетних побегов рододендронов показало изменение этого процесса в течении вегетации. Период активного роста растений характеризовался высоким уровнем фенилпропаноидов и мономерных форм флаванов, тогда как на завершающих этапах —флавонолов и проантоцианидинов. Растения-регенеранты, полученные методом клонального микроразмножения и культивируемые в условиях in vitro, сохраняли способность к биосинтезу фенольных соединений, в том числе флаванов, которая постепенно увеличивалась по мере их роста. В тканях интактных растений рододендронов не отмечалась взаимосвязь между активностью L-фенилаланинаммиак-лиазы и накоплением фенольных соединений, тогда как в растениях-регенерантах она могла служить критерием оценки их биосинтетической способности.

ПУБЛИКАЦИИ:

Наиболее значимые публикации за последние 5 лет:

1. Zubova M.Y., Goncharuk E.A., Nechaeva T.L., Aksenova M.A., Zaitsev G.P., Katanskaya V.M., Kazantseva V.V., Zagoskina N.V. Influence of primary light exposure on the morphophysiological characteristics and phenolic compounds accumulation of a tea callus culture (Camellia sinensis L.). International Journal of Molecular Sciences. 2024, 25, 10420. https://doi.org/10.3390/ijms251910420
2. Aksenova M.A., Nechaeva T.L., Goncharuk E.A., Zubova M.Y., Kazantseva V.V., Lapshin P.V., Frolov A., Zagoskina N.V. Changes in the antioxidant potential of Camellia sinensis cultures under the influence of phenolic precursors. Molecules. 2024, 29, 474. https://doi.org/10.3390/molecules29020474
3. Загоскина Н.В., Синетова М.А., Лапшин П.В., Лось Д.А. Cравнение содержания и состава фенольных соединений у Synechocystis sp. Sauvageau и Desertifilum tharense Dadheech et Krienitz. Химия растительного сырья. 2024, 1, 177–185. https://doi.org/10.14258/jcprm.20240112643
4. Zagoskina, N.V., Zubova, M.Y., Aksenova, M.A. Nechaeva T.L.; Zaitsev G.P. The effect of the light intensity on the growth and accumulation of monomeric and oligomeric flavanols in callus cultures of Camellia sinensis L. Biology Bulletin. 2023, 50 (Suppl 3), S373—S381. https://doi.org/10.1134/S1062359023604901
5. Zagoskina N.V., Zubova M.Y., Nechaeva T.L., Kazantseva V.V., Goncharuk E.A., Katanskaya V.M., Aksenova M.A. Polyphenols in plants: structure, biosynthesis, abiotic stress regulation, and practical applications. International Journal of Molecular Sciences. 2023, 24(18), 13874. https://doi.org/10.3390/ijms241813874
6. Aksenova M.A., Nechaeva T.L., Zubova M.Y., Goncharuk E.A., Kazantseva V.V., Katanskaya V.M., Lapshin P.V., Zagoskina N.V. Influence of different precursors on content of polyphenols in Camellia sinensis in vitro callus culture. Plants. 2023, 12(4), 796. https://doi.org/10.3390/plants12040796
7. Goncharuk E.A., Zagoskina N.V. Heavy metals, their phytotoxicity, and the role of phenolic antioxidants in plant stress responses with focus on cadmium: review. Molecules. 2023, 28, 3921. https://doi.org/10.3390/molecules28093921
8. Goncharuk E.A., Zubova M.Y., Nechaeva T.L., Kazantseva V.V., Gulevich A.A., Baranova E.N., Lapshin P.V., Katanskaya V.M., Aksenova M.A., Zagoskina N.V. Effects of hydrogen peroxide on in vitro cultures of tea (Camellia sinensis L.) grown in the dark and in the light: morphology, content of malondialdehyde, and accumulation of various polyphenols. Molecules. 2022, 27(19), 6674. https://doi.org/10.3390/molecules27196674
9. Goncharuk E.A., Saibel O.L., Zaitsev G.P., Zagoskina N.V. The Elicitor effect of yeast extract on the accumulation of phenolic compounds in Linum grandiflorum cells cultured in vitro and their antiradical activity. Biology Bulletin. 2022, 49 (6), 620-628. https://doi.org/10.1134/S1062359022060061
10. Ossipov V., Zubova M., Nechaeva T., Zagoskina N., Salminen J.-P. The regulating effect of light on the content of flavan-3-ols and derivatives of hydroxybenzoic acids in the callus culture of the tea plant, Camellia sinensis L. Biochemical Systematics and Ecology. 2022, 101, 104383. https://doi.org/10.1016/j.bse.2022.104383
11. Nikolaeva T.N., Lapshin P.V., Zagoskina N.V. Method for determining the total content of phenolic compounds in plant extracts with the Folin-Denis reagent and the Folin-Ciocalteu reagent: modification and comparison. Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2022, 48(7), 1519–1525. https://doi.org/10.1134/S1068162022070214
12. Kazantseva V.V., Goncharuk E.A., Zaitsev G.P., Zagoskina N.V., Klykov A.G. Plant ploidy level and the presence of cadmium in the growing environment changes the content of the main components of the phenolic complex in buckwheat sprouts. Doklady Biochemistry and Biophysics. 2022, 502(1), 10–14. https://doi.org/10.1134/S1607672922010045
13. Goncharuck E.A., Kazantseva V.V., Zagoskina N.V. Effect of hypothermia on the composition of phenolics in buckwheat plants with different ploidy. Russian Journal of Plant Physiology. 2021, 68(6), 1227–1235. https://doi.org/10.1134/S1021443721050046
14. Sazhina N.N., Lapshin P.V., Zagoskina N.V. The kinetics of initiated oxidation of phosphatidylcholine liposomes with introduced aloe extracts and determination of their antioxidant activity. Biophysics. 2021, 66, 420–427. https://doi.org/10.1134/S0006350921030155
15. Nechaeva, T.L., Nikolaeva, T.N., Zagoskina, N.V. Salicylic and hydroxybenzoic acids affect the accumulation of phenolic compounds in tea-plant cultures in vitro. Biol Bulletin. 2020, 47, 374–380. https://doi.org/10.1134/S1062359020040093

Наиболее значимые публикации за все время:

1. Zavarzina A.G., Nikolaeva T.N., Demin V.V., Lapshin P.V., Makarov M I., Zavarzin A.A., Zagoskina N.V. Water‐soluble phenolic metabolites in lichens and their potential role in soil organic matter formation at the pre‐vascular stage. European Journal of Soil Science. 2019, 70(4), 736-750. https://doi.org/10.1111/ejss.12822
2. Sazhina N.N., Lapshin P.V., Zagoskina N.V., Korotkova E.I., Misin V.M. A comparative analysis of the antioxidant activity of Kalanchoe juices. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2014, 40, 771-776. https://doi.org/10.1134/S1068162014070152
3. Олениченко Н.А., Астахова Н.В., Трунова Т.И., Кузнецов Ю.В., Загоскина Н.В. Первичный и вторичный метаболизм озимой пшеницы при холодовом закаливании и действии антиоксидантов. Прикладная биохимия и микробиология. 2008, 44, 523-529.
4. Загоскина Н.В., Пинаев А.С., Алявина А.К., Ямбуренко М.В., Гладышко Т.О., Кузнецов В.В., Коновалов А.И. Активация мелафеном роста и накопления фенольных соединений в каллусной культуре чайного растения не связана с его возможной цитокининовой активностью. Доклады Академии наук. 2007, 413, 841-844.
5. Олениченко Н.А., Осипов В.И., Загоскина Н.В. Фенольный комплекс листьев озимой пшеницы и его изменение в процессе низкотемпературной адаптации растений. Физиология растений. 2006, 53, 554-559.
6. Дубравина Г.А., Зайцева СМ., Загоскина Н.В. Изменения в образовании и локализации фенольных соединений при дедифференциации тканей тисса ягодного и тисса канадского в условиях in vitro. Физиология растений. 2005, 52, 755-762.
7. Лобакова Е.С., Дубравина Г.А., Загоскина Н.В. Особенности образования фенольных соединений в апогеотропных корнях саговниковых растений. Физиология растений. 2004, 51, 541-548.
8. Запрометов М.Н., Николаева Т.Н. Способность изолированных хлоропластов из листьев фасоли осуществлять биосинтез фенольных соединений. Физиология растений. 2003, 50, 699-702.
9. Загоскина Н.В., Дубравина Г.А., Запрометов М.Н. Особенности формирования хлоропластов и накопление фенольных соединений в фотомиксотрофных культурах чайного растения. Физиология растений. 2000, 47, 537-543.
10. Zaprometov M.N., Zagoskina N.V., Elkin V.V. Comparative of lignins produced by the tea-plant and by tea-plant derived callus tissues. Phytochemistry,1993, 32, 709-711.
11. Николаева Т.Н., Запрометов М.Н. Активность и субстратная специфичность О-метилтрансферазы чайного растения и полученной из него культуры тканей. Физиология растений. 1990 37, 378-385.
12. Запрометов М.Н., Загоскина Н.В. Еще об одном доказательстве участия хлоропластов в биосинтезе фенольных соединений. Физиология растений. 1987, 34, 165-172.
13. Запрометов М.Н. Светорегуляция вторичного метаболизма растений. Физиология растений. 1987, 34, 698-709.

НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ:

УСЛУГИ:

Перечень услуг:

1. подбор условий для экстракции фенольных соединений из растительного материала;
2. анализ количества фенольных соединений (фенилпропаноиды, флавоноиды, антоцианы, флаваны, проантоцианидины) в растительных экстрактах;
3. подбор методов и условий воздействия различных элиситоров для повышения накопления фенольных соединений в растительных тканях.

Перечень оборудования:

1. бокс ламинарный «Ламинар-С»;
2. весы прецизионные OHAUS RV313;
3. весы аналитические OHAUS PR224;
4. центрифуга Gyrozen Mini;
5. центрифуга Eppendorf MiniSpin;
6. центрифуга c охлаждением M1324R;
7. спектрофотометр 722;
8. термостат твердотельный «Гном»;
9. шкаф сухожаровой Binder ED-53;
10. микроцентрифуга-вортекс «Microspin FV-2400»;
11. камера для горизонтального электрофореза Mini-Sub Cell GT.

ФОТОГАЛЕРЕЯ:

ИСТОРИЯ:

Группа фенольного метаболизма впервые была учреждена в структуре института в 1971 г. по инициативе директора — академика А.Л. Курсанова. С момента ее основания и до 2008 г. руководителем этого направления являлся Заслуженный деятель науки РФ, профессор, доктор биологических наук Запрометов Михаил Николаевич — ученый, широко известный как в России, так и за рубежом. Основными направлениями исследований было изучение химических свойств фенольных соединений, их распространения, биосинтеза и функций в растениях. Он внес большой вклад в изучение фенольных соединений чайного растения и установил высокую Р-витаминную капилляроукрепляющую активность синтезируемых в нем катехинов. По его инициативе и при взаимодействии с член-корр. РАН Р.Г. Бутенко были начаты работы с каллусной культурой чайного растения, характеризующейся высокой способностью к накоплению фенольных соединений, в том числе и характерных для него флаванов — катехинов и проантоцианидинов.

В последние годы основные исследования направлены на изучение действия различных абиотических стрессовых факторов (тяжелые металлы, элиситоры, прекурсоры и др.) на биосинтез полифенолов в растительных клетках в условиях in vivo и in vitro. Изучается компартментация этих вторичных метаболитов и локализация. Исследуются прайминг-эффекты фенольных соединений в отношении роста и продуктивности высших растений, в том числе ряда сельскохозяйственных культур промышленного использования.