Метаболомика растений: роль первичных и вторичных метаболитов в защите от различных факторов окружающей среды

Несколько видов стресса окружающей среды, включая биотические и абиотические факторы, неблагоприятно влияют на рост и развитие сельскохозяйственных культур, снижая их урожайность. Однако абиотические факторы, такие как засуха, засоление, холод, жара, ультрафиолетовое излучение, активные формы кислорода, металлы в следовых концентрациях и pH почвы, особенно разрушительны и во всём мире приводят к снижению урожайности. По оценкам, более 50% потерь урожая обусловлено абиотическим стрессом. Кроме того, эти факторы вызывают физиологические и биохимические изменения в растениях. Реакция разных видов растений на такой стресс представляет собой сложное явление с индивидуальными особенностями у каждого вида. Показано также, что абиотические факторы стимулируют многогеновые реакции, изменяя накопление первичных и вторичных метаболитов. Метаболомика — перспективный подход к изучению устойчивости растений к биотическому и абиотическому стрессу. Исследование метаболомного профиля выявило различные типы накапливающихся в растениях метаболитов, включая аминокислоты, углеводы, фенольные соединения, полиамины, терпены и другие. Среди них первичные метаболиты, такие как аминокислоты, углеводы, липиды, полиамины и глицин-бетаин, считаются основными факторами, обеспечивающими защиту растений от различных стрессовых воздействий окружающей среды благодаря их роли осмолитов и осмопротекторов. Напротив, вторичные метаболиты растительного происхождения, например фенольные соединения, терпеноиды и азотсодержащие соединения (алкалоиды), не играют непосредственной роли в росте и развитии растений. Тем не менее они могут выполнять значимую защитную функцию, предохраняя растения от биотических факторов, таких как травоядные животные, насекомые и патогены. Кроме того, они способны повышать устойчивость к абиотическим факторам. Поэтому методы метаболомики приобретают всё большее значение для выявления различных фитохимических соединений, участвующих в адаптационных реакциях растений на разнообразные стимулы. Точный анализ метаболома необходим для понимания основ физиологии и биохимии стресса. В этом обзоре представлены современные данные о влиянии биотических и абиотических факторов на изменение уровней различных групп метаболитов, а также рассмотрено, как первичные и вторичные метаболиты помогают растениям реагировать на эти стрессовые воздействия.