Метаболиты автотрофных и гетеротрофных листьев амаранта Amaranthus tricolor L. сорта Early splendor

Большинство фотосинтезирующих растений способны питаться ав- тотрофно, однако в их жизни есть периоды появления бесхлорофилльных органов (цветки, листья, луковицы и др.), которые питаются за счет органических веществ, запасенных ранее. Важность изучения гетеротрофного питания определяется тем, что все не зеленные органы и клетки растения в темноте питаются гетеротрофно.

Растения амаранта ( Amarantus tricolor L.) широко распространены по всему миру и служат источником жизненно необходимых пищевых компонентов (1-3). Здоровое питание — важный элемент жизнедеятельности человека. Дефицит эссенциальных нутриентов биологически активных веществ и минеральных элементов представляет серьезную угрозу для здоровья (4). Чем больше информации о составе и свойствах пищевых и фармакологических метаболитов в листьях амаранта будет получено, тем эффективнее будут создаваться безопасные функциональные продукты. В листьях амаранта содержатся витамины и минералы (5-7), а также красные бетацианины и желтые бетаксантины, флавоноиды и другие физиологически активные соединения, которые проявляют антиоксидантные свойства (8-11).

Удобный объект для изучения состава органических веществ в фотосинтезирующих и бесхлорофилльных листьях — растения вида Amarantus tricolor L. сорта Early Splendor. Хотя растения этого сорта относятся к листовым овощным, они настолько декоративны, что их используют также для украшения клумб. В процессе развития они проходят несколько этапов, характерных только для Early Splendor: появление на вершине побега после завершения его роста ярко-красных гетеротрофных листьев, образование зеленого пятна на кончике каждого красного листа и постепенное распространение по всему листу зеленой зоны, экранирующей красную окраску.

Ранее сообщалось, что суммарное содержание антиоксидантов, фотосинтетических пигментов и бетацианинов в фотосинтезирующих и гетеротрофных листьях сорта Early Splendor различается. При этом гетеротрофная ткань красных листьев содержит следовые количества хлорофилла и не способна к фотосинтезу (12). Подавление накопления хлорофилла в красных листьях было показано в ряде работ (13, 14). При оценке экспрессии девяти генов, кодирующих восемь ферментов, которые участвуют в биосинтезе хлорофилла, наблюдали снижение экспрессии гена НАДФ-Н-протохлорофиллидоксидоредуктазы. Она катализирует одну из стадий биосинтеза хлорофилла, и, как следствие, снижение экспрессии гена НАДФ-Н-протохлорофиллидоксидоредуктазы вызывает потерю способности синтеза этого важного фотосинтетического пигмента, что играет ключевую роль в формировании красных листьев A. tricolor и его способа питания. Гиперсинтез красноокрашенного пигмента амарантина также может регулироваться посредством изменения экспрессии генов (15, 16).

Известно, что автотрофные листья в процессе фотосинтеза используют неорганические субстраты, тогда как гетеротрофные листья этого же растения — готовые органические соединения, синтезированные в нем раннее (17). Однако вопрос о составе основных групп низкомолекулярных метаболитов, образованных в разнокачественных листьях, различающихся типом питания, недостаточно изучен.

В настоящей работе при метаболомном анализе водных и спиртовых экстрактов листьев амаранта сорта Early Splendor с использованием метода газовой хромато-масс-спектрометрии впервые установлены существенные качественные различия состава метаболитов в автотрофных и гетеротрофных листьях. В составе низкомолекулярных метаболитов идентифицированы как неспецифические (общие для разных способов питания), так и специфические (характерные для каждого из них в отдельно- сти) метаболиты. Расширены представления о формировании приспособительных изменений в клетке при переходе от фототрофного к гетеротрофному питанию посредством изменения состава и свойств низкомолекулярных метаболитов.

Цель работы — сравнительное изучение состава низкомолекулярных метаболитов и выявление новых биологически активных метаболитов-антиоксидантов в гетеротрофных и автотрофных листьях амаранта сорта Early Splendor.

Методика . Работу проводили в 2017-2019 годах на растениях Ama-rantus tricolor L. сорта Early Splendor в фазу конец цветения—начало формирования семян. Растения выращивали в пленочной теплице Федерального научного центра овощеводства.

Материалом для анализа служили свежие красноокрашенные гетеротрофные листья, сформированные на верхушке главного побега, и нижележащие фотосинтезирующие листья растения. Исследовали листья с полностью сформированной листовой пластинкой. Листья измельчали на гомогенизаторе A11 basic («IKA», Германия) и проводили экстракцию 96 % этанолом или дистиллированной водой при соотношении 1:10 (навеска листьев:экстрагент) и температуре 24 °С в течение 30 мин. Анализ метаболитов выполняли методом газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) на хроматографе JMS-Q1050GC («JEOL Ltd», Япония).

Использовали капиллярную колонку DB-5HT («Agilent», США; длина 30 м, внутренний диаметр 0,25 мм, толщина пленки 0,52 мкм, газ-носитель — гелий). Температурный градиент составлял от 40 до 280 °С, температура инжектора и интерфейса — 250 °С, ионного источника — 200 °С. Скорость потока газа в колонке 2,0 мл/мин, время анализа 45 мин, режим ввода с делением потока, объем вводимой пробы 1-2 мкл упаренного экстракта. Дериватизацию проводили с использованием силирующе-го агента N,O-бис(триметилсилил)трифторацетамида (БСТФА) согласно методике, описанной R.J. Robbins (18). Идентификацию веществ осуществляли по параметрам удерживания и масс-спектрам библиотеки NIST-5 National Institute of Standards and Technology , США). Диапазон сканирования 33-900 m/z. Достоверная вероятность определения идентифицированных веществ находилась в пределах 75-98 %.

Результаты. Характерные ГХ-МС-профили водного и спиртового экстрактов гетеротрофных листьев амаранта сорта Early Splendor представлены на рисунке (А, Б). В результате анализа состава соединений идентифицировали 87 метаболитов, из которых в водных экстрактах обнаружили 33, в спиртовом — 74 (табл.).

Группа органических кислот была представлена 22 соединениями, включая кислоты алифатического ряда, циклические и высокомолекулярные, которые характеризовались наличием в молекуле одной или нескольких карбоксильных групп (см. табл.). В клетке органические кислоты находятся как в связанном, так и в свободном виде. Физиологическая роль органических кислот заключатся в их защитных антибактериальных и антиоксидантных свойствах, а также в способности образовывать буферные системы в клеточном соке, участвовать в цикле Кребса. В водном экстракте гетеротрофных листьев амаранта идентифицировали 5 органических кислот, тогда как в спиртовом — 9. При этом бромсебациновую, моноамидоэтилмалоновую и янтарную кислоты обнаружили в обоих экстрактах гетерогенных листьев. Фенольные кислоты (бензойная, фенилуксусная и фталевая) были идентифицированы только в автотрофных листьях.

Важным метаболитом, выявленным в спиртовом экстракте, была пантотеновая кислота (витамин В5) — амид аминокислоты β-аланина и пантотеновой кислоты. Пантотеновая кислота в качестве кофермента в составе КоА осуществляет более 130 метаболических реакций, участвуя в синтезе жирных кислот, стеролов, глицеридов, лимонной кислоты и других соединений (19).

Время удерживания, мин

Хроматографические профили водного (слева) и этанольного (справа) экстрактов из гетеротрофных (А, Б) и фотосинтезирующих (В, Г) листьев амаранта Amaranthus tricolor L. сорта Early Splendor. Газовый хромато-масс-спектрометр JMC-Q1050GC («JEOL Ltd», Япония)

Метаболиты, выявленные в экстрактах гетеротрофных и фотосинтезирующих тканей листьев амаранта (Amarantus tricolor L.) сорта Early Splendor методом хромато-масс-спектрометрии

Rt, мин	Соединение	Экстракт
20:02	Органические кислоты Арабиновая кислота, D-arabinonic acid, C 5 H 10 O 5	ЭГ, ЭФ
19:57	Азелаиновая кислота, Azelainic acid, C 9 H 16 O 4	ВГ, ВФ
22:42	2-Бромосебациновая кислота, 2-Bromosebacic acid, C 10 H 17 O 4 Br	ВГ, ЭГ
10:23	Бутановая кислота, Butanoic acid, C 4 H 8 O 2	ЭФ
27;25	Додекандионовая, Dodecanedioic acid, C 12 H 22 O 2	ЭФ
17:59	Глутаровая кислота, Glutaric acid, C 5 H 8 O 4	ВГ, ЭФ
22:23	2-Гидроксимасляная кислота, 2-Hydroxyoctanoic acid, C 4 H 8 O 3	ВФ
12:09	Моноамидоэтилмалоновая, Monoamidoethylmalonic acid, C 14 H 33 NO 3	ВГ, ЭГ, ЭФ
16:33	Малеиновая кислота, Malic acid, C 4 H 6 O 5	ЭГ, ЭФ
14:59	Малоновая кислота, Malonic acid, C 3 H 4 O 4	ЭГ, ЭФ
10:24	Молочная кислота, Lactic acid, C 3 H 6 O 3	ЭГ, ЭФ
20:47	Валериановая кислота, Pentonic acid, C 5 H 10 O 2	ЭГ, ЭФ
20:11	10-Ундециловая кислота, 10-Undecynoic acid, C 11 H 22 О 2	ВФ
14:58	Эритроновая кислота, Erythronic acid, C 18 H 30 O 5	ЭФ
22:59	Эритро-пентановая кислота, Erythro-pentonic acid, C 6 H 12 O 2	ЭФ
13:09	Яблочная кислота, DL-malic (Butanedioic) acid, C 4 H 4 O 5	ЭФ
14:04	Янтарная кислота, Succinic acid, C 4 H 4 O 4	ВГ, ЭГ
17:47	2-Изопропил малеиновая кислота, 2-Isopropylmalic acid, C 4 H 4 O 4	ЭГ
22:04	Пантотеновая кислота (витамин В5), Pantothenic acid, C 9 H 17 O 5	ЭГ
19:37	Фенольные кислоты Бензойная кислота, Benzoic acid, C 7 H 6 O 2	ВФ
21:09	Фенилуксусная кислота, Phenylacetic acid, C 8 H 8 О 2	ЭФ
22:51	Изоферуловая кислота, Isoferulic acid, C 10 H 13 O 4	ВФ
21:23	Фталевая кислота, Phthalic acid, C 8 H 12 O 4	ВФ

Продолжение таблицы

Жирные кислоты

18:25 Лауриновая кислота, Dodecanoic acid, C10H20O2 ВГ 19:07 Миристиновая кислота (Myristic acid), C14H28O2 ВГ 21:15 Пальмитиновая кислота, Hexadecanoic acid, C16H32O2 ВГ, ЭГ, ВФ, ЭФ 17:51 Стеариновая кислота, Octadecanoic (Stearic) acid, С17Н35COOH ВГ, ЭГ, ВФ, ЭФ 21:10 Линоленовая кислота незаменимая жирная кислота, (Linoleic) acid, C12H14О2 ВГ, ЭГ, ВФ, ЭФ Вещества углеводной природы 19:43 L-Арабитол, L-(-)-Arabitol, C5H12O5 ЭФ 21:22 Арабинопираноза, β-DL-Arabinopyranose, C5H12O5 ВГ, ЭГ, ЭФ 19:03 Галактопираноза, β-L-Galactopyranose, C6 H13 O8 ВГ, ВФ, ЭФ 19:26 Галактоза, D-Galactose, C6 H16O6 ЭГ, ВФ, ЭФ 20:01 Ксилоза, β-D-Xylopyranose, C6H10O5 ЭГ 22:07 Маннит, D-Mannitol, C6H12O6 ЭФ 19:43 Рибитол, Ribitol, C5H12O5 ВФ, ЭФ 17:57 Эритрофураноза, β-Erythrotetrofuranose, C5H14O5 ЭФ 22:41 Рибоновая кислота, Ribonic acid, pentakis, C5H12O5 ЭФ 22:17 Глюкопираноза, β-D-Glucopyranose, C6H6O6 ЭФ 20:46 Ликсоза, β-(DL)-Lyxopyranose, С5Н10О5 ЭФ 20:00 Левокгюкозан, Levoglucosan, C6H10O5 ВФ, ЭФ 36:53 Маннобиоза, 3-α-Mannobiose, C12H22O11 ЭФ 20:11 Тагатоза, D-(-)-Tagatofuranose, C6H12O6 ЭГ, ЭФ 20:15 Сорбоза, L-(-)-Sorbose, C6H12O6 ЭФ 20:36 Сорбофураноза, α-l-(-)Sorbofuranose, С6Н12О6 ЭГ, ВФ, ЭФ 18:36 Рибоза, D-(-)-Ribofuranose, C5H10O5 ВГ, ЭГ, ЭФ 20:36 Фруктоза, D-(-)-Fructofuranose, C5H8O6 ЭФ 20:51 Фруктопираноза, D-(-)-Fructopyranose, C5H8O6 ВФ, ЭФ 30:48 Тураноза, D-(+)-Turanose, C6H12O6 ЭФ 20:55 Талоза, D-(+)-Talofuranose, C5H12O6 ЭГ 19:43 Рибит, Ribitol, C5H12O5 ЭГ 21:17 Глицерил гликозид, Glyceryl-glycoside ЭФ 20:18 Глюкофуранозид, Glucofuranoside, C6H12O6 ЭФ 19:43 Глюконовой кислоты лактон, Gluconic acid, γ-lacton, C6H12O6 ЭФ 21:51 Инозит, Inositol, C6H12O6 ЭФ 19:30 Лактон рибоновой кислоты, D-(+)-Ribono-1,4-lactone, C5H12O5 ЭГ, ЭФ 19:43 Глюконовой кислоты лактон, Gluconic acid, γ-lacton, C6H10O6 ВГ, ЭГ 13:50 Глицерин, Clycerol, C3H8O3 ВГ, ЭГ, ВФ, ЭФ 14:57 Кротонолактон, 2(3H)-Furanone, C4H4O2 Аминокислоты и их производные ЭГ 11:07 L-Аланин, L-Alanin, C3H7NO2 ЭГ, ВФ, ЭФ 12:06 L-Лейцин, L-Leucine, C6H13NO2 ЭГ, ЭФ 14:03 L-Изолейцин, L-Isoleucine, C6H13NO2 ЭФ 16:58 L-Аспарагиновая кислота, L-Aspartic acid, C4H7NO4 ЭФ 18:40 L-Аспарагин, амид аспарагиновой кислоты, L-Аsparagin, C4H8N2O3 ЭФ 16:48 L-Пролин, L-Proline, C3H9NO2 ЭГ, ЭФ 13:47 L-Гомосерин, L-Homoserine, C4H9NO3 ЭГ 13:20 L-Серин, L-Serin, C3H7N1O3 ЭФ 12:55 L-Валин, L-Valin, C5H11NO2 ЭГ, ЭФ 15:23 L-Треонин, L-Treonin, C4H9NO3 ЭГ, ЭФ 21:37 L-Тирозин, L-Tyrosine, C9H17NO2 ЭФ 18:12 L-Фенилаланин, L-Phenylalanin, C9H18NO2 ЭФ 22:38 L-Цистатион, L-Cistatione, C7H14N2O2 Терпены ЭГ 36:06 Сквален, Squalen, C30H50 ВГ, ЭГ, ВФ, ЭФ 23:01 Борнеол, Borneol, C10H18O ВГ 20:10 Изоборнеол, Izoborneol, C10H18O ВГ 22:42 Дегидроабиетиновая кислота, Dehydroabietic acid, C20H29O Другие соединения ВГ 40:20 Токоферол (витамин Е), (+)-α-Tocopherol, C29H50O2 ЭФ 16:00 Никотиновая кислота (витамин В3), Niacinamide, C6H5NO2 ВФ, ЭФ 22:25 Стигмастерол (Stigmasterol), C30H18O ЭГ 20:29 Пеларгонин (Monononanoin), C15H18O7 ЭГ 11:45 Карбамидовая кислота (Carbamothioic acid), CH3NO2 ЭГ, ВФ 20:08 Аденин, Adenine, C5H5N5 ВГ, ВФ 14:25 Урацил, Uracil, C4H6N2O2 ЭФ 11:18 Этиловый эфир малоновой кислоты, Mono-ethylmalonate, C4H4O5 ЭГ 16:25 Тригоннелин или метилбетаинникотиновая кислота, Trigonelline, C7H7NO2 ЭФ 16:08 Пироглутаминовая кислота, 2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid, C9H27N2O4 ЭГ 16:28 Пиримидинтрион, 2,4(1H,3H)-Pyromidinedione, C4H4N2O3 ЭФ Примеч а ни е. Rt — время удерживания, ВГ — водный экстракт из гетеротрофных тканей, ЭГ — спиртовой экстракт из гетеротрофных тканей, ВФ — водный экстракт из фотосинтезирующих тканей, ЭФ — спиртовой экстракт из фотосинтезирующих тканей.

Следующая группа соединений, выявленная посредством метаболического профилирования, относится к жирным кислотам, которые содержат в своей молекуле кислотную группу —COOH (карбоксильную). Жирные кислоты служат компонентами липидов и выполняют защитные функции. В состав липидов помимо жирных кислот входит спирт глицерол, который был идентифицирован в водном и спиртовом экстрактах гетеротрофных листьев. В процессе адаптации растения к меняющимся условиям среды обитания важная роль отводится повышению содержания насыщенных и ненасыщенных жирных кислот и их соотношению, обусловливающим стабильность липидных компонентов мембран (20, 21).

В гетеротрофных и автотрофных листьях были идентифицированы две насыщенные жирные кислоты (пальмитиновая и стеариновая) и одна ненасыщенная (линолевая). Кроме того, в водном экстракте гетеротрофных листьев мы обнаружили две насыщенные жирные кислоты — миристиновую (C 14 H 28 O 2 ) и лауриновую (C 10 H 20 O 2 ), что свидетельствует о высокой адаптивности фотосинтезирующих листьев.

Низкомолекулярные сахара и многоатомные спирты выполняют в растении защитные функции, проявляя осмопротекторные и антиоксидантные свойства, а также могут входить в состав сигнальных систем (22). Моносахариды служат источниками энергии и питательных веществ, используются как строительные блоки для синтеза полисахаридов. Группа веществ углеводного происхождения наиболее многочисленная и представлена 30 соединениями — простыми углеводами, сахарными спиртами и лактонами. Анализ компонентов углеводного происхождения в гетеротрофных листьях амаранта выявил 12 веществ углеводной природы, в том числе 2 многоатомных спирта — глицерин и рибит. В водном экстракте содержалось только 4 углеводных метаболита — лактон глюконовой кислоты, арабинопираноза, галактопираноза и рибоза.

Аминокислоты — важные биологически активные соединения, обладающие физиологической активностью. В живом организме они служат структурными элементами синтезируемых белковых молекул и участвуют в разнообразных реакциях обмена веществ, формировании устойчивости растений к стрессам различной природы, процессах детоксикации ксенобиотиков (23). В спиртовом экстракте гетеротрофных листьев мы выявили 6 аминокислот, из них 3 незаменимые — валин, треонин, лейцин. Следует отметить, что цистатион служит промежуточным продуктом при биосинтезе метионина.

Метаболиты терпеновой природы (борнеол, изоборнеол, дегидроабиетиновая кислота, сквален) были идентифицированы в водном экстракте, тогда как в спиртовом определены фитостеролы, участвующие в синтезе холестерина (сквален и стигмастерол). Уникальный фитостерол сквален (C 30 H 50 ), обнаруженный в гетеротрофных листьях, проявляя антиканцерогенную активность и ранозаживляющее действие в организме человека и будучи мощным антиоксидантом, способствует интенсивному метаболизму в живой клетке (24). Как компонент пищи или как специальная пищевая добавка сквален снижает содержание холестерина. Ранее мы впервые идентифицировали сквален в водном экстракте из листьев амаранта Amaranthus tricolor L. сорта Валентина (25). Сквален — исходное соединение, из которого образуются стероиды. В настоящее время в растениях обнаружен ряд соединений стероидной природы, которые ранее считались типичными для животных организмов, например холестерин-прегненолон и прогестерол (26).

Впервые в гетеротрофных листьях амаранта идентифицировано со- единение монопеларгонин (monononanoin) (C15H11O7), который служит промежуточным продуктом o-гликозилирования флавоноидов, относится к фенольным соединениям и обладает высокой антиоксидантной активностью (27, 28).

Характерные профили водного и спиртового экстрактов автотрофных листьев амаранта сорта Early Splendor представлены на рисунке (В, Г). Методом ГХ-МС в фотосинтезирующих зелено-фиолетовых листьях были детектированы 67 соединений, причем 59 метаболитов, выделенных из автотрофных тканей, присутствовали в спиртовом экстракте, в то время как в водном был идентифицирован 21 метаболит (см. табл.).

Следует отметить, что в автотрофных листьях присутствовало больше органических кислот, чем в гетеротрофных. В водном экстракте автотрофных листьев мы обнаружили 5 органических кислот. Известно, что в листьях амаранта вида A. tricolor синтезируются природные антимикробные вещества с антиоксидантной активностью: малат, оксалацетат, фе-рулловая, бензойная, галловая и другие органические и фенольные кислоты, которые способствуют сохранности пищевых продуктов (29-32). При этом особое внимание среди природных метаболитов амаранта привлекают вышеуказанные органические и фенольные кислоты, участвующие в метаболических процессах в клетке (33-35).

В спиртовом экстракте фотосинтезирующих листьев амаранта были обнаружены органические кислоты разной химической природы (полиоксикарбоновые и фенилкарбоновые). Например, биологически активное соединение фенилуксусная кислота (С 8 Н 8 O 2 ) служит растительным гормоном (ауксином).

Из жирных кислот пальмитиновую, стеариновую и линоленовую мы обнаружили как в водном, так и спиртовом экстрактах. Помимо этого, в водном экстракте присутствовали лауриновая и миристиновая насыщенные жирные кислоты.

В водном экстракте фотосинтезирующих листьев амаранта были идентифицированы 5 моносахаридов и многоатомный спирт рибит, в спиртовом экстракте дополнительно обнаружили эритрофуранозу и рибоновую кислоту (см. табл.). В спиртовом экстракте автотрофных листьев содержалось самое большое число моносахаридов и их производных — 24, из них 5 относилось к многоатомным спиртам: маннит, рибит, глицерин, арабитол, инозит (циклогексан-1,2,3,4,5,6-гексол) — витаминоподобное вещество (витамин B 8 ).

В составе водного и спиртового экстрактов автотрофных листьев амаранта мы обнаружили незаменимые аминокислоты валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, а также такие стресс-протекторные аминокислоты, как серин, пролин, аспарагиновая кислота, аспарагин, аланин, тирозин, тогда как в гетеротрофных листьях присутствовали 6 аминокислот.

Ранее мы показали, что в листьях овощного амаранта A. tricolor сорта Валентина содержится полный набор свободных и связанных с белком незаменимых аминокислот, а также большое количество биологически активных метаболитов с антиоксидантной активностью, определяющих фармакологическое свойство биологически активной пищевой добавки — фиточая «Амарантил» (7, 36).

В спиртовом экстракте из фотосинтезирующих листьев амаранта также был обнаружен тригонеллин — бетаин, который образуется при метилировании никотиновой кислоты и играет существенную роль в азотном обмене у растений. Никотиновая кислота служит исходным веществом для синтеза тригонеллина (31, 37).

Витамины группы Е, идентифицированные в спиртовом экстракте фотосинтезирующих листьев, будучи сильными антиокислителями, регулируют интенсивность свободно-радикальных реакций в клетке, защищая ненасыщенные жирные кислоты липидов мембран от окисления. Токоферолы снижают риск возникновения хронических свободно-радикальных патологий и уменьшают активность фермента, отвечающего за синтез холестерина (38). На основе водных и спиртовых экстрактов биологически активных метаболитов листьев амаранта, идентифицированных в настоящей работе и полученных ранее (24), можно создавать безопасные функциональные продукты и лекарственные препараты, проявляющие антиоксидантное (39), гепатопротекторное (40, 41), антидиабетическое (42, 43) действие на организм человека.

Биохимический состав низкомолекулярных биологически активных веществ, в том числе обладающих антистрессовым и фармакологическим действием, активно изучается в различных органах амаранта, но особенно в листьях (44, 45). С появлением метаболомных технологий увеличился список идентифицированных низкомолекулярных метаболитов у амаранта разных видов (46). В листьях зелено- и красноокрашенных овощных и зерновых видов амаранта обнаружены соединения, представляющие ценность не только для пищевой, но и фармакологической промышленности: сквален, инозит, глицерин, стигмастерол, линолевая кислота, глюкопираноза, манноза и др., что аналогично данным, полученным в настоящей работе.

Особый интерес представляет проблема взаимосвязи гетеро- и фо-тотрофных листьев. Метаболическое профилирование позволило установить, что в состав веществ углеводной природы гетеротрофных листьев амаранта сорта Early Splendor входило 13 из 29 веществ, присутствовавших в автотрофных листьях (см. табл.). Следует отметить, что в растении углеводы выполняют ключевую роль в качестве источников энергии и углеводных скелетов для органических соединений, запасных веществ, сигнальных молекул, а также участвуют в защитных реакциях растений при абиотических стрессах.

В состав моносахаридов в гетеротрофных листьях входили 8 соединений, что было существенно меньше по сравнению с автотрофными (13 соединений). Следует отметить, что среди последних не были идентифицированы ксилоза и талоза, которые участвуют в синтезе сложных углеводов. Выявленная способность моносахаридов экстрагироваться и водой, и спиртом из гетеротрофных (арабинопираноза и рибоза) и автотрофных (галактопираноза, галактоза, сорбофураноза и фруктофураноза) листьев указывает на амфифильные (осмопротекторные) свойства их молекул.

Метаболомное профилирование выявило 5 полициклических спиртов в фотосинтезирующих листьях, а в гетеротрофных были идентифицированы глицерин и рибит.

Моносахариды, полициклические спирты и пролин в листьях амаранта служат совместимыми осмолитами, которые способствуют поддержанию осмотического баланса клетки, стабилизации белков и клеточных структур, проявляя протекторную функцию. Однако в гетеротрофных листьях совместимых осмолитов содержалось существенно меньше по сравнению с автотрофными. Вероятно, в гетеротрофных листьях углеводы выполняют функцию сигнальных молекул и необходимы для построения мембранных структур клетки.

Представленные результаты позволяют предположить образование в гетеро- и автотрофных листьях амаранта трех пулов моносахаров и их производных, которые выполняют разные, возможно, взаимозаменяемые функции. Водорастворимый пул метаболитов углеводной природы играет определяющую роль в метаболизме клетки, обеспечивая оптимальную активность реакций обмена веществ в цитоплазме и антиоксидантную защиту. Спирторастворимый пул моносахаридов и их производных обеспечивает сохранение структур клетки и их активности. Пул амфифильных моносахаров и их производных поддерживает осмотический баланс, участвует в стабилизации белков и клеточных структур и антиоксидантной защите.

В растениях амаранта сорта Early Splendor после завершения роста главного побега и начала развития из его апекса клеток гетеротрофной ткани между красными и фотосинтезирующими листьями возникают сложные метаболические связи. Мы предполагаем, что они осуществляются за счет транспорта ассимилятов из фотосинтезирующих листьев (донор) к новообразованным растущим гетеротрофным листьям (акцептор). При этом 37 низкомолекулярных метаболитов из фотосинтезирующих листьев были обнаружены в гетеротрофных тканях красных листьев. Это вещества углеводной природы, а также органические кислоты, аминокислоты и основные жирные кислоты. Одинаковые метаболиты, обнаруженные в гетеротрофных и автотрофных листьях, видимо, служат ключевыми для формирования гетеротрофной ткани.

Таким образом, с использованием газовой хромато-масс-спектро-метрии в водных и спиртовых экстрактах фотосинтезирующих и гетеротрофных листьев амаранта сорта Early Splendor мы идентифицировали 87 низкомолекулярных метаболитов, включая органические кислоты, моносахариды и их производные, жирные кислоты, аминокислоты и вторичные соединения (фенольные соединения, терпены, гликозиды). При этом гетеротрофные листья содержат почти в 1,5 раза меньше метаболитов по сравнению с фотосинтезирующими. Наличие как неспецифических, так и специфических метаболитов, с одной стороны, указывает на тесное взаимодействие двух способов питания, с другой — на способность синтезировать и модифицировать метаболиты, что свидетельствует о частичной автономности гетеротрофных листьев. Большинство из выявленных соединений имеют пищевую и фармакологическую ценность, поэтому листья амаранта сорта Early Splendor следует рассматривать как перспективное сырье для разработки биологически активных добавок к пище и фитопрепаратов диетического и профилактического назначения. Обнаружение одинаковых метаболитов указывает на перспективность дальнейшего изучения взаимодействия автотрофной и гетеротрофной тканей.