Природа создала в чайном листе целый химический склад – чайное растение получает из почвы и синтезирует редкие и полезные для человека вещества. При этом он обладает свойством отдавать в раствор самую свою лучшую и ценную часть. Сделать его ещё более насыщенным полезными веществами и максимально приспособленным к местным условиям – задача, над которой трудятся учёные Субтропического научного центра РАН.

Научными коллективами отдела биотехнологии и лаборатории агрохимии и почвоведения продолжается работа по проекту, поддержанному в 2022 году Российским научным фондом и рассчитанному до 2024 года. Ведётся исследование генетических механизмов биосинтеза катехинов, кофеина, теанина у мутантных генотипов чая в условиях дефицита азотного питания in vitro и in vivo (проект РНФ № 22-16-00058).

– Сотрудники нашего научного центра уже давно работают над повышением качества и устойчивости чая к местным погодным условиям. Выращиваются и сохраняются ряд перспективных сортов и клонов, а также формы чая селекции центра. Работа ведётся по различным направлениям, в том числе и на международном уровне, – рассказал директор Субтропического научного центра РАН, академик РАН Алексей Рындин.

Высокое качество чайного сырья при недостатке минерального питания почвы – это важный признак для хозяйственного возделывания чая. Чтобы создать такие агрохимически эффективные сорта необходимо выявить основные генетические механизмы, лежащие в основе биосинтеза важных продуктов обмена веществ (метаболитов) в живых клетках при дефиците минерального питания.

– Азот вызывает особый интерес, поскольку является наиболее значимым питательным элементом при культивировании чайного растения. Он стимулирует ростовые процессы чая и играет регулирующую роль в синтезе специализированных метаболитов. При этом хорошо известно о дефиците этого элемента в почвах чайных плантаций и обусловленную этим высокую эффективность азотных удобрений при выращивании чая в различных регионах мира, – отметила главный научный сотрудник Субтропического научного центра РАН, доктор биологических наук, профессор РАН Людмила Малюкова.

Вопросы сохранения и повышения качества чая в условиях дефицита минерального питания до сих пор изучены недостаточно. Перспективным подходом к решению этой научной проблемы является создание сортов, адаптированных к конкретному уровню почвенного плодородия и способных лучше, чем существующие, утилизировать питательные вещества почв и удобрений и синтезировать повышенное содержание биологически активных веществ.

Ключевым аспектом этой работы является разработка генетических маркеров для маркер-опосредованных отборов наиболее перспективных гибридов. Для этого необходимо установить ключевые гены, которые лежат в основе устойчивости чая к минеральной недостаточности (в частности, дефициту азота), а также основные метаболические пути влияния генов на содержание наиболее важных органических компонентов, определяющих качество и пищевую ценность чая (катехинов, кофеина и теанина) в разных генотипах чая.

Впервые эти процессы изучаются на клеточном, тканевом и организменном уровнях в условиях in vitro (выращивание в пробирках) и in vivo (в естественных условиях). Такой подход позволяет детально исследовать основные генетические детерминанты, опосредованные этим стресс-фактором (дефицит азота).

На данном этапе ведутся исследования с каллусом чая нескольких генотипов (Колхида, Каратум, мутантная форма 582) в условиях in vitro. Каллус – это клетки, потерявшие «специализацию» и способные дать начало целому растению. Культивируемые в условиях in vitro ткани и микропобеги растений представляют собой информативные модельные системы, позволяющие изучать метаболические процессы и ответные клеточные реакции на стрессовые воздействия.

Каллусы чая культивировали в течение 2-х месяцев в факторостатной комнате, где соблюдали особые условия освещённости, влажности и температурного режима.

Эксперимент проводится на двух вариантах основных питательных сред: часть образцов для контроля была помещена в среду с азотом, а часть в среду без нитратных солей и казеина. Каждый вариант включал по 30 эксплантов. Полученные контрастные по содержанию азота образцы будут протестированы молекулярно-генетическими (экспрессия генов, транскриптомный анализ) и химическими (содержание азота, кофеина, теанин и катехинов) методами, позволяющими установить основные молекулярно-генетические механизмы биосинтеза наиболее важных метаболитов у чая.

Эта работа послужит теоретической базой для улучшения качества чая путем генетической селекции и оптимизации стратегий минерального питания растений при производстве чая с повышенным содержанием биологически активных веществ.

Фотогалерея «Работы с каллусом чая» →

Источник: пресс-служба Субтропического научного центра РАН.