Аннотация результатов, полученных в 2022 году
На первом этапе реализации проекта исследовано влияние типа обработки (корневой и внекорневой) и концентрации селена (2,0, 5,0, 10,0, 20,0, 40,0 мкМ) на морфометрические показатели (биомассу надземной части растения, высоту растения, количество и биомассу листьев, биомассу корней и длину корней), содержание воды в надземной части, листьях и корнях, содержание селена, макро- и микроэлементов, содержание отдельных групп и индивидуальных фенольных соединений, выход и качественный состав эфирного масла растений Origanum vulgare L., Salvia officinalis L., Hyssopus officinalis L., Agastache foeniculum (Pursh) Kuntze, выращенных в гидропонной культуре. Корневая обработка осуществлялась путем внесения селена в питательную среду; внекорневая – путем опрыскивания. В качестве источника селена использовали раствор селената натрия (Na2SeO4) в воде. Установлено, что обработка растений O. vulgare и S. officinalis селеном в концентрациях 2-20 мкМ и H. officinalis и A. foeniculum селеном в концентрациях 2-40 мкМ не приводила к снижению роста и развития растений. Однако при выращивании O. vulgare и S. officinalis на питательной среде, содержащей 40 мкМ селена, наблюдался токсический эффект селена. Для O. vulgare наблюдалось снижение массы побегов, листьев и корней; для S. officinalis – снижение массы корней. Вместе с тем, в некоторых вариантах эксперимента выявлено стимулирующее действие селена. Например, при выращивании O. vulgare на питательной среде, содержащей 20 мкМ селена, и при выращивании H. officinalis на питательной среде с добавлением 2 и 5 мкМ селена, и при внекорневой обработке селеном в концентрации 5-20 мкМ установлено увеличение массы корней; при выращивании A. foeniculum на питательной среде, содержащей 5 мкМ селена – увеличение массы побегов. Обработка селеном значительно увеличила концентрацию селена в экспериментальных растениях: в O. vulgare до 28,22±2,98 мкг/г (корневая обработка), в H. officinalis до 38,35±1,49 мкг/г (корневая обработка), в S. officinalis до 5,69±0,62 мкг/г (внекорневая обработка), в A. foeniculum до 12,79±1,66 мкг/г (корневая обработка). Изучение содержания макро- и микроэлементов показало, что растения H. officinalis характеризовались более высоким содержанием кальция, железа и меди по сравнению с другими изученными видами растений. В листьях A. foeniculum, напротив, отмечалось более низкое содержание марганца, цинка и меди (в среднем в 2-3 раза ниже) по сравнению с другими видами. Обработка селеном растений оказывала влияние на накопление кальция в O. vulgare, марганца и цинка в S. officinalis, марганца, цинка и меди в A. foeniculum. Влияние селена на содержание фенольных соединений и эфирного масла зависело от применяемой концентрации селена и вида растения. Максимальное суммарное содержание фенольных соединений, флавоноидов, гидроксикоричных кислот определено в растениях O. vulgare, которые выращивались на питательном растворе с добавлением 5 мкМ селена. Максимальное суммарное содержание фенольных соединений, гидроксикоричных кислот, танинов в S. officinalis определено при внекорневой обработке селеном в концентрации 10 мкМ, флавоноидов – при внекорневой обработке селеном в концентрации 5 мкМ. Максимальное суммарное содержание фенольных соединений и гидроксикоричных кислот определено растениях в H. officinalis, которые выращивались на питательном растворе с добавлением 10 мкМ селена. Высокое содержание гидроксикоричных кислот и максимальное содержание индивидуальных фенольных кислот (розмариновой, хлорогеновой, кофейной) определено в растения H. officinalis, обработанных селеном внекорневым способом в концентрации 20 мкМ. В растениях A. foeniculum стимулирование накопления суммы фенольных соединений, флавоноидов и гидроксикоричных кислот наблюдалось при обработке растений селеном в концентрации 20 мкМ корневым и внекорневым способом. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии установлено, что индивидуальные фенольными соединениями с наиболее высоким содержанием в O. vulgare являются 3,4-дигидроксибензойная кислота, розмариновая кислота, лютеолин-7-глюкозид и его производные; в S. officinalis – розмариновая кислота, апигенин-7-глюкозид и его производные; в H. officinalis – розмариновая кислота, хлорогеновая кислота, в A. foeniculum – 4'-метокси-апигенин и его производные, апигенин-7-глюкозид и его производные. Максимальное содержание эфирного масла в растениях O. vulgare установлено при корневом способе обработки селеном в концентрации 5 мкМ – 0,40 ± 0,04 % (контроль – 0,28 ± 0,03 %); в S. officinalis – при внекорневой обработке селеном в концентрации 10 мкМ – 0,91 ± 0,15 % (контроль – 0,44 ± 0,08 %); в H. officinalis – при корневом способе обработки селеном в концентрации 10 мкМ – 0,63 ± 0,04 % (контроль – 0,43 ± 0,04 %), в A. foeniculum – при корневом способе обработки селеном в концентрации 40 мкМ – 2,03 ± 0,24 % (контроль – 1,61 ± 0,20 %). Выявлено влияние обработки селеном на качественный состав и процентное содержание основных компонентов эфирного масла в экспериментальных растениях. Таким образом, в результате проведенных исследований на первом этапе реализации проекта определены оптимальные концентрации и способ обработки растений селеном, при которых наблюдалось стимулирование накопления фенольных соединений: O. vulgare – корневая обработка селеном в концентрации 5 мкМ, S. officinalis – внекорневая обработка селеном в концентрации 10 мкМ, H. officinalis – корневая обработка селеном в концентрации 10 мкМ и внекорневая обработка в концентрации 20 мкМ, A. foeniculum –корневая обработка селеном в концентрации 20 мкМ и внекорневая обработка селеном в концентрации 20 мкМ.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
На втором этапе реализации проекта исследованы особенности реакции растений Origanum vulgare L., Salvia officinalis L., Hyssopus officinalis L., Agastache foeniculum (Pursh) Kuntze на молекулярном и биохимическом уровне при их обработки экзогенным селеном. Культивирование растений осуществлялось в гидропонной культуре при следующих условиях обработки селеном: O. vulgare – корневая обработка селеном в концентрации 5 мкМ, S. officinalis – внекорневая обработка селеном в концентрации 10 мкМ, H. officinalis – 1) корневая обработка в концентрации 10 мкМ и 2) внекорневая обработка в концентрации 20 мкМ, A. foeniculum – 1) корневая обработка селеном в концентрации 20 мкМ и 2) внекорневая обработка селеном в концентрации 20 мкМ. Концентрации и способ обработки был подобран на предыдущем этапе как стимулирующие в растениях накопление фенольных соединений. Показано, что при корневой обработке растения O. vulgare отличаются наибольшей способностью переносить селен из корней в побеги – фактор транслокации составил 2,87. Подтверждено, что выбранные на первом этапе концентрации и способ обработки селеном для каждого вида растения стимулировали накопление фенольных соединений. Для O. vulgare наиболее сильный стимулирующий эффект выявлен в отношении розмариновой кислоты и катехинов (более чем в 3 раза по сравнению с контролем); для S. officinalis – кофейной и розмариновой кислот (увеличение составило 5,8 и 7,9 раз по сравнению с контролем соответственно); для H. officinalis – хлорогеновой кислоты (увеличение составило 1,7-1,9 раз по сравнению с контролем); для A. foeniculum – розмариновой кислоты (увеличение составило 8,1-9,9 раз по сравнению с контролем). Изучено влияние обработки селеном на компоненты первичного метаболизма (аминокислотный и углеводный состав) растений O. vulgare, S. officinalis, H. officinalis и A. foeniculum. Установлено, что обработка селеном всех изученных видов растений приводила к изменениям в количественном содержании свободных аминокислот, однако характер изменений зависел от вида растения. Так, для O. vulgare установлено снижения содержания треонина, аргинина, тирозина, метионина, валина, триптофана, гидроксилизина и увеличение содержания аспарагиновой кислоты, серина, цитруллина, аланина, фенилаланина, лизина (в 1,2-2,2 раза по сравнению с контролем). В отличии от растений O. vulgare обработка S. officinalis селеном приводила к стимулированию накопления аминокислот (увеличение составляло 1,2-2,8 раз), за исключением гидроксилизина. В побегах H. officinalis независимо от способа обработки и концентрации селена наблюдалось увеличение содержания серина, аргинина, тирозина, изолейцина, а содержание аспарагиновой кислоты, треонина, цистина, альфа-аминобутиловой кислоты, фенилаланина, лейцина и гидроксилизина достоверно снижалось по сравнению с контролем. В листьях A. foeniculum наблюдалось увеличение содержания аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, гистидина, треонина, аланина, метионина, валина, триптофана, изолейцина, лизина и фенилаланина. В отношении содержания фенилаланина выявлено максимальное стимулирующее действие селена – увеличение составляло 4,5–7,1 раз. Влияние селена на углеводный состав экспериментальных растений также носило видоспецифический характер. Для растений S. officinalis, H. officinalis и A. foeniculum установлено увеличение суммарного содержания водорастворимых углеводов (в 1,2-1,4 раза) и глюкозы (в 1,1-1,8 раз в зависимости от вида). Увеличение содержания фруктозы наблюдалось в H. officinalis (в 1,3-1,4 раза). При этом в O. vulgare содержание данных углеводов было ниже в растениях, выращенных на питательной среде с добавлением селена, но увеличивалось содержание сахарозы (в 1,4 раза) и мальтозы (1,5 раз). Выявлен видоспецифический характер изменения параметров окислительного стресса и ответной реакции компонентов антиоксидантной системы (неферментативных, ферментативных антиоксидантов) на обработку растений селеном. Установлено, что растения O. vulgare сильно отличались по своей реакции от остальных трех видов – для них было характерно снижение уровня малонового диальдегида, неферментативных антиоксидантов (пролина, глутатиона, аскорбиновой кислоты), а также активности каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы, на фоне увеличения уровня пероксида водорода и активностей супероксиддисмутазы, аскорбатпероксизы и глутатиопероксидазы. В растениях A. foeniculum, напротив, отмечалось повышение содержания аскорбиновой кислоты, пролина, активностей каталазы, супероксиддисмутазы и полифенолоксидазы, на фоне снижения уровня пероксида водорода и активности глутатионпероксидазы. В растениях S. officinalis выявлено увеличение активности всех исследованных антиоксидантных ферментов, пролина, содержания пероксида водорода и окисленных форм глутатиона и аскорбиновой кислоты. Для растений H. officinalis было характерно повышение практически всех исследованных показателей, как характеризующих интенсификацию развития окислительных процессов, так и отвечающих за антиоксидантную защитную систему. Выявлено увеличение экспрессии PAL в O. vulgare (в 1,22 раза), в S. officinalis (в 1,55 раз), в H. officinalis (в 1,40 раз), в A. foeniculum (в 1,32 раза); RAS – в O. vulgare (в 1,50 раза), TAT в S. officinalis (в 1,60 раз); CHS в A. foeniculum (в 1,23-1,24 раза) при обработке растений селеном. Таким образом, для всех исследованных видов растений был зафиксирован более высокий уровень экспрессии гена PAL по сравнению с контрольными растениями. Установлено, что обработка растений селеном приводила к повышению активности ключевых ферментов биосинтеза фенольных соединений – фенилаланин-аммиак-лиазы и тирозинаминотрансферазы (максимальная разница по сравнению с контролем установлена для S. officinalis). Проведенный кластерный анализ основных изученных биохимических показателей показал, что несмотря на систематическую близость выбранных для исследования растений, изменения в метаболизме (первичном, вторичном, редокс-метаболизме) при обработке селеном сильно зависели от видовых особенностей, поэтому для более точных выводов об общих механизмах и видоспецифичных особенностях реакции растений семейства Lamiaceae на обработку селеном, а также путях регулирования селеном биосинтеза вторичных метаболитов фенольной природы, необходимо дальнейшее накопление массива данных по изменению профиля первичных и вторичных метаболитов с их последующей кластеризацией. Таким образом, впервые на растениях семейства Lamiaceae (O. vulgare, S. officinalis, H. officinalis и A. foeniculum) изучено влияние обработки селеном на целый комплекс биохимических показателей (компоненты первичного метаболизма, компоненты редокс-системы клетки, экспрессию генов и активность ферментов, вовлеченных в метаболизм фенольных соединений). Полученные результаты позволяют расширить имеющиеся представления о механизмах регуляции селеном биосинтеза вторичных метаболитов фенольный природы в лекарственных растениях.