Накопление белка и экспрессия гена нитратредуктазы в клетках Spirulina platensis в зависимости от спектрального состава светодиодного излучения

Исследовано влияние светодиодного освещения разного спектрального состава на продуктивность Spirulina platensis, накопление в ее клетках белка и экспрессию гена нитратредуктазы. Показано, что при светодиодном освещении с преобладанием красной составляющей в спектре излучения продуктивность водоросли на 9–29 % больше, чем при освещении люминесцентной лампой. Использование одного синего света существенно (на 83 %) уменьшает продуктивность Spirulina platensis,что, по-видимому, обусловлено отсутствием в спектральном составе осветителя желтой и красной составляющих, которые наиболее эффективно поглощаются фикоцианином. Выявлена положительная корреляция между возрастанием продуктивности водоросли и накоплением в ее клетках белка. Так, при использовании осветителя с красными светодиодами содержание белка увеличилось на 21 % в расчете на 1 г сухого веса и на 47 % в расчете на 1 л суспензии по отношению к контролю. Анализ экспрессии гена Nar, кодирую-щего нитратредуктазу в клетках Spirulina platensis, не выявил прямой зависимости между накоплением белка и уровнем экспрессии гена Narв наиболее перспективном (в плане выхода биомассы и накопления белка) варианте с использованием красных светодиодов. Это указывает на определяющую роль фотосинтетической активности клеток Spirulina platensisв увеличении продуктивности и синтеза белка.

1. Soni, R. A. Spirulina– from growth to nutritional product: a review / R. A. Soni, K. Sudhakar, R. S. Rana // Trends Food Sci. Technol. – 2017. – Vol. 69. – P. 157–171. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.09.010

2. Characterization of additional zinc ions on the growth, biochemical composition and photosynthetic performance from Spirulina platensis / T. Zhou [et al.] // Bioresource Technol. – 2018. – Vol. 269. – P. 285–291. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.08.131

3. Продуктивность спирулины при использовании источников света разного типа / С. С. Мельников [и др.] // Вес. НАН Беларусі. Сер. біял. навук. – 2011. – № 3. – С. 41–45.

4. Spirulina nitrate-assimilating enzymes (NR, NiR, GS) have higher specific activities and are more stable than those of rice / A. Ali [et al.] // Physiol. Mol. Biol. Plants. – 2008. – Vol. 14, N 3. – P. 179–182. https://doi.org/10.1007/s12298-008-0017-z

5. Jha, P. Nitrate induction of nitrate reductase and its inhibition by nitrite and ammonium ions in Spirulina plantensis/ P. Jha, A. Ali, N. Raghuram // Physiol. Mol. Biol. Plants. – 2007. – Vol. 13, N 2. – P. 163–167.

6. Structural basis of eukaryotic nitrate reduction: crystal structures of the nitrate reductase active site / K. Fischer [et al.] // Plant Cell. − 2005. − Vol. 17, N 4. − P. 1167–1179. https://doi.org/10.1105/tpc.104.029694

7. Применение светодиодных светильников для освещения теплиц: реальность и перспективы / И. Бахарев [и др.] // Современные технологии автоматизации. – 2010. – № 2. – С. 76–82.

8. Фотосинтез и продуктивность растений картофеля в условиях различного спектрального облучения / Ю. Ц. Мартиросян [и др.] // С.-х. биология. – 2013. – № 1. – С. 107–112.

9. Каталог генетического фонда хозяйственно полезных видов водорослей / Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т биофизики и клеточной инженерии ; сост. : С. С. Мельников [и др.].– Минск : Беларус. навука, 2011. – 101 с.

10. Пиневич, В. В. Изучение Spirulina platensis – нового объекта для высокоинтенсивного культивирования / В. В. Пиневич, Н. Н. Верзилин, А. А. Михайлов // Физиол. раст. – 1970. – № 5. – С. 1037–1046.

11. Promotive effect of 5-aminolevulinic acid on the growth and photosynthesis of Spirulina platensis/ K. Sasaki [et al.] // J. of Fermentation and Bioengineering. – 1995. – Vol. 79, N 5. – Р. 453–457. https://doi.org/10.1016/0922-338X(95)91261-3

12. Cellular capacities for high-light acclimation and changing lipid profiles across life cycle stages of the green alga Haematococcus pluvialis/ B. Wang [et al.] // PLoS ONE. – 2014. – Vol. 9, N 9. – Р. e106679. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0106679

13. Optimization of protein extraction from Spirulina platensisto generate a potential co-product and a biofuel feedstock with reduced nitrogen content / N. Parimi [et al.] // Front. Energy Res. – 2015. – Vol. 3. – Art. 30. https://doi.org/10.3389/fenrg.2015.00030

14. Bradford, M. A. Rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding / M. A. Bradford // Analyt. Biochem. – 1976. – Vol. 72, N 1–2. – P. 248–254. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3

15. Рокицкий, П. Ф. Биологическая статистика / П. Ф. Рокицкий. – 3-е изд., испр. – Минск : Вышэйш. шк., 1973. – 320 c.

16. Fernández-Rojas, B. Nutraceutical properties of phycocyanin / B. Fernández-Rojas, J. Hernández-Juárez, J. PedrazaChaverri // J. Functional Foods. – 2014. – Vol. 11. – P. 375–392. https://doi.org/10.1016/j.jff.2014.10.011

17. Влияние спектрального состава светодиодного излучения на структуру фотосинтетического аппарата Spirulina platensis/ Н. В. Козел [и др.] // Вес. НАН Беларусі. Сер. бiял. навук. – 2015. – № 2. – С. 44–48.

18. Cultivation of Spirulina platensis for biomass production and nutrient removal from synthetic human urine / Y. Chang [et al.] // Appl. Energy. – 2013. – Vol. 102. – P. 427–431. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.07.024

19. Кузнецов, В. В. Физиология растений / В. В. Кузнецов, Г. А. Дмитриева. – 2-е изд. – М. : Высш. шк., 2006. – 742 с.