Жирнокислотный состав фосфолипидов в почках березы повислой в зимне-весенний период в условиях Карелии и Якутии

Изучена динамика жирнокислотного состава фосфолипидов в зимне-весенний период (январь–май) в почках Betula pendula Roth в условиях Карелии и Якутии. Для выделения фосфолипидов из суммарных липидов использовали колоночную хроматографию, а для разделения жирных кислот – газовую. Об активности ацил-липидных десатураз судили по величине индексов, отражающих стеароил- (SDR), олеоил-(ODR) и линолеил- (LDR) десатуразные отношения. Показано, что в период внутрипочечного развития зачаточных органов у березы повислой, независимо от места ее произрастания, в фосфолипидах преобладают ненасыщенные жирные кислоты. В период вынужденного покоя среди них превалировали диеновые, но к началу вегетации их доля снижалась на фоне увеличения триеновых жирных кислот. Эти изменения сопровождались небольшим повышением индекса двойной связи. Коэффициент ненасыщенности, напротив, уже в марте возрастал почти вдвое, что особенно явно проявилось в Якутии. Одновременно с этим показаны высокие значения индексов SDR и ODR, косвенно свидетельствующих об активном участии ω9- и ω6-десатураз в поддержании жидкокристаллического состояния фосфолипидов. LDR по значениям было наименьшим, однако к началу вегетации как в Карелии, так и в Якутии оно увеличилось почти в 3 раза. Высказано предположение, что в фосфолипидах почек березы повислой, произрастающей в Карелии и Якутии, в зимне-весенний период жидкостное состояние фосфолипидов мембран клеток меристематических тканей поддерживается за счет высокой активности десатураз, но наиболее заметную реакцию на воздействие температуры среди них проявила ацил-липидная ω3-десатураза. Помимо этого, в Якутии в процессе эволюции у березы повислой выработался дополнительный механизм, связанный со значительным снижением оводненности клеток и тканей, что также способствует сохранению упорядоченного состояния фосфолипидов и их функций, особенно в период действия экстремально низких отрицательных температур воздуха и многолетней мерзлоты.

1. Чупров Н.П. Березовые леса. М.: Агропромиздат; 1986. 103 с.

2. Тимофеев П.А. Деревья и кустарники Якутии. Якутск: Бичик; 2003. 64 с.

3. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Кузнецова Т.Ю. Карельская береза: биологические особенности, динамика ресурсов и воспроизводство. Петрозаводск: КарНЦ РАН; 2013. 312 с.

4. Cook R., Lupette J., Benning C. The role of Chloroplast membrane lipid metabolism in plant environmental responses. Cells. 2021;10:706. https://doi.org/10.3390/cells10030706

5. Xiao R., Zou Y., Guo X., et al. Fatty acid desaturases (FADs) modulate multiple lipid metabolism pathways to improve plant resistance. Molecular Biology Reports. 2022;49(10):9997–10011. https://doi.org/10.1007/s11033-022-07568-x

6. Voronkov A., Ivanova T. Significance of lipid fatty acid composition for resistance to winter conditions in Asplenium scolopendrium. Biology. 2022;11(4):507. https://doi.org/10.3390/biology11040507

7. Лось Д.А. Десатуразы жирных кислот. М.: Научный мир; 2014. 372 с.

8. He M., Qin C.X., Wang X., Ding N.Z. Plant unsaturated fatty acids: Biosynthesis and regulation. Frontiers in Plant Science. 2020;11:390. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00390

9. Schenk M.F., Thienpont C.-H., Koopman W.J.M., et al. Phylogenetic relationships in Betula (Betulceae) based on AFLP markers. Tree Genetics and Genomes. 2008;4:911–924. https://doi.org/10.1007/s11295-008-0162-0

10. Скворцов К.И., Нешатаева В.Ю., Нешатаев В.Ю. и др. Новые данные о распространении березы плосколистной (Betula platyphylla Sukacz.) в Олюторском районе Корякского округа (Камчатский край). Труды Карельского научного центра РАН. 2022;(1):89–97. https://doi.org/10.17076/bg1531

11. Filatov N., Baklagin V., Efremova T., et al. Climate change impacts on the watersheds of lakes Onego and Ladoga from remote sensing and in situ data. Inland Waters. 2019;9(2):130–141. https://doi.org/10.1080/20442041.2018.1533355

12. Ананичева М.Д., Литвиненко Т.В., Филиппова В.В. Изменение климата в Республике Саха (Якутия) и его влияние на население: инструментальные измерения и наблюдения местных жителей. Географическая среда и живые системы. 2021;(3):6–21. https://doi.org/10.18384/2712-7621-2021-3-6-21

13. Климатические данные регионов. ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД». http://meteo.ru/data (дата обращения: 20.03.2024

14. Piispanen R., Saranpää P. Seasonal and withinstem variations of neutral lipids in silver birch (Betula pendula) wood. Tree Physiology. 2004;24(9):991–999. https://doi.org/10.1093/treephys/24.9.991

15. Nakamura Yu., Shimizu K., Ando Ya. Gas chromatographic equivalent chain length (ECL) values of fatty acid methyl esters on a highly polar ionic liquid column, SLBIL111. Bulletin of Fisheries Sciences. 2014;64(1):9–16.

16. Lyons J.M., Wheaton T.A., Pratt H.K. Relationship between the physical nature of mitochondrial membranes and chilling sensitivity in plants. Plant Physiology. 1964;39(2):262–268. https://doi.org/10.1104/pp.39.2.262

17. Jaworski J.G., Stumpf P.K. Fat metabolism in higher plants. Properties of a soluble stearyl-acyl carrier protein desaturase from maturing Carthamus tinctorius. Archive of Biochemistry and Biophysics. 1974;162(1): 158–165.

18. Иванова М.В., Макаренко С.П., Суворова Г.Г. Жирнокислотный состав суммарных липидов хвои Picea obovata в весенний период вегетации. Сибирский экологический журнал. 2018;11(2):239–247. https://doi:10.15372/SEJ20180208

19. Dar A.A, Choudhury A.R, Kancharla P.K., Arumugam N. The FAD2 gene in plants: occurrence, regulation, and role. Frontiers in Plant Science. 2017;8(1789):2–16. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01789

20. Алаудинова Е.В., Симкина С.Ю., Миронов П.В. Сезонные изменения содержания воды в меристиматических тканях почек Picea obobata L. и Pinus sylvestris L. и ее распределение в клетках. Хвойные бореальной зоны. 2007;24(4–5):487–491.

21. Nokhsorov V.V., Senik S.V., Sofronova V.E., et al. Role of lipids of the evergreen shrub Ephedra monosperma in adaptation to low temperature in the cryolithozone. Plants. 2023;12(1):15. https://doi.org/10.3390/plants12010015

22. Трунова Т.И. Растение и низкотемпературный стресс. М.: Наука; 2007. 54 с.

23. Ozolina N.V., Kapustina I.S., Gurina V.V., et al. Comparison of the functions of plasma membrane and vacuolar membrane lipids in plant cell protection against hyperosmotic stress. Planta. 2023;258:39. https://doi.org/10.1007/s00425-023-04191-3

24. Tatarinova T.D., Bubyakina V.V., Vetchinnikova L.V., et al. Dehydrin stress proteins in birch buds in regions with contrasting climate. Cell Tissue Biol. 2017;11:483. https://doi.org/10.1134/S1990519X17060098

25. Kosova K., Prasil I.T., Vitamvas P. Role of dehydrins in plant stress response. In: Pessarakli M. (ed.) Handbook of plant and crop stress. Boca Raton: CRC Press; 2019, рр. 175–196.

26. Betula pendula subsp. mandshurica (Regel) Ashburner & McAll. The Genus Betula: a taxonomic revision of birches. 2013:291. https://www.gbif.org/species/8245043 (accessed: 22.04.2024).