Метаболиты автотрофных и гетеротрофных листьев амаранта Amaranthus tricolor L. сорта Early Splendor | The metabolites of autotrophic and heterotrophic leaves of Amaranthus tricolor L. Early Splendor variety

English. An important area of systemic biology (metabolomics) is the study of the composition and properties of low-molecular metabolites of agricultural plants with different modes of nutrition. The purpose of the work is to study the composition of low-molecular metabolites and to identify new biologically active metabolites antioxidants in heterotrophic and autotrophic amaranth leaves of Early Splendor variety. Experiments were carried out in 2017-2019 with amaranth plants of the Early Splendor variety at the end of flowering - the beginning of seed formation phase. The fresh red-colored heterotrophic leaves formed at the top of the main stem and the underlying photosynthetic leaves with a fully formed leaf blade were collected for analysis. The leaves were homogenized and extracted for 30 min at 24 deg C with either 96% ethanol or distilled water (leaves weighing batch: extragent 1:10). The metabolites were profiled by gas chromato-mass spectrometry method. According to the mass spectra library of the NIST-5 National Institute of Standards and Technology (USA), a total of 87 metabolites were totally identified. Heterotrophic leaves contained 19 substances in water extracts and 38 metabolites in alcohol extracts, while photosynthetic leaves contained 21 substances in the water extract and 57 metabolites in alcohol extracts. Twenty-nine identical metabolites were found in water and alcohol extracts. In heterotrophic and autotrophic amaranth leaves of Early Splendor variety squalene (C30H50) was revealed for the first time. Metabolites have been identified that are present in both autotrophic and heterotrophic amaranth leaves, which suggests a close interaction of the two types of nutrition during the appearance, growth and development of heterotrophic leaves. At the same time, photosynthesizing leaves serve as donors of key metabolites for heterotrophic leaves, while the latter are not only acceptors, but also can synthesize and modify metabolites necessary for cell formation.

Russian. Важное направление системной биологии (метаболомики) - изучение состава и свойств низкомолекулярных метаболитов с.-х. растений с разным способом питания. Цель работы - сравнительное изучение состава низкомолекулярных метаболитов и выявление новых биологически активных метаболитов-антиоксидантов в гетеротрофных и автотрофных листьях амаранта сорта Early Splendor. Объектом исследования были растения амаранта сорта Early Splendor в фазу конец цветения-начало формирования семян. Материалом служили свежие красноокрашенные гетеротрофные листья, сформированные на верхушке главного побега, и нижележащие фотосинтезирующие листья растения. Листья измельчали и проводили экстракцию 96% этанолом или дистиллированной водой при соотношении 1:10 (навеска листьев:экстрагент) и температуре 24 град. С в течение 30 мин. Анализ метаболитов выполняли методом газовой хромато-масс-спектрометрии. По библиотечным масс-спектрам базы NIST-5 National Institute of Standards and Technology (США) идентифицировали 87 метаболитов, из которых в гетеротрофных листьях содержалось 19 веществ в водных экстрактах и 38 - в спиртовых, тогда как в фотосинтезирующих листьях было определено соответственно 21 и 57 веществ. В водных и спиртовых экстрактах обнаружили 29 одинаковых метаболитов. В гетеротрофных и автотрофных листьях амаранта вида сорта Early Splendor впервые был выявлен сквален (C30H50) - биологически активное соединение, которое проявляет антиоксидантные свойства. Были идентифицированы одинаковые метаболиты, характерные для листьев амаранта с разным типом питания, что позволяет сделать предположение о тесном взаимодействии двух способов питания в период появления, роста и развития гетеротрофных листьев. При этом фотосинтезирующие листья служили донорами ключевых метаболитов для гетеротрофных листьев, тогда как последние были не только акцепторами, но и сами могли синтезировать и модифицировать метаболиты, необходимые для построения клетки.