Samara Journal of ScienceSamara Journal of ScienceСамарский научный вестник2309-43702782-3016Samara State University of Social Sciences and Education67700710.55355/snv2024134107Biological SciencesБиологические наукиResearch ArticleNitrogen-containing compounds in several lichen species – representatives of Antarctic floraАзотсодержащие соединения некоторых видов лишайников – представителей антарктической флорыTabalenkovaGalina NikolaevnaТабаленковаГалина Николаевна
Russian Federation

doctor of biological sciences, associate professor, leading researcher of Ecological Plants Physiology Laboratory

доктор биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений

tabalenkova@ib.komisc.ruSilinaEkaterina ValerievnaСилинаЕкатерина Валерьевна
Russian Federation

candidate of biological sciences, researcher of Ecological Plants Physiology Laboratory

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений

silina@ib.komisc.ruInstitute of Biology of Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут биологии Коми научного центра УрО РАН0112202413447531003202510032025Copyright ©; 2024, Tabalenkova G.N., Silina E.V.Copyright ©; 2024, Табаленкова Г.Н., Силина Е.В.2024Tabalenkova G.N., Silina E.V.Табаленкова Г.Н., Силина Е.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://snv63.ru/2309-4370/article/view/677007

Lichens are a stable, self-regulating association of fungus and algae or cyanobacteria. The composition of photobionts is associated with certain taxonomic groups of lichens. The most common groups of lichen photobionts are green algae and cyanoprokaryotes. Being well adapted, lichens play a prominent role in the Antarctic flora. The purpose of work is to study the nitrogen-containing composition of lichen thalli in the Antarctic flora. The samples of thalli were collected by doctor of biological sciences M.P. Andreev (Komarov Botanical Institute of the Russian Academy of Sciences) the January–April of 2015, 2016 and 2018 in different regions of the Antarctic. 11 lichen species with different photobiont type, including algae and/or cyanobacteria and belonging to the families Cladoniaceae, Parmeliaceae, Sphaerophoraceae, Ochrolechiaceae, Umbilicariaceae, Stereocaulaceae, Pannariaceae, and Collemataceae, were analysed. The work includes the data on the content of total nitrogen, soluble protein, free and protein amino acids in thalli of representatives of the Antarctic zone. There is a significant species variability by the content of total nitrogen, soluble protein, protein and free amino acids between thalli of Antarctic lichens. The studied parameters are found for a high variation coefficient. The median values of the samples for the content of amino acids differ from the mean values, which indicate a slight shift in the normalcy of the primary data distribution. Lichens with cyanoprokaryotes have been identified to be prominent through a higher content of total nitrogen and protein amino acids compared to lichens with green algae as photobiont. The content of protein and free amino acids is found to be closely correlated with the concentration of total nitrogen in thalli, whereas the correlation between the content of soluble protein and total nitrogen, as well as soluble protein and the sum of PAA and FAA is statistically insignificant. In general, the results obtained significantly deepen and expand the knowledge on the ecological and biological features of Antarctic lichens and their role in the nitrogen cycle of ecosystems.

Лишайники – это устойчивая, саморегулирующаяся ассоциация гриба и водорослей или цианобактерией. Состав фотобионтов связан с определенными таксономическими группами лишайников. Будучи хорошо адаптированными, лишайники играют заметную роль в антарктической флоре. В статье представлены результаты исследования азотсодержащего состава талломов лишайников представителей флоры Антарктиды. Образцы талломов отбирались д.б.н. М.П. Андреевым (Ботанический институт имени В.Л. Комарова РАН) в январе–апреле 2015, 2016 и 2018 гг. в разных районах Антарктиды. В работе использовали 11 видов лишайников, относящихся к семействам Cladoniaceae, Parmeliaceae, Sphaerophoraceae, Ochrolechiaceae, Umbilicariaceae, Stereocaulaceae, Pannariaceae, Collemataceae с разным типом фотобионта. Приведены данные о содержании в талломах лишайников общего азота, растворимого белка, свободных и белковых аминокислот. Отмечен высокий коэффициент вариации изученных показателей. Медианные значения выборки по содержанию аминокислот отличались от средних, что свидетельствует о небольшом смещении нормальности распределения первичных данных. Показано, что лишайники с цианопрокариотами отличались бóльшим содержанием общего азота и белковых аминокислот, чем лишайники с зеленой водорослью в качестве фотобионта. Установлено, что содержание белковых и свободных аминокислот коррелирует с концентрацией общего азота в талломах, тогда как корреляция между содержанием растворимого белка и общего азота, а также растворимого белка и суммы белковых и свободных аминокислот статистически незначима. В целом, полученные результаты существенно углубляют и расширяют представление об эколого-биологических особенностях лишайников Антарктиды и их роли в круговороте азота экосистем.

AntarcticaLichensthallusesmycobiontphotobionttotal nitrogensoluble proteinfree and protein amino acidsАнтарктидалишайникиталломымикобионтфотобионтобщий азотрастворимый белоксвободные и белковые аминокислотыThe work was carried out within the framework of the state budget R&D topic “Photosynthesis, respiration and bioenergetics of plants and phototrophic organisms (physiological, biochemical, molecular-genetic and ecological aspects)” (registration number 122040600021-4).Работа выполнена в рамках темы госбюджетных НИОКТР «Фотосинтез, дыхание и биоэнергетика растений и фототрофных организмов (физиолого-биохимические, молекулярно-генетические и экологические аспекты)» (регистрационный номер 122040600021-4).Андреев М.П. Лишайники Антарктики: видовой состав, история и перспективы изучения и особенности формирования синузий на орнитогенных почвах // Ботаника в современном мире: тр. XIV Съезда Русского ботанического общества и конференции «Ботаника в современном мире» (г. Махачкала, 18–23 июня 2018 г.). Т. 3: Споровые растения. Микология. Структурная ботаника. Физиология и биохимия растений. Эмбриология растений. Махачкала: Алеф, 2018. С. 7–10.Вайнштейн Е.А. Регуляторные механизмы лишайникового симбиоза // Успехи современной биологии. 1990. Т. 109, вып. 2. С. 311–320.Pichler G., Muggia L., Carniel F.C., Grube M., Kranner I. How to build a lichen: from metabolite release to symbiotic interplay // New Phytologist. 2023. Vol. 238, iss. 4. P. 1362–1378. DOI: 10.1111/nph.18780.Флора лишайников России: биология, экология, разнообразие, распространение и методы изучения лишайников / отв. ред. М.П. Андреев, Д.Е. Гимельбрант. М.; СПб.: Тов-во научных изданий КМК, 2014. 392 с.Войцeхович А.А., Михайлюк Т.И., Дариенко Т.М. Фотобионты лишайников. 1: разнообразие, экологические особенности, взаимоотношения и пути совместной эволюции с микобионтом // Альгология. 2011. Т. 21, № 1. С. 3–26.Liu X.-Q., Lee K.-S. Effect of mixed amino acids on crop growth // Agricultural Science / ed. by G. Aflakpui. InTech, 2012. P. 119–158. DOI: 10.5772/37461.Amir R. Current understanding of the factors regulating methionine content in vegetative tissues of higher plants // Amino Acids. 2010. Vol. 39, № 4. P. 917–931. DOI: 10.1007/s00726-010-0482-x.Pinheiro C., Passarinho J.A., Ricardo C.P. Effect of drought and rewatering on the metabolism of Lupinus albus organs // Journal of Plant Physiology. 2004. Vol. 161, iss. 11. P. 1203–1210. DOI: 10.1016/j.jplph.2004.01.016.Walch-Liu P., Liu L.-H., Remans T., Tester M., Forde B.G. Evidence that l-glutamate can act as an exogenous signal to modulate root growth and branching in Arabidopsis thaliana // Plant and Cell Physiology. 2006. Vol. 47, iss. 8. P. 1045–1057. DOI: 10.1093/pcp/pcj075.Forde B.G., Lea P.J. Glutamate in plants: metabolism, regulation, and signalling // Journal of Experimental Botany. 2007. Vol. 58, iss. 9. P. 2339–2358. DOI: 10.1093/ jxb/erm121.Ünal D., Uyanikgi̇l Y. UV-B induces cell death in the lichen Physcia semipinnata (J.F. Gmel) // Turkish Journal of Biology. 2011. Vol. 35, № 2. P. 137–144. DOI: 10.3906/ biy-0901-5.Chowdhury D.P., Solhaug K.A., Gauslaa Y. Ultraviolet radiation reduces lichen growth rates // Symbiosis. 2017. Vol. 73, iss. 1. P. 27–34. DOI: 10.1007/s13199-016-0468-x.Вершинина С.Э., Кравченко О.Ю. Состав аминокислот лишайника Cetraria islandica в Восточной Сибири // Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания: мат-лы докл. науч.-практ. конф. Иркутск: ИрГТУ, 2008. С. 23–25.Вершинина С.Э., Кравченко О.Ю. Аминокислотный состав двух видов лишайников рода Cetraria // Хранение и переработка сельхозсырья. 2011. № 1. С. 26–28.Табаленкова Г.Н., Далькэ И.В., Захожий И.Г. Аминокислотный состав биомассы некоторых видов лишайников таежной зоны на Европейском Северо-Востоке России // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т. 19, № 2–3. С. 556–560.Shelyakin M.A., Andreev M.P., Tabalenkova G.N., Golovko T.K. Respiratory activity of some lichen species-representatives of Antarctic flora // Contemporary Problems of Ecology. 2019. Vol. 12, iss. 4. P. 332–338. DOI: 10.1134/ s1995425519040115.Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Analytical Biochemistry. 1976. Vol. 72, iss. 1–2. P. 248–254. DOI: 10.1016/0003-2697 (76)90527-3.Пыстина Т.Н., Романов Г.Г. Видовое разнообразие цианобионтных лишайников и их азотфиксирующая активность на территории Республики Коми // Ботанический журнал. 2010. Т. 95, № 2. С. 177–187.Головко Т.К., Дымова О.В., Табаленкова Г.Н., Пыстина Т.Н. Фотосинтетические пигменты и азот в талломах лишайников бореальной флоры // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 4. С. 38–44.Nash T.H. Nutrients, elemental accumulation, and mineral cycling // Lichen biology / ed. by T.N. Nash. Cambridge University Press, 2008. P. 234–251. DOI: 10.1017/ cbo9780511790478.013.Tabuchi M., Abiko T., Yamaya T. Assimilation of ammonium ions and reutilization of nitrogen in rice (Oryza sativa L.) // Journal of Experimental Botany. 2007. Vol. 58, № 9. P. 2319–2327. DOI: 10.1093/jxb/erm016.Miller A.J., Fan X., Shen Q., Smith S.J. Amino acids and nitrate as signals for the regulation of nitrogen acquisition // Journal of Experimental Botany. 2008. Vol. 59, iss. 1. P. 111–119. DOI: 10.1093/jxb/erm208.