• Россия, 664033, г. Иркутск,
    ул. Лермонтова, д.132
  • (3952) 42-67-21

Заведующая лабораторией - д.б.н. Озолина Наталья Владимировна, e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Лаборатория физиологии растительной клетки основана в 1963 г. Рюриком Константиновичем Саляевым. Многие годы он был бессменным руководителем и сформировал основные направления, по которым лаборатория работает и сегодня. Рюрик Константинович Саляев является Cоветником РАН.

Научные направления

Научные исследования в лаборатории ведутся по двум приоритетным направлениям:

1. Клеточная биология. Исследование генных сетей контроля функций органелл растительной клетки с целью разработки принципов их направленного изменения.

2. Биотехнология. Генноинженерные нанобиотехнологии в получении на базе трансгенных растений новых препаратов для использования в области медицины. 

Ведется разработка оральной кандидатной вакцины против вируса папилломы человека на основе трансгенных растений.

В лаборатории физиологии растительной клетки в течение достаточно длительного времени проводятся эксперименты по изучению органеллы, которая характерна только для растительной клетки – вакуоли. Разработанный в нашей лаборатории метод  позволяет в достаточном количестве получать изолированные вакуоли высокой степени чистоты, стабильные в течение длительного времени. Одно из основных направлений наших исследований – изучение регуляции механизмов мембранного транспорта. На вакуолярной мембране системы активного транспорта представлены двумя протонными помпами: Н+-АТФазой и Н+- пирофосфатазой. Оба фермента способны использовать энергию, освобожденную при гидролизе АТФ и пирофосфата, для переноса протонов через вакуолярную мембрану. Генерируемая разница электрохимических потенциалов расходуется на вторичный транспорт ионов, сахаров, аминокислот, который осуществляется через каналы и переносчики. В практическом плане эта работа приоткрывает возможность управления накоплением метаболитов в растении.

    В последние годы  проводилось изучение регуляции активности протонных помп тонопласта в зависимости от изменения редокс-условий и от ряда сигнальных молекул, играющих важную роль в метаболических процессах клетки. Проведённые эксперименты позволили сделать вывод о важной роли  редокс-регуляторов в осуществлении транспортных процессов на тонопласте. Впервые было установлено, что чувствительность Н+-АТФазы и Н+-пирофосфатазы к изучаемым редокс-агентам зависела от изменения функциональной нагрузки тонопласта на разных фазах онтогенеза. Полученные данные позволяют предположить, что Н+-АТФаза более чувствительна к сдвигам редокс-статуса, что, возможно, связано с ее более сложным строением и большим содержанием SH-связей. Нами также было показано, что оксид азота и ионы кальция принимают участие в регуляции транспортных процессов на тонопласте. Оксид азота всегда оказывал стимулирующее влияние. В большей степени увеличивалась активность Н+-пирофосфатазы (160% гидролитическая, 135% транспортная), чем Н+-АТФазы (110% гидролитическая, 123% транспортная). Впервые была обнаружена во фракции изолированых вакуолей активность нитратредуктазы, которая может быть источником оксида азота для стимуляции протонных помп тонопласта. Показано, что оксид азота, хотя и является по своей природе окислителем, на протонные помпы оказывает своё влияние не по механизму редокс-регуляции, т.к. любое изменение редокс-гомеостаза в норме и при стрессе приводило к резкому снижению и гидролитической и транспортной активности обеих протонных помп. 

Были проведены эксперименты по изучению активности протонных помп и их регуляции при гипо- и гиперосмотическом стрессах, которые показали существенные отличия в активности изучаемых ферментов и позволили сделать вывод о более важной роли в стрессовых условиях Н+-пирофосфатазы. В литературе давно обсуждается необходимость присутствия на вакуолярной мембране 2-х ферментов, выполняющих близкие функции. И одно из объяснений этого явления – разная реакция при изменении гомеостаза в стрессовых условиях. Протонные помпы могут принимать участие в защитных реакциях клетки, о чём говорит существенное повышение транспортной активности при стрессе. Также был  сделан вывод о том, что гипоосмотический стресс, по сравнению с гиперосмотическим, приводит к более существенным изменениям  активности протонных помп тонопласта. Это  может быть связано либо с большей подвижностью липидного бислоя, и соответственно с большими возможностями для трансформации у встроенных в липидный бислой транспортных систем, либо с  более существенным сдвигом редокс-статуса при этом виде стресса.

Одной из последних наших работ в области изучения функционирования изолированных вакуолей было обнаружение на вакуолярной мембране белок-липидных микродоменов – рафтов, которые также могут принимать участие в регуляции активности мембранных транспортных систем.

В последние годы все чаще высказывают предположение о том, что основная функция центральной вакуоли заключается в поддержании клеточного гомеостаза. Водный, ионный и энергетический статус клетки регулируется за счет  воды, ионов и энергоемких соединений, которые накапливаются внутри вакуоли. Вакуоль клеток растений активно вовлекается в репаративные процессы, а также в процессы детоксикации и утилизации эндогенных и экзогенных метаболитов. В целом она выполняет функцию, которую можно квалифицировать, как защитная. Однако именно эта функция центральной вакуоли мало исследована и требует пристального внимания, поскольку устойчивость растительной клетки к действию стрессирующих факторов и ее жизнеспособность могут зависеть от функциональной активности центральной вакуоли. В связи с этим в последние годы в нашем подразделении разрабатывается новое направление, ориентированное на изучение защитных систем центральной вакуоли. В рамках этого направления планируется провести исследования редокс-систем и систем детоксикации вакуолярной локализации. Полученные знания позволят определить вклад центральной вакуоли в защитные реакции клетки при стрессе.

К настоящему времени установлено, что в вакуолях клеток корнеплодов столовой свеклы сосредоточены такие редокс-ферменты, как фенол-зависимая пероксидаза и Cu,Zn-супероксиддисмутаза (Cu,Zn-СОД). Фенол-зависимая пероксидаза представлена широким спектром изоформ. Изоферментный состав вакуолярной пероксидазы клеток корнеплода лабилен. Количество изоформ варьирует в зависимости от фазы развития корнеплода и воздействия таких стрессирующих факторов, как водный дефицит и патогенные микроорганизмы. При низких значениях рН и в присутствии H2O2 эти изоформы обладают пероксидазной активностью, тогда как при высоких значениях рН в отсутствии перекиси водорода многие из них проявляют фенолоксидазную активность. Следовательно, пероксидаза вакуолей, как и пероксидаза другой локализации, способна, не только утилизировать активные формы кислорода (АФК) в пероксидазных реакциях, но и генерировать их в фенолоксидазных реакциях.

Впервые были получены данные, свидетельствующие о локализации внутри вакуоли, в вакуолярном соке, Cu,Zn-СОД. Прежде полагали, что этот фермент сосредоточен на вакуолярной мембране – тонопласте. В вакуолях Cu,Zn-СОД представлена тремя изоформами, количество которых может изменяться на разных фазах развития корнеплода, например, увеличиваться в период роста до четырех-пяти изоформ. Стрессирующие факторы (водный дефицит и патогенные микроорганизмы) не приводят к изменению числа изоформ вакуолярной Cu,Zn-СОД.

Кроме перечисленных редокс-ферментов в вакуолях клеток корнеплода выявлена активность ферментов, относимых к редокс-системе глутатиона, а именно глутатион-S-трансферазы и глутатионредуктазы. В вакуолярном содержимом определили глутатион и установили, что его концентрация может варьировать в пределах 200-800 мкМ.

Аминокислотный анализ вакуолярного сока клеток корнеплодов показал, что в вакуолях накапливаются в значительных концентрациях некоторые аминокислоты, в числе которых глутамат, присутствуют также глицин, цистин и цистеин. Перечисленные аминокислоты входят в состав глутатиона. Не исключено, что в вакуолярном содержимом может происходить не только восстановление глутатиона посредством глутатионредуктазы, но и его синтез.

Полученные нами первые результаты указывают на то, что центральная вакуоль принимает самое активное участие в метаболических процессах, связанных с ростом и развитием, и в защитных реакциях растительной клетки, для этого в ней сосредоточены системы генерирующие и утилизирующие АФК. 

 Методом цейтрафферной компьютерной видеосъемки микроскопических объектов было проведено исследование влияния действия редокс-агентов  на барьерную функцию мембраны изолированной вакуоли  корнеплодов красной столовой свёклы в норме и при стрессе. Полученные результаты позволяют говорить о важной роли редокс-статуса в поддержании барьерной функции мембран запасающих органелл при стрессовых воздействиях. Сравнения эффективности действия антиоксидантов на барьерные свойства тонопласта позволило сделать вывод, что в процессе стабилизации мембраны для антиоксиданта очень существенна способность встраиваться в липидный бислой. Флавоноид дигидрокверцетин (3,3 мМ) - антиоксидант, обладающий липофильными свойствами - проявил наибольший эффект при стабилизации мембраны.  Этот метод широко используется с целью изучения влияния известных и новых соединений, потенциально обладающих мембранотропной активностью, на барьерную функцию мембраны изолированной вакуоли. В настоящее время проведено тестирование большого количества различных соединений.

В составе лаборатории  3 доктора наук, 5 кандидатов наук.


1) К.б.н. Столбиков А.С. проводит иммуноферментный анализ.






К.б.н. Нурминский В.Н. анализирует результаты электрофизиологических исследований.