Заведующая лабораторией - Грабельных Ольга Ивановна, д.б.н., доцент
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., телефон: (3952) 42-46-59.

Лаборатория физиологической генетики организована в 1960 году под названием «лаборатория роста и развития растений». В первые годы существования ее возглавлял чл.-корр. АН СССР Ф.Э. Реймерс, затем с 1975 г. по 1980 г. – д.б.н. Э.Е. Хавкин. С 1981 года она получила нынешнее название и до 2018 года лабораторией заведовал д.б.н., профессор В.К. Войников. С 2018 года руководство лабораторией осуществляет д.б.н. О.И. Грабельных.

В этой лаборатории активно велись и ведутся исследования генетических и биохимических механизмов регуляции энергетического обмена в митохондриях и участия стрессовых белков в метаболизме клетки.

За прошедшие с открытия стрессовых белков растений годы достигнут несомненный прогресс. К настоящему времени точно установлено, что, как ответ растительного организма на низкотемпературный стресс, так и формирование закаленного состояния растения начинаются непосредственно с момента начала охлаждения и протекает при участии определенных белков. Кроме значительного числа вовлеченных в эти процессы ферментов, к настоящему времени выделено несколько семейств белков, специфически связанных с этими процессами. Это шапероны и дегидрины, антифризные белки, многофункциональные белки, регулирующие процессы трансляции и транскрипции и белки, разобщающие во время низкотемпературного стресса окисление и фосфорилирование.

Установлено, что синтез этих белков обеспечивается в большинстве случаев ядерными генами, экспрессия которых индуцируется во время температурного стресса и закаливания и определяется их условиями.

Установлено, что при температурных стрессах в клетках растений функционирует митохондриальный сигналинг, который включает в себя взаимодействие информационной и энергетической систем клетки. Показано, что флуктуации температуры вызывают изменения в энергетической активности митохондрий растений. Эти изменения связаны с перестройкой в составе липидов митохондриальных мембран, что, вероятно, является сигналом о начале действия температурного стресса. Происходит изменение редокс-состояния митохондриальных мембран и формируется сигнал о стрессе. После трансдукции сигнала в ядро изменяется экспрессия генов и происходит синтез стрессовых белков, которые попадают в различные компартменты клетки, изменяя ее метаболизм и устойчивость к стрессу.

Только в самые последние годы становится понятно, что у растений существуют такие биохимические механизмы защиты от низкотемпературного стресса, которые, как считалось раньше, имеются только у животных. В частности, такими механизмами являются синтез в ответ на низкотемпературный стресс у злаков антифризных белков, выполняющих функцию, сходную с той, которую, как было установлено еще в 60-е годы, эти белки выполняют у антарктических рыб. В последние годы установлено также наличие в растениях разобщающих белков, вызывающих термогенез в растительных митохондриях, хотя ранее такой механизм защиты от низкотемпературного стресса считался прерогативой теплокровных животных.

Обнаружение у растений белков, разобщающих окисление и фосфорилирование в митохондриях, объясняет ранее установленный факт термогенеза в холодоустойчивых озимых злаках во время низкотемпературного стресса. Показано наличие у злаков трех термогенных систем, связанных с разобщением окисления и фосфорилирования в митохондриях. Озимые злаки имеют многочисленные защитные системы, которые позволяют им во время холодового шока эффективно выкачивать воду из цитоплазмы в апопласт и, следовательно, избегать образования кристаллов льда внутри их клеток, а также много других защитных систем, связанных с синтезом различных классов стрессовых белков. Тем не менее, для активации всех этих систем во время низкотемпературного стресса необходимо определенное время. В этом случае быстрое разобщение окисления и фосфорилирования в митохондриях и связанный с этим процессом термогенез позволяет растению выиграть время, необходимое для активации этих систем. В связи с этим присутствие трех термогенных систем у озимых злаков является приспособлением к озимому образу жизни и способом защиты от заморозков и переохлаждения.

В целом, имеющиеся к настоящему времени результаты позволяют утверждать, что митохондриальные разобщающие белки принимают участие в защите незакаленных растений от холодового шока – быстрого снижения температуры. При этом происходит в первую очередь активация существующих систем (альтернативной оксидазы, митохондриального разобщающего белка PUMP за счет увеличения количества свободных жирных кислот и стрессового белка БХШ 310 за счет перехода из неактивной в активную форму), вызывающих термогенез и локальное повышение температуры. Это повышение температуры позволяет растениям выиграть время для адаптационной перестройки метаболизма – изменению состава и структуры мембран, транспорту необходимых метаболитов через мембраны, синтезу стрессовых белков (в том числе разобщающих белков), дегидратации клетки и т.д., что позволяет растению адаптироваться к воздействию низкой температуры. В то же время у закаленных к действию низкой температуры растений адаптационная перестройка метаболизма уже проведена, в связи с чем им нет необходимости тратить энергетические ресурсы организма на повышение температуры растения.

Таким образом, к настоящему времени выделены и охарактеризованы новые типы стрессовых белков растений – антифризные белки, предохраняющие клетки растений от повреждения кристаллами льда, молекулярные шапероны и дегидрины, предохраняющие макромолекулы от повреждения во время низкотемпературного стресса, и стрессовые разобщающие белки, позволяющие растениям поддерживать во время низкотемпературного стресса в течение некоторого времени положительную температуру, что позволяет растению подготовиться к последующему действию отрицательной температуры. Изучение разобщающих растительных белков представляет также значительный интерес в связи с теоретической возможностью использования их в качестве медицинских препаратов для регуляции энергетического обмена.

В лаборатории подготовлено и защищено несколько десятков кандидатских и докторских диссертаций.