Изложены основные научные достижения всемирно известной белорусской фотосинтетической школы, основанной Т. Н. Годневым и А. А. Шлыком, в изучении процессов хлорофиллообразования, биогенеза и организации аппарата фотосинтеза в растительных организмах. Особое внимание уделено современному развитию представлений о биосинтезе хлорофилла и структурно-функциональном состоянии фотосинтетических мембран в работах белорусских биофизиков-фотосинтетиков. Охарактеризованы актуальные научные направления развития исследований в области фотосинтеза в Республике Беларусь.

Изучена активность компонентов антиоксидантной системы в корнях проростков ячменя в условиях солевого стресса при обработке семян пятью штаммами спорообразующих бактерий рода Bacillus. Полученные данные позволяют сделать вывод о повышении устойчивости к засолению (4 %-ный раствор хлорида натрия, 24 ч) корневой системы проростков ячменя, проявляющейся в поддержании скорости роста и развития корней при действии штаммов Bacillus amyloliquefaciens (B. am.) 78 ТМ, Bacillus subtilis (B. s.) 7 MP и B. s. М 9/6 в концентрации 105 клеток/мл. Защитное действие штамма B. am. 78 ТМ сопровождается значительной аккумуляцией пролина, а в восстановительный период – накоплением пероксида водорода и активизацией супероксиддисмутазы и пероксидазы. Протекторное действие штаммов B. s. M 9/6 и B. s. 7 MP обусловлено, на наш взгляд, значительным накоплением пероксида водорода и активацией антиоксидантных ферментов в условиях стресса, а в период адаптации – сохранением повышенного содержания перекиси в сравнении с таковым в стрессовом контроле.

Представлены результаты анализа геномной структуры и аллельного состава генов короткостебельности Rht-B1, Rht-D1, Rht8 и Ddw1 у 33 вторичных рекомбинантных линий (ВРЛ) гексаплоидных тритикале с различными типами D(A)- и D(B)-замещений хромосом и у 8 интрогрессивных линий пшеницы с R(А)-, R(B)- и R(D)-замещениями хромосом. Установлено, что генотипы ВРЛ в подавляющем большинстве содержат аллель RhtB1b в гомозиготном состоянии и только 9 из них, так же как и все интрогрессивные линии пшеницы, являются гомозиготными по аллелю Rht-B1а, а 4 линии неоднородны по аллельному составу гена Rht-B1. У всех исследованных ВРЛ присутствовал аллель Rht8а (165 п. н.), тогда как у интрогрессивных линий выявлен аллель Rht8b (174 п. н.). Гетерозиготными по аллельному составу гена Rht-D1 (Rht-D1а/Rht-D1b) являлись 5 инрогрессивных линий пшеницы. У 3 линий наряду с гетерозиготными встречались растения, гомозиготные по аллелям Rht-D1а и Rht-D1b. Образцов, несущих ген Ddw1, не выявлено. По результатам генотипирования отобраны ВРЛ гексаплоидных тритикале с геном Rht-B1b, перспективные для использования в селекции на устойчивость к полеганию.

Изучены структурно-функциональное состояние фотосинтетического аппарата, активность дыхательного процесса, содержание хлорофиллов, гема, а также активность дыхательного гемсодержащего фермента – цитохром с-оксидазы в семядольных листьях 7-дневных растений озимого рапса (Brassica napus), выращенных на растворе 5-аминолевулиновой кислоты (АЛК 200 мг/л) и обогащенных антоцианами, по сравнению с контрольными растениями. Показано, что экзогенная АЛК нарушает структуру фотосинтетического аппарата и понижает его фотосинтетическую активность. Установлено снижение содержания белков пигмент-белковых комплексов фотосистем (ФС) I и II, особенно светособирающих комплексов ФС II, составляющих внешнюю мобильную антенну. Вместе с тем отмечено значительное стимулирующее действие АЛК на дыхательную активность проростков озимого рапса, а также на увеличение содержания нековалентно связаного с белками гема и повышение активности цитохром c-оксидазы.

Изучено влияние водных экстрактов, полученных из сухой биомассы растений адвентивных видов с высокой инвазионной активностью, произрастающих в Беларуси, на рост проростков тест-культур. Отмечена высокая корреляция между степенью влияния выделяемых из семян борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden) биологически активных веществ на различные виды растений и их принадлежностью к определенным семействам. Показано их сильное стимулирующее действие на представителей из семейства Крестоцветные (Cruciferae). Виды из семейства Злаковые в основном характеризуются нейтральной реакцией на выделяемые из семян борщевика Сосновского биологически активные вещества. Установлено, что воздействие концентраций водных экстрактов, полученных из изученных видов растений, в пределах от 0,01 до 0,001 % стимулирует рост и развитие тест-культур, а воздействие концентраций в диапазоне от 1 до 10 % оказывает в основном ингибирующее влияние.

Современные представления о сохранении видового разнообразия растительного мира, характерного для того или иного региона, особенно в связи интенсификацией пользования растительными ресурсами и техногенным загрязнением среды произрастания, повышением темпов антропохорной диссеминации, в большей мере относятся к области рационального природопользования, охраны редких и исчезающих видов, чем к борьбе с распространением инвазионных растений и непреднамеренным (случайным) расселением интродуцентов, которую также следует ориентировать на хозяйственные цели с учетом баланса допустимых объемов пользования растительными ресурсами и экологии. Использование, например, в сельском и (или) лесном хозяйстве, практике дорожного и зеленого строительства, озеленении населенных пунктов некоторых инвазионных видов, в том числе интродуцированных, не менее (а иногда и более) эффективно, чем использование аборигенных растений. В зависимости от целей и методов исследований, степени изученности и размеров обследуемой территории (ареала естественного распространения того или иного представителя растительного мира), а также субъективного понимания процессов расселения, миграции видов и формирования растительного покрова существуют разные подходы к терминологической основе понятий об адвентивных (инвазионных и интродуцированных) растениях.

Окислительные превращения тиамина в присутствии метмиоглобина и пероксида водорода, в результате которых может образовываться ряд продуктов окисления, носят сложный характер. При инкубации тиамина с метмиоглобином и пероксидом водорода возможно расщепление молекулы тиамина по углероду метиленового мостика с образованием аминопиримидинового и тиазолового компонентов в виде отдельных молекул, а также образование тиохрома, тиаминдисульфида, оксодигидротиохрома, тиаминтиазолона. Окислительная трансформация фосфатов тиамина при инкубации с метмиоглобином и пероксидом водорода приводит к образованию аналогичных продуктов, однако в этом случае тиаминазная активность, т. е. расщепление на пиримидиновый компонент и фосфат тиазола, значительно выше. Добавление тирозина или парацетамола ингибирует тиаминазную активность, а также образование дисульфида тиамина, но увеличивает выход тиохрома или фосфатов тиохрома. С помощью спектрально-флуоресцентных методов, а также методов ВЭЖХ и масс-спектроскопии проведена идентификация продуктов окисления тиамина и фосфорных эфиров тиамина в пероксидазной реакции, катализируемой метмиоглобином в присутствии пероксида водорода. Обсуждается роль оксоферрильных форм миоглобина, образующихся при окислительном стрессе, в разрушении по тиаминазному пути тиаминдифосфата, который является коэнзимом важнейших ферментов энергетического метаболизма.

Приведены результаты сравнительного исследования влияния полного минерального удобрения и ростовых стимуляторов – Нанопланта, Гидрогумата и Экосила на основные характеристики пигментного фонда ассимилирующих органов дву- и четырехлетних растений (виргинильных и генеративных) двух модельных сортов V. corymbosum L. – Bluecrop и Northland. Выявлены существенные генотипические, возрастные и межвариантные различия в характере и степени ответной реакции растений на примененные агроприемы. Показано, что после внесения удобрений у генеративных растений голубики содержание в листовой ткани фотосинтезирующих пигментов превышало таковое у виргинильных на фоне неоднозначных тенденций в изменении темпов их накопления. Наряду с этим выявлены существенные сдвиги в составе каротиноидного комплекса пластид, обусловленные чрезвычайно выраженной активизацией биосинтеза β-каротина при деградации ксантофиллов, усиливающейся с увеличением возраста растений, особенно у сорта Northland. У виргинильных растений интегральное стимулирующее действие удобрений на формирование пигментного фонда пластид проявилось только у сорта Northland при наибольшей эффективности внесения N₁₆P₁₆K₁₆ и наименьшей после обработки Наноплантом, при различии степени их позитивного влияния в 20,9 раза. Эффективность применения Экосила и Гидрогумата уступала таковой N₁₆P₁₆K₁₆ в 1,4 и 2,2 раза соответственно. У сорта Bluecrop незначительное позитивное влияние на содержание в листьях пластидных пигментов установлено только на фоне N₁₆P₁₆K₁₆ при абсолютном доминировании ингибирующего воздействия на него остальных видов удобрений. У растений, достигших половой зрелости, установлено существенное нивелирование сортовых различий в сте- пени восприимчивости пигментного фонда пластид к использованию удобрений. В отличие от виргинильных растений, за счет более выраженной у генеративных растений активизации биосинтеза β-каротина совокупный эффект у обоих сортов голубики после внесения удобрений имел исключительно положительную направленность. Наиболее значительные позитивные изменения темпов накопления фотосинтезирующих пигментов у обоих сортов голубики обеспечивало внесение N₁₆P₁₆K₁₆ и Гидрогумата, тогда как наименьшие отмечены при обработке Наноплантом (у сорта Bluecrop) и Экосилом (у сорта Northland).

По реакции периферической крови экспериментальных животных (крыс линии Вистар) на комбинированное воздействие γ- и лазерного излучения изучено восстанавливающее действие последнего. Проведено 4 серии экспериментов, в каждой из которых все тело крыс однократно подвергали γ- излучению в дозе 3 Гр. Низкоинтенсивное лазерное воздействие осуществляли в виде надвенного лазерного облучения крови (НЛОК), отличавшегося в разных сериях экспериментов количеством процедур, плотностью лазерного излучения (6,25; 2,5; 1,25 Дж/см² ) и последовательностью воздействия – до и после γ-облучения. Определяли концентрацию гемоглобина, гематокрит, количество эритроцитов, лейкоцитов, лимфоцитов, тромбоцитов. Наряду с изучением влияния лазерного излучения на изменения гематологических показателей анализировали также изменения активности ферментов антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазы и каталазы). Показано, что лазерное излучение стремится компенсировать действие γ-излучения, вызвавшего лейкопению и лимфопению. Выявлены существенные различия в индивидуальной радиочувствительности образцов крови отдельных животных. Для форменных элементов крови и ферментов антиоксидантной защиты продемонстрирована зависимость количественных изменений, вызванных лазерным и γ-излучением, от исходных показателей.

С помощью физико-химических методов изучено влияние способов обработки чернозема типичного на состояние воды и перестройку межмолекулярных связей, т. е. на супраструктуру гуминовых кислот (ГК). Установлено, что ГК, экстрагированные из почвы залежи, ввиду наличия участков с гидрофобными и гидрофильными доменами гетерогенны по составу, что обусловлено сбалансированным функционированием сопряженных процессов накопления и распада органического вещества почвы (ОВП). В то же время обработка чернозема вызывает потери ОВП. Обнаружено, что после вспашки из-за увеличения биодеградации ОВП содержание фульвокислот и количество свободной воды, а также число гидроксильных и карбоксильных групп ГК повышаются, способствуя увеличению лабильности ОВП и высвобождению питательных веществ. Установлено, что после вспашки чернозема типичного отмечается конформационная перестройка межмолекулярных взаимодействий в супраструктуре ГК, вызванная гидрофильной гидратацией. Координируемые свободными диполями воды полярные структурные элементы с доступными карбоксильными группами стабилизируют новую конформацию ГК преимущественно за счет водородных связей. Показано, что при 9-летнем использовании No till из-за большего содержания неполярных ароматических структур и меньшего – доступных полярных гидрофильных структур количество свободной воды уменьшается. Это обусловливает стабилизацию конформации супраструктуры ГК за счет гидрофобных сил, что определяет накопление труднодеградируемого консервативного ОВП. С помощью трансмиссионного электронного микроскопа установлено наличие в ГК, экстрагируемых из почвы после вспашки, частиц меньшего размера, чем в ГК, экстрагируемых из почвы после No till, что связано с отличием в молекулярной организации их гуминовой супраструктуры.

Проведено сравнение показателей водного обмена листьев дуба красного (Quercus rubra L.) и дуба обыкновенного (Quercus robur L.) в искусственном насаждении и на открытом пространстве. Установлено, что у отдельно растущих деревьев листья Q. robur характеризуются преимущественно бόльшей интенсивностью транспирации во все месяцы исследования, меньшей водоудерживающей способностью и бόльшим водным дефицитом, чем листья Q. rubra. В насаждении у большинства растений обоих видов испарение воды менее значительное, чем у отдельно растущих деревьев. Показатели водного дефицита листьев Q. robur в открытом пространстве превышают таковые у Q. rubra, а в насаждении, наоборот, они больше у Q. rubra. Для относительной тургоресцентности характерна противоположная закономерность. Полученные результаты можно объяснить более слабой конкурентоспособностью за влагу Q. rubra в насаждении. По показателям водного режима Q. rubra является достаточно устойчивым видом в условиях засушливого климата степи Украины и по ряду из них не уступает Q. robur, что свидетельствует о возможности широкого использования этого интродуцента в искусственных лесных насаждениях и в озеленении населенных пунктов в этой зоне.

Малые некодирующие РНК (мнРНК) – короткие РНК, участвующие в регуляции экспрессии генов, иммунитете клетки и посттранскрипционных модификациях РНК. Среди всего разнообразия мнРНК наибольший интерес в плане биомедицинского применения представляют три класса малых РНК: малые интерферирующие РНК (миРНК), микроРНК и piwi-interacting РНК (пиРНК). МиРНК и микроРНК схожи по функциям и механизму действия: их главной задачей является сайленсинг генов на посттранскрипционном этапе. В отличие от них, пиРНК обеспечивает, главным образом, стабильность генома эмбриона путем блокирования активности мобильных элементов ДНК. Дисрегуляция мнРНК наблюдается при различных заболеваниях. Установлено, что нарушения экспрессии мнРНК возникают при развитии онкологических, неврологических, сердечно-сосудистых заболеваний, диабете. МнРНК могут выступать в качестве диагностических биомаркеров заболеваний и как компонент генно-терапевтических препаратов. Использование мнРНК как биомаркеров в медицине весьма перспективно, а существующие ограничения связаны со сложностью выявления мнРНК, различающихся одним или несколькими нуклеотидами. Весьма многообещающим является использование мнРНК в генной терапии, поскольку с их помощью гипотетически возможно отключить любой белковый компонент, не изменяя геном, что гораздо безопаснее других предлагаемых методов генной терапии. Главной задачей для клинического использования миРНК и микроРНК на сегодняшний день является создание эффективных систем доставки в клетки-мишени, поскольку несвязанные мнРНК не способны проникать через мембраны и разрушаются под действием ряда ферментов крови и тканей. Таким образом, несмотря на ряд имеющихся проблем, мнРНК являются перспективными агентами для диагностики и терапии целого спектра заболеваний.

Изложены основные научные достижения всемирно известной белорусской фотосинтетической школы, основанной Т. Н. Годневым и А. А. Шлыком, в изучении процессов хлорофиллообразования, биогенеза и организации аппарата фотосинтеза в растительных организмах. Особое внимание уделено современному развитию представлений о биосинтезе хлорофилла и структурно-функциональном состоянии фотосинтетических мембран в работах белорусских биофизиков-фотосинтетиков. Охарактеризованы актуальные научные направления развития исследований в области фотосинтеза в Республике Беларусь.