Спектральный состав света как инструмент управления фотосинтезом и метаболизмом растений томата с целью повышения питательной ценности плодов

Известно, что восприятие света и его спектрального состава осуществляется группой фоторецепторов и компонентов трансдукции фоторецепторного сигнала, с помощью которых подстраивается фотосинтетический аппарат к изменяющимся условиям внешней среды. Однако механизмы и регуляторные пути, лежащие в основе модуляции накопления биологически активных метаболитов в растениях светом различного спектрального состава, исследованы слабо. В частности при действии света различного спектрального состава важна связь накопление вторичных метаболитов и изменений фотосинтеза и дыхания, поддерживающих энергетический баланс растений, с изменениями фитохромной системы зависящими в основном от соотношения КС/ДКС в спектре излучения и во многом остается неясной. В связи с этим, в рамках данного проекта будут исследованы механизмы регуляции накопления вторичных метаболитов растений с помощью света различного спектрального состава, а также роль фитохромной системы и компонентов светового сигналинга и фотосинтеза в данных процессах. Для этого, при использовании света различного спектрального состава (т.е. характеризующегося различным соотношением красного и дальнего красного света, КС/ДКС) в процессе вегетации фотоморфогенетических мутантов томата hp-1, hp-2 и а также PHYA и PHYB, (далее phy) будет выявлено содержание фитохромов и компонентов светового сигналинга на активность фотосистемы II и скорость фотосинтеза, а также на содержание фотосинтетических пигментов и вторичных метаболитов в листьях и плодах растений томата. В результате будет выявлена связь света с различным соотношением КС/ДКС на фотосинтез, дыхание и динамику широкого спектра метаболитов и экспрессии связанных генов. Другой задачей проекта является изучение регуляции экспрессии генов, вовлеченных в синтез ряда вторичных метаболитов и компонентов фоторецепторной сигналинг. В этой связи будет изучена экспрессия генов, кодирующих ключевые ферменты биосинтеза флавоноидов и каротиноидов, компоненты фоторецепторного сигналинга и фотоморфогенеза, негативные факторы фотоморфогенеза, фитохром-взаимодействующие факторы транскрипции, ключевые репрессоры фотоморфогенеза. В работе будет охарактеризованы изменения в первичном и вторичном метаболоме растений дикого типа и трех гомозиготных мутантов (hp-1, hp-2, phy) в зависимости от используемых световых условий выращивания, что позволит более полно охарактеризовать изменения, вызванные различным спектральным составом света. Новизна данного проекта заключается в том, что на примере наиболее оптимального для накопления биологически активных метаболитов светового режима выращивания будет впервые выявлена связь фотосинтетических и ростовых параметров, а также экспрессии генов, вовлеченных в биосинтез вторичных метаболитов и световой сигналинг в растениях дикого типа и мутантных линий на этапе вегетации. При этом предполагается, что повышенное содержание вторичных метаболитов на этапе плодоношения обеспечивается накоплением определенных ассимилятов и повышенной интенсивностью фотосинтеза (и/или дыханием) на этапе вегетации. В рамках данного проекта будет проведена экспресс-оценка питательной ценности плодов растений томата, выращенных в условиях различных комбинаций красного и дальнего красного света, что позволит сделать важный вывод о путях практического использования предлагаемой нами концепции.