Адаптационные биохимические механизмы, обеспечивающие устойчивость лишайников к экстремальным условиям среды обитания (обзор)

Приведен обзор исследований низкомолекулярных соединений лишайников, обеспечива- ющих их успешное произрастание в экстремальных условиях среды. Обсуждаются вопросы особенно- стей физиологии лишайников с позиции адаптации к низким температурам и обезвоживанию. Рас- смотрены существующие гипотезы о механизмах, обеспечивающих устойчивость лишайников на био- химическом уровне. Показана степень изученности лишайниковых метаболитов с крио- и осмопротек- торной функцией. Отмечена особая роль полиолов в формировании устойчивости лишайников при гипотермии и ангидрии. Актуализирована необходимость дальнейшего комплексного изучения полисахаридов и низкомолекулярных соединений лишайников, что существенно обогатит знания об адаптационных механизмах лихенобиоты, внесет вклад в развитие лихенологии, криобиологии, гипобиологии

1. Калугина Ю.В., Никитина И.И. Криобио- логия. Киев: Наукова думка, 1994. 432 с.

2. Вайнштейн Е.А. Некоторые вопросы фи- зиологии лишайников. I. Дыхание // Ботаниче- ский журнал. 1972. № 7. С. 832–840.

3. Вайнштейн Е.А. Некоторые вопросы фи- зиологии лишайников. II. Фотосинтез // Ботанический журнал. 1973. № 3. С. 454–464.

4. Sánchez F.J., Mateo-Martí E., Raggio J., Meeßen J., Martínez-Frías J., Sancho L.G., Ott S., de la Torre R. The resistance of the lichen Circi- naria gyrosa (nom. provis.) towards simulated Mars conditions – a model test for the survival ca- pacity of an eukaryotic extremophile // Planetary and Space Science. 2012. V. 72 (1). P. 102–110. DOI: 10.1016/j.pss.2012.08.005.

5. De la Torre N.R., Miller A.Z., de la Rosa J. M., Pacelli C., Onofri S., Sancho L.G., Cubero B., Lorek A., Wolter D., de Vera J.P. Cellular Responses of the Lichen Circinaria gyrosa in Mars-Like Conditions // Frontiers in Micro-biology. 2018. V. 9. P. 1–6. DOI:10.3389/fmicb.2018.00308.

6. Селиванова Е.А. Механизмы выживания микроорганизмов в гиперосмотических услови- ях // Бюл. Оренбургского научного центра УрО РАН. 2012. № 3. С.1–11.

7. Унал Д., Сенкардеслер Э., Сукатар Ä. Со- держание абсцизовой кислоты и полиаминов в лишайниках Pseudevernia furfuracea и Ramalina farinaсea // Физиология растений. 2008. Т. 55, № 1. С. 123–126.

8. Шапиро И.А. Загадки растения-сфинкса. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 80 с.

9. Huneck S., Yoshimura I. Identification of li- chen substances. Berlin: Springer-Verlag, 1996. 493 p. DOI: 10.1007/978-3-642-85243-5_2.

10. Шапиро И.А. Эколого-физиологические особенности газообмена у лишайников // Успе- хи современной биологии. 2009. Т. 129, № 4. С. 392–398.

11. Прокопьев И.А., Порядина Л.Н., Конорева Л.А., Шаварда А.Л., Филиппова Г.В. Метабо- ломный профайлинг некоторых видов рода Cladonia (Cladoniaceae) // Растительные ресур- сы. 2018. Т. 54, № 1. С. 98–105.

12. Yoshiba Y., Kiyosue T., Nakashima K., Yama- guchi-Shinozaki K., Shinozaki K. Regulation of levels of proline as an osmolyte in plants under water stress

13. // Plant Cell Physiol. 1997. V. 38(10). P. 1095–1102. DOI: 10.1093/oxfordjournals.pcp. a029093.

14. Weigel H.J., Jäger H.J. Changes in Proline Concentration of the Lichen Pseudevernia furfura- cea during Drought Stress // Phyton. 1979. V. 19. P. 163–167.

15. Ahmadjian V., Hale M. E. (Eds). The Li- chens. New York: Academic Press, 1973. 697 p.

16. Hájek J., Váczi P., Barták M., Smejkal L., Lipavská H. Cryoproective role of ribitol in Xan- thoparmelia somloensis // Biologia Plantarum. 2009. V. 53 (4). P. 677–684. DOI: 10.1007/s10535- 009-0122-z.

17. Roser D.J., Melick D.R., Ling H.U., Seppelt

18. R.D. Polyol and sugar content of terrestrial plants from continental Antarctica // Antarct. Sci. 1992. V. 4. P. 413–420. DOI: 10.1017/S0954102092000610.

19. Dudley S.A., Lechowicz M.J. Losses of pol- yol through leaching in Subarctic lichens // Plant Physiol. 1987. V. 83. P. 813–815. DOI: 10.1104/ pp.83.4.813.

20. Armstrong R.A., Smith S.N. The levels of ribitol, arabitol and mannitol in individual lobes of the lichen Parmelia conspersa (Ehrh ex Ach) Ach. // Environ. exp. Bot. 1994. V. 34 (3). P. 253–260. DOI : 10.1016/0098-8472(94)90046-9.

21. Legaz M.E., Avalos A., de Torres M., Escribano M.I., Gonzáles A., Martin-Falquina A., Pérezurria E., Vicente C. Annual variations in arginine metabolism and phenolic content of Evernia prunastri // Environ. exp. Bot. 1986. V. 26. P. 385–396. DOI: 10.1016/0098-8472(86) 90027-4.

22. Aubert S., Juge C., Boisson A.M., Gout E., Bligny R. Metabolic processes sustaining the revi- viscence of lichen Xanthoria elegans (Link) in high mountain environments // Planta. 2007. V. 226 (5). P. 1287–1297. DOI: 10.1007/s00425-007-0563-6.

23. Farrar J.F. Ecological physiology of the li- chen Hypogymnia physodes. II. Effects of wetting and drying cycles and the concept of 'physiological buffering' // The New Phytol. 1976. V. 77(1). P. 105–113.

24. Kosugi M., Miyake H., Yamakawa H., Shi- bata Y., Miyazawa A., Sugimura T., Satoh K., Itoh S., Kashino Y. Arabitol provided by lichenous fungi enhances ability to dissipate excess light energy in a symbiotic green alga under desiccation // Plant Cell Physiol. 2013. V. 54 (8). P. 1316–1325. DOI: 10.1093/pcp/pct079.

25. Багманян И.А., Мямин В.Е., Гигиняк Ю.Г., Бородин О.И., Курченко В.П. Возможная роль меланинов в адаптации лишайников к экстремальным факторам Антарктиды // Труды БГУ. 2014. Т. 9, ч. 2. С. 82–89.

26. Berry M.J., Doucet C.J., Lundheim R.S., Se- villa M-P., Whiteman S-A. Anti-freeze proteins, their production and use. 2001. WO patent appl. WO0183534-2001-11-08.

27. Пучков Е. Биогенное управление образо- ванием льда // Природа. 2017. № 2. С. 27–38.

28. Sidebottom C.M., Smallwood M., Byass L.J. Frozen food product. 2004. US20000582296 Publi- cation info: US6774210-2004- 08-10.

29. De Vries A.L. Antifreeze glycopeptides and peptides: interactions with ice and water // Methods Enzymol. 1986. V. 127. P. 293–303. DOI: 10.1016/ 0076-6879(86)27024-X.

30. Yamazaki T., Kawamura Y., Uemura M. Ex- tracellular freezing-induced mechanical stress and surface area regulation on the plasma membrane in cold-acclimated plant cells // Plant Signaling & Be- havior. 2009. V. 4 (3). P. 231–233. DOI: 10.4161/ psb.4.3.7911.

31. Моисеева Е.Н. Биохимические свойства лишайников и их практическое значение. М.;Л.: Изд-во АН СССР, 1961. 82 с.

32. Kieft T.L., Ahmadjianjan V. Biological ice nucleation activity in lichen mycobionts and photo- bionts // Lichenologist. 1989. V. 21 (4). P. 355–362. DOI: 10.1017/S0024282989000599.

33. Kieft T.L. Ice Nucleation Activity in Lichens

34. // Applied and environmental microbiology. 1988. V. 54. P. 1678–1681.

35. Гаврилова М.К. Климаты холодных реги- онов Земли. Якутск: Изд-во СО РАН, 1998. 206 с.

36. Аньшакова В.В., Кершенгольц Б.М., Шеин А.А. Лишайниковые амино-ß-олигосахариды: структура, свойства, практическое применение, сравнение с хитозаном // Современные пробле- мы науки и образования. 2012. № 3. С. 315.

37. Paudel B., Bhattarai H.D., Kim I.C., Lee H., Sofronov R., Ivanova L., Poryadina L., Yim J.H. Estimation of antioxidant, antimicrobial activity and brine shrimp toxicity of plants collected from Oymyakon region of the republic of Sakha (Yaku- tia), Russia // Biological Research. 2014. V. 47 (1). P. 1–6. DOI: 10.1186/0717-6287-47-10.

38. Степанова А.В., Аньшакова В.В. Биоло- гически активные вещества лишайников рода Cladonia // Электронный научный журнал

39. «APRIORI». Серия Естественные и технические науки. 2015. № 1. С. 1–6.

40. Тимофеев С.М. Определение содержания макро- и микроэлементов и полисахаридов в Cladonia rangiferina, произрастающих в Цен- тральной и Северной Якутии // Наука, образо- вание, общество: тенденции и перспективы раз- вития: Материалы VIII Международной научно- практической конференции (3.12. 2017 г.) / Ред-кол.: О.Н. Широков [и др.]. Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2017. С. 16–19.

41. Прокопьев И.А., Порядина Л.Н., Шаварда А.Л., Конорева Л.А., Филиппова Г.В. Хемотаксо- номическое исследование лишайников Flavo- cetraria cucullata, произрастающих в Якутии // Материалы Международной конференции «Био- логия, систематика и экология грибов и лишай- ников в природных экосистемах и агрофитоце- нозах», 20–23.09.2016. Минск, 2016. С. 190–191.

42. Прокопьев И.А., Порядина Л.Н., Филиппова Г.В., Шеин А.А. Содержание вторичных метабо- литов в лишайниках сосновых лесов Центральной Якутии // Химия растительного сырья. 2016. № 3. С. 73–78. DOI: 10.14258/jcprm. 2016031174.