Регуляция фотосинтетической активности и метаболизма фототрофных организмов дальним красным светом. Биотехнологические перспективы

Известно, что свет различного спектрального состава оказывает значительное влияние на фототрофные организмы, действуя через регуляторные фоторецепторы, активность которых зависит не только от интенсивности освещения, но и от соотношения различных спектральных диапазонов. Соотношения различных спектральных диапазонов существенно влияют на рост, фотоморфогенез и фотосинтез, что подчеркивает актуальность изучения их воздействия на растения как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. При этом в условиях искусственного освещения недооценена роль дальнего красного света (ДКС), который сам по себе оказывает минимальное прямое влияние на фотосинтез, но его воздействие на фотосинтетический электронный транспорт и, как следствие, на фотосинтез существенно усиливается в сочетании с коротковолновым светом. Как пути воздействия ДКС на растения, так и различия в механизмах действия на высшие растения и микроводоросли до сих пор мало изучены. Особого внимания заслуживают механизмы регуляции фотосинтеза у высших растений, таких как томаты — важной сельскохозяйственной культуры, а также у зелёных микроводорослей — производителей ценных биопродуктов, таких как Tetraselmis sp., содержащая фитохром, и Chlorella vulgaris, у которой фитохром не обнаружен. Изучение этих организмов позволит глубже понять их фотосинтетическую регуляцию и реакцию на световые условия, что откроет новые возможности для повышения продуктивности растений и микроводорослей в сельском хозяйстве и биотехнологиях. В данном проекте будут исследованы томаты, включая фитохромные мутанты (PhyA, PhyB1, PhyB2), и микроводоросли Tetraselmis sp. и C. vulgaris. Целью проекта является исследование путей действия ДКС в регуляции метаболических и фотосинтетических процессов у фототрофных организмов на примере томатов и зеленых микроводорослей в оптимальных физиологических и стрессовых условиях. При этом акцент будет сделан на изучение различий и сходства в путях регуляции фотосинтетической и метаболической активности у этих организмов под воздействием различных доз ДКС, а также оценен биотехнологический потенциал использования ДКС для улучшения их роста, продуктивности и накопления биологически ценных соединений. В рамках проекта будет изучено влияние ДКС на активность фотосистем I и II, циклический электронный транспорт и фотосинтез у томатов и микроводорослей. Особое внимание будет уделено сравнению реакции томатов дикого типа и фитохромных мутантов, а также микроводорослей, различающихся наличием или отсутствием фитохрома. Также планируется изучить влияние ДКС на ростовые параметры, устьичную проводимость, транспирацию и накопление биомассы у томатов и микроводорослей. У микроводорослей будет исследовано накопление липидов и каротиноидов, включая астаксантин. Будет проведена оценка содержания фотосинтетических пигментов у томатов и микроводорослей. Также будет исследована активность антиоксидантной системы, содержание малонового диальдегида и H2O2 у растений томата. В ходе выполнения проекта планируется осуществить анализ экспрессии генов, связанных с фотосинтезом, антиоксидантной защитой и фитохромной системой у томатов и микроводорослей для выявления регуляторных путей воздействия ДКС на световую сигнализацию и метаболическую активность. Новизна проекта заключается в одновременном сравнительном исследовании высших растений и микроводорослей, различающихся по наличию фитохромов, что позволит выявить эволюционные особенности их реакции на свет. Также впервые будут изучены основные пути воздействия ДКС на растения через оптимизацию функционирования обоих фотосистем фотосинтеза и через регуляцию фитохромной активности. Результаты проекта предоставят новые знания о влиянии ДКС на фотосинтетические процессы и адаптационные механизмы у автотрофных организмов, что даст возможность оптимизировать световые условия для повышения продуктивности растений и микроводорослей и повышения их биотехнологического потенциала.