Пищевая ценность семян объясняется накоплением белков, крахмалов и масел в процессе развития и созревания растений, что позволило им стать основой питания на протяжении длительного времени. Понимание механизмов, позволяющих семенам сохранять жизнеспособность в неблагоприятных условиях, стало важной областью изучения в растительной биологии.
Адаптация растений и экстремальное обезвоживание Исследователь Alejandra Covarrubias Robles из Института биотехнологии (IBt) Национального автономного университета Мексики изучает адаптивные характеристики, которые позволяют семенам сохранять жизнь эмбриона даже в условиях практического обезвоживания в течение длительных периодов. Это явление характерно для сперматофитов — растений, которые по завершении развития могут терять более 90% накопленной воды, не компрометируя жизнеспособность эмбриона, состояние, несовместимое с выживанием животных тканей.
Витреозное состояние и защита эмбриона Один из ключевых процессов, выявленных в сухом семени, — это образование твердого витреозного состояния, физическое состояние, похожее на стекло, которое способствует структурной и функциональной стабильности эмбриона. Это состояние достигается на конечных стадиях потери воды и необходимо для длительного сохранения. Вода, незаменимый элемент жизни, функционально заменяется специальными молекулярными компонентами, которые предотвращают необратимые повреждения во время обезвоживания.
Белки LEA: гибкость и множественные функции Белки, известные как LEA (Late Embryogenesis Abundant — накопляющиеся на поздних стадиях эмбриогенеза), в значительных количествах накапливаются в сухих семенах, а также в корнях и листьях растений, подвергающихся стрессу от засухи. In vitro исследования показывают, что эти белки могут поддерживать активность других белков, чувствительных к обезвоживанию, что открывает возможности для их использования для сохранения эмбрионов, клеток или белков в условиях водного стресса или замораживания. Эти свойства открывают потенциальные применения как в селекции растений для отбора более устойчивых и долговечных семян, так и в биотехнологии и медицине.
Семена как биологические капсулы времени Семена могут находиться в состоянии покоя в течение длительных периодов, выдерживая пожары, морозы, длительные засухи и даже прохождение через пищеварительный тракт животных. Эти исследования в основном проводятся на Arabidopsis thaliana, модельном растении, широко используемом в растительной биологии. Дополнительно анализируются семена фасоли, в которых были идентифицированы гены, индуцируемые засухой и связанные с производством белков LEA.
Биологические последствия и потенциальные применения Белки LEA не ограничены растительным царством. Эти белки были впервые описаны исследователем Леоном Дюром III в семенах хлопка. В отличие от глобулярных белков, LEA структурно беспорядочны, что придает им конформационную гибкость и способность принимать различные структуры в зависимости от окружающей среды, позволяя им выполнять более одной защитной функции.
Экспериментальные доказательства и модели исследований Исследовательская команда доказала, что при модификации или удалении генов, кодирующих белки LEA, семена демонстрируют меньшую жизнеспособность, ускоренное старение и потерю пищевой ценности. Эта способность была решающей для того, чтобы растения с семенами доминировали в наземной флоре и колонизировали практически все экосистемы. Эти результаты были представлены Alejandr Covarrubias Robles и Inti A. Arroyo Mozo в статье «Secretos de las semillas» (Семенные секреты), опубликованной в журнале «¿cómo ves?», где излагается центральная роль семян как ключевых биологических структур в истории планеты и человечества.
