Proceedings of the Komi Science Centre of the Ural Division of the Russian Academy of Sciences Proceedings of the Komi Science Centre of the Ural Division of the Russian Academy of Sciences Известия Коми научного центра УрО РАН 1994-5655 106054 10.19110/1994-5655-2025-7-100-108 Научные статьи Science articles Научные статьи Seasonal dynamics of dehydrins and water freezing temperatures in the thalli of the lichen Lobaria pulmonaria in the middle taiga zone Сезонная динамика дегидринов и температуры замерзания воды в талломах лишайника Lobaria pulmonaria в условиях средней тайги Головко Т. К. GOLOVKO T. K. golovko@ib.komisc.ru Коротаева Н. Е. Korotaeva N. E. Малышев Р. В. Malyshev R. V. Табаленкова Г. Н. Tabalenkova G. N. Шелякин М. А. Shelyakin M. A. Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук Сыктывкар Россия Institute of Biology, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Syktyvkar Russian Federation Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН Иркутск Россия Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences Irkutsk Russian Federation Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН Сыктывкар Россия Institute of Biology, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Syktyvkar Russian Federation Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН Сыктывкар Россия Institute of Biology, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Syktyvkar Russian Federation Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук Россия Institute of Biology, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Russian Federation 11 11 2025 11 11 2025 7 100 108 05 09 2025 22 09 2025 https://komisc.editorum.ru/en/nauka/article/106054/view

Исследовали сезонные изменения содержания белков-дегидринов, оводненности и температуры замерзания воды в лишайнике Lobaria pulmonaria (лобария легочная). Впервые идентифицировано два дегидрина с мол. массой 40 и 43 кДа. Они присутствовали в талломах в течение всего года, что свидетельствует о конститутивной экспрессии данных белков. Наименьшее их содержание отмечали в наиболее благоприятный для роста весенний период. Показано увеличение содержания этих белков при десикации талломов в дневные часы летом и их повышенный уровень при переходе к холодному времени года. Содержание воды варьировало в пределах 45–70 % сырой массы лишайников. Температура кристаллизации воды в талломах изменялась в зависимости от сезона и составляла минус 10–11о С в наиболее холодный период. При снижении температуры фазовому переходу «вода – лед» подвергалось от 25 до 45 % всей содержащейся в талломах воды. Высказано предположение о существовании связи уровня дегидринов с оводненностью и температурой замерзания воды, и об их участии в формировании фракции сильно связанной воды.

Seasonal changes in the content of dehydrin proteins, water content, and freezing point of water in the lichen Lobaria pulmonaria have been studied. Two dehydrins with mol. weight of 40 and 43 kDa have been identified for the first time. They are available in the thalli throughout the year, which indicates the constitutive expression of these proteins. The lowest content of these dehydrins has been identified for the spring period, which is the most favorable time for the lichen growth. Desiccation of the thalli in warm summer days increases the content of the proteins. The change for the cold year period also provokes an increase in their concentration. The relative water content ranges from 45 % to 70 % fresh weight of the thalli. The water crystallisation temperature varies depending on the season and is minus 10–11 °C for the coldest period. As the temperature decreases, 25–45 % of the total water content in the thalli undergoes a phase transition from water to ice. It has been suggested that the level of dehydrins correlates with the water content and freezing point of the water, and that dehydrins contribute to the formation of a fraction of the strongly bound water.

 Lobaria pulmonaria таллом белки-дегидрины содержание воды температура замерзания воды Lobaria pulmonaria thallus dehydrin proteins water content water freezing point Исследование выполнено в рамках государственного задания Минобрнауки России для ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (тема № 125020301262-2) и Федерального государственного бюджетного учреждения науки Сибирского института физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук (регистрационный номер НИОКТР – 125021902487-9). The study was carried out within the framework of the state task of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation for the Komi Science Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (registration number 125020301262-2) and the Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (registration number 125021902487-9).

Complexity of the lichen symbiosis revealed by metagenome and transcriptome analysis of Xanthoria parietina / G. Tagirdzhanova, K. Scharnag, N. Sahu [et al.] // Current Biology. – 2025. – Vol. 35. – P. 799–817. – DOI: 10.1016/j.cub.2024.12.041 Complexity of the lichen symbiosis revealed by metagenome and transcriptome analysis of Xanthoria parietina / G. Tagirdzhanova, K. Scharnag, N. Sahu [et al.] // Current Biology. – 2025. – Vol. 35. – P. 799–817. – DOI: 10.1016/j.cub.2024.12.041 Oliver, M. J. Desiccation-tolerance of plant tissues: a mechanistic overview / M. J. Oliver, J. D. Bewley // Horticultural Reviews. John Wiley & Sons, 1996. – P. 171–213. – DOI: 10.1002/9780470650608.ch3 Oliver, M. J. Desiccation-tolerance of plant tissues: a mechanistic overview / M. J. Oliver, J. D. Bewley // Horticultural Reviews. John Wiley & Sons, 1996. – P. 171–213. – DOI: 10.1002/9780470650608.ch3 Kappen, L. Opportunistic growth and desiccation tolerance: the ecological success of poikilohydrous autotrophs / L. Kappen, F. Valladares // Handbook of Functional Plant Ecology / eds. F. Pugnaire, F. Valladares. – New York : Marcel Dekker, 1999. – P. 9–80. Kappen, L. Opportunistic growth and desiccation tolerance: the ecological success of poikilohydrous autotrophs / L. Kappen, F. Valladares // Handbook of Functional Plant Ecology / eds. F. Pugnaire, F. Valladares. – New York : Marcel Dekker, 1999. – P. 9–80. Пыстина, Т. Н. Лишайники таёжных лесов Европейского северо-востока: подзоны южной и средней тайги / Т. Н. Пыстина. – Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2003. – 239 с. Pystina, T. N. Lishayniki tayozhnykh lesov Yevropeyskogo Severo-Vostoka: podzony yuzhnoy i sredney taygi [Lichens of taiga forests of the European North-East: subzones of the southern and middle taiga] / T. N. Pystina. – Ekaterinburg : Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2003. – 239 p. Функциональная экология лишайника Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm. в таежной зоне на европейском северо-востоке России / Т. К. Головко, И. В. Далькэ, О. В. Дымова [и др.] // Известия Коми научного центра УрО РАН. – 2018.– № 3 (35). – С. 23–33. – DOI: 10.19110/1994-5655-2018-3-23-33 Funktsional’naya ekologiya lishaynika Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm. v tayezhnoy zone na yevropeyskom severo-vostoke Rossii [Functional ecology of the lichen Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm. in the taiga zone in the European north-east of Russia] / T. K. Golovko, I. V. Dalke, O. V. Dymova [et al.] // Proceedings of the Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. – 2018. – № 3 (35). – P. 23–33. DOI: 10.19110/1994-5655-2018-3-23-33 Photosynthetic and respiratory capacity of foliose lichen Lobaria pulmonaria throughout the annual cycle / M. A. Shelyakin, I. G. Zakhozhiy, I. V. Dalke [et al.] // Russian Journal of Plant Physiology. – 2021. – Vol. 68. – P. 1048 – 1058. – DOI: 10.1134/S1021443721060182 Photosynthetic and respiratory capacity of foliose lichen Lobaria pulmonaria throughout the annual cycle / M. A. Shelyakin, I. G. Zakhozhiy, I. V. Dalke [et al.] // Russian Journal of Plant Physiology. – 2021. – Vol. 68. – P. 1048 – 1058. – DOI: 10.1134/S1021443721060182 Plant dehydrins and stress tolerance: versatile proteins for complex mechanisms / M. Hanin, F. Brini, C. Ebel [et al.] // Plant Signal. Behav. – 2011. – Vol. 6. – P. 1503–1509. – DOI: 10.4161/psb.6.10.17088 Plant dehydrins and stress tolerance: versatile proteins for complex mechanisms / M. Hanin, F. Brini, C. Ebel [et al.] // Plant Signal. Behav. – 2011. – Vol. 6. – P. 1503–1509. – DOI: 10.4161/psb.6.10.17088 Campbell, S. A. Dehydrins: genes, proteins, and associations with phenotypic traits / S. A. Campbell, T. J. Close // New Phytol. – 1997. – Vol. 137 – P. 61–74. – DOI: 10.1046/j.1469-8137.1997.00831.x Campbell, S. A. Dehydrins: genes, proteins, and associations with phenotypic traits / S. A. Campbell, T. J. Close // New Phytol. – 1997. – Vol. 137 – P. 61–74. – DOI: 10.1046/j.1469-8137.1997.00831.x Yu, Z. Structural and functional dynamics of dehydrins: A plant protector protein under abiotic stress / Z. Yu, X. Wang, L. Zhang // Int J Mol Sci. – 2018 – Vol. 19. – P. 3420. – DOI: 10.3390/ijms19113420. Yu, Z. Structural and functional dynamics of dehydrins: A plant protector protein under abiotic stress / Z. Yu, X. Wang, L. Zhang // Int J Mol Sci. – 2018 – Vol. 19. – P. 3420. – DOI: 10.3390/ijms19113420. RcDhn5, a cold acclimation responsive dehydrin from Rhododendron catawbiense rescues enzyme activity from dehydration effects in vitro and enhances freezing tolerance in RcDhn5 overexpressing Arabidopsis plants / Y. Peng, J. L. Reyes, H. Wei [et al.] // Physiol. Plant. – 2008. Vol. 134. – P. 583–597. – DOI: 10.1111/j.1399-3054.2008.01164.x RcDhn5, a cold acclimation responsive dehydrin from Rhododendron catawbiense rescues enzyme activity from dehydration effects in vitro and enhances freezing tolerance in RcDhn5 overexpressing Arabidopsis plants / Y. Peng, J. L. Reyes, H. Wei [et al.] // Physiol. Plant. – 2008. Vol. 134. – P. 583–597. – DOI: 10.1111/j.1399-3054.2008.01164.x Cuevas-Velazquez, C. L. Dissecting the cryoprotection mechanisms for dehydrins / C. L. Cuevas-Velazquez, D. F. Rendón-Luna, A. A. Covarrubias // Front. Plant Sci. – 2014. – Vol. 5. – P. 1–6. – DOI: 10.3389/fpls.2014.00583 Cuevas-Velazquez, C. L. Dissecting the cryoprotection mechanisms for dehydrins / C. L. Cuevas-Velazquez, D. F. Rendón-Luna, A. A. Covarrubias // Front. Plant Sci. – 2014. – Vol. 5. – P. 1–6. – DOI: 10.3389/fpls.2014.00583 Дегидрины, ассоциированные с формированием морозоустойчивости березы плосколистной / А. Г. Пономарев, Т. Д. Татаринова, А. А. Перк [и др.] // Физиология растений. – 2014. – Т. 61. – С. 114–120. – DOI: 10.7868/S0015330313060092 Degidriny, associirovannye s formirovaniem morozoustojchivosti berezy ploskolistnoj [Dehydrins associated with the formation of frost resistance of flat-leaved birch] / A. G. Ponomarev, T. D. Tatarinova, A. A. Perk [et al.] // Fiziologiya rastenij [Russian Journal of Plant Physiology]. – 2014. – Vol. 61. – P. 114–120. – DOI: 10.7868/S0015330313060092 Связь дегидринов с адаптацией лиственницы Каяндера к условиям криолитозоны Якутии / Т. Д. Татаринова, А. А. Перк, А. Г. Пономарев [и др.] // Физиология растений. – 2023. – Т. 70. – С. 537–546. – DOI: 10.31857/S001533032360016X Svyaz’ degidrinov s adaptaciej listvennicy Kayandera k usloviyam kriolitozony Yakutii [The relationship of dehydrins with the adaptation of Kayander larch to the conditions of the cryolithozone of Yakutia] / T. D. Tatarinova, A. A. Perk, A. G. Ponomarev [et al.] // Fiziologiya rastenij [Russian Journal of Plant Physiology]. – 2023. – Vol. 70. – P. 537–546. – DOI: 10.31857/S001533032360016X Close, T. J. Dehydrins: emergence of a biochemical role of a family of plant dehydration proteins / T. J. Close // Physiol. Plant. – 1996. – Vol. 97. – P. 795–803. Close, T. J. Dehydrins: emergence of a biochemical role of a family of plant dehydration proteins / T. J. Close // Physiol. Plant. – 1996. – Vol. 97. – P. 795–803. Dehydration rate and time of desiccation affect recovery of the lichenic algae Trebouxia erici: alternative and classical protective mechanisms / F. Gasulla, P. Gómez de Nova, A. Esteban-Carrasco [et al.] // Planta. – 2009. – Vol. 231. – P. 195–208. – DOI: 10.1007/s00425-009-1019-y Dehydration rate and time of desiccation affect recovery of the lichenic algae Trebouxia erici: alternative and classical protective mechanisms / F. Gasulla, P. Gómez de Nova, A. Esteban-Carrasco [et al.] // Planta. – 2009. – Vol. 231. – P. 195–208. – DOI: 10.1007/s00425-009-1019-y Advances in understanding of desiccation tolerance of lichens and lichen-forming algae / F. Gasulla, E. M. del Campo, L. M. Casano [et al.] // Plants. – 2021. – Vol. 10. – P. 807. – DOI: 10.3390/plants10040807 Advances in understanding of desiccation tolerance of lichens and lichen-forming algae / F. Gasulla, E. M. del Campo, L. M. Casano [et al.] // Plants. – 2021. – Vol. 10. – P. 807. – DOI: 10.3390/plants10040807 Yoshimura, I. The genus Lobaria of Eastern Asia / I. Yoshimura // J. Hatt. Bot. Lab. – 1971. – N 34. – P. 231–264. Yoshimura, I. The genus Lobaria of Eastern Asia / I. Yoshimura // J. Hatt. Bot. Lab. – 1971. – № 34. – P. 231–264. Атлас Республики Коми по климату и гидрологии / отв. ред. А. И. Таскаев. – М.: Издательский дом «Дрофа»; Издательство «ДиК», 1997. – 115 с. Atlas Respubliki Komi po klimatu i gidrologii [Atlas of the Komi Republic on climate and hydrology] / ed. A. I. Taskaev. – Moscow: Drofa ; DiK, 1997. – 115 p. Timmons, T. M. Protein blotting and immunodetection / T. M. Timmons, B. S. Dunbar // Meth. Enzymol. – 1990. – Vol. 182. – P. 679–688. Timmons, T. M. Protein blotting and immunodetection / T. M. Timmons, B. S. Dunbar // Meth. Enzymol. – 1990. – Vol. 182. – P. 679–688. Quantitative analysis of differential dehydrin regulation in pine and spruce seedlings under water deficit / A. V. Kartashov, I. E. Zlobin, P. P. Pashkovskiy [et al.] // Plant Physiol. Biochem. – 2021. – Vol. 162. – P. 237–246. Quantitative analysis of differential dehydrin regulation in pine and spruce seedlings under water deficit / A. V. Kartashov, I. E. Zlobin, P. P. Pashkovskiy [et al.] // Plant Physiol. Biochem. – 2021. – Vol. 162. – P. 237–246. Малышев, Р. В. Определение свободной и связанной воды в растительных тканях с различным осмотическим давлением, сравнительный анализ метода высушивания над водоотнимающей средой и дифференциальной сканирующей калориметрии / Р. В. Малышев // Успехи современной биологии. – 2021 – Т. 141 – С. 164–171. – DOI: 10.31857/S004213242102006X Malyshev, R. V. Opredelenie svobodnoj i svyazannoj vody v rastitel’nyh tkanyah s razlichnym osmoticheskim davleniem, sravnitel’nyj analiz metoda vysushivaniya nad vodootnimayushchej sredoj i differencial’noj skaniruyushchej kalorimetrii [Identification of free and bound water in plant tissues with different osmotic pressures, comparative analysis of the drying method over a water-removing medium and differential scanning calorimetry] / R. V. Malyshev // Uspekhi sovremennoj biologii [Biology Bulletin Reviews]. – 2021. – Vol. 141 – P. 164–171. – DOI: 10.31857/S004213242102006X Стрессовые белки-дегидрины в хвое Pinus sylvestris L. в условиях экстремального климата Якутии / Т. Д. Татаринова, А. А. Перк, В. В. Бубякина [и др.] // Доклады Академии наук. – 2017. – Т. 473, № 2. – С. 233–236. – DOI: 10.7868/S0869565217080242 Stressovye belki-degidriny v hvoe Pinus sylvestris L. v usloviyah ekstremal’nogo klimata Yakutii [Stress related dehydrins in pine needles of Pinus sylvestris L. in the conditions of Yakutia’s extreme climate] / T. D. Tatarinova, A. A. Perk, V. V. Bubyakina [et al.] //Doklady Biological Sciences. – 2017. – Vol. 473, № 2. – P. 233–236. – DOI: 10.7868/S0869565217080242 Особенности стрессовых белков-дегидринов березы Betula L. в условиях криолитозоны / Т. Д. Татаринова, А. А. Перк, А. Г. Пономарев [и др.] // Сибирский лесной журнал. – 2020. – № 2. – С. 21–30. – DOI: 10.15372/SJFS20200203 Osobennosti stressovyh belkov-degidrinov berezy Betula L. v usloviyah kriolitozony [Features of stress related dehydrins in Betula L. in cryolithozone conditions] / T. D. Tatarinova, A. A. Perk, A. G. Ponomarev [et al.] // Sibirskij lesnoj zhurnal [Siberian Journal of Forest Science]. – 2020. – № 2. – P. 21–30. – DOI: 10.15372/SJFS20200203 Дегидрины в адаптации сосны обыкновенной и ели сибирской к условиям произрастания в период вегетации / Н. Е. Коротаева, М. В. Иванова, Г. Г. Суворова, [и др.] // Сибирский лесной журнал. – 2020. – № 6. – С. 54–63 – DOI: 10.15372/SJFS20200605 Degidriny v adaptacii sosny obyknovennoj i eli sibirskoj k usloviyam proizrastaniya v period vegetacii [Dehydrins in the adaptation of common pine and Siberian spruce to growing conditions during vegetation period] / N. E. Korotaeva, M. V. Ivanova, G. G. Suvorova [et al.] // Sibirskij lesnoj zhurnal [Siberian Journal of Forest Science]. – 2020. – № 6. – P. 54–63. – DOI: 10.15372/SJFS20200605 Taxonomic revision and species delimitation of coccoid green algae currently assigned to the genus Dictyochloropsis (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) / P. Škaloud, T. Friedl, C. Hallmann [et al.] // J Phycol. – 2016. – Vol. 52. – P. 599–617. – DOI: 10.1111/jpy.12422 Taxonomic revision and species delimitation of coccoid green algae currently assigned to the genus Dictyochloropsis (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) / P. Škaloud, T. Friedl, C. Hallmann [et al.] // J Phycol. – 2016. – Vol. 52. – P. 599–617. – DOI: 10.1111/jpy.12422 Strimbeck, G. R. Order in chaos: Lesser-conserved and repeat structures in dehydrins / G. R. Strimbeck // Biomolecules. – 2025. – Vol. 15. – P. 137. – DOI: 10.3390/biom15010137 Strimbeck, G. R. Order in chaos: Lesser-conserved and repeat structures in dehydrins / G. R. Strimbeck // Biomolecules. – 2025. – Vol. 15. – P. 137. – DOI: 10.3390/biom15010137 Close, T. J. An osmotic stress protein of cyanobacteria is immunologically related to plant dehydrins / T. J. Close, P. J. Lammers // Plant Physiol. – 1993. – Vol. 101. – P. 773 –779. – DOI: 10.1104/pp.101.3.773 Close, T. J. An osmotic stress protein of cyanobacteria is immunologically related to plant dehydrins / T. J. Close, P. J. Lammers // Plant Physiol. – 1993. – Vol. 101. – P. 773 – 779. – DOI: 10.1104/pp.101.3.773 Abba, S. A dehydration-inducible gene in the truffle Tuber borchii identifies a novel group of dehydrins / S. Abba, S. Ghignone, P. Bonfante // BMC Genomics. – 2006. – Vol. 7 – P. 39. – DOI: 10.1186/1471-2164-7-39 Abba, S. A dehydration-inducible gene in the truffle Tuber borchii identifies a novel group of dehydrins / S. Abba, S. Ghignone, P. Bonfante // BMC Genomics. – 2006. – Vol. 7 – P. 39. – DOI: 10.1186/1471-2164-7-39 Dehydrin-like proteins in the necrotrophic fungus Alternaria brassicicola have a role in plant pathogenesis and stress response/ S. Pochon, P. Simoneau, S. Pigné [et al.] // PLoS One. – 2013. – Vol. 8. – P. e75143. – DOI: 10.1371/journal.pone.0075143 Dehydrin-like proteins in the necrotrophic fungus Alternaria brassicicola have a role in plant pathogenesis and stress response/ S. Pochon, P. Simoneau, S. Pigné [et al.] // PLoS One. – 2013. – Vol. 8. – P. e75143. – DOI: 10.1371/journal.pone.0075143 Schroeter, B. Water relations in lichens at subzero temperatures: structural changes and carbon dioxide exchange in the lichen Umbilicaria aprina from continental Antarctica / B. Schroeter, C. Scheidegger // New Phytol. – 1995. – Vol. 131. – P. 273–285. – DOI: 10.1111/j.1469-8137.1995.tb05729.x Schroeter, B. Water relations in lichens at subzero temperatures: structural changes and carbon dioxide exchange in the lichen Umbilicaria aprina from continental Antarctica / B. Schroeter, C. Scheidegger // New Phytol. – 1995. – Vol. 131. – P. 273–285. – DOI: 10.1111/j.1469-8137.1995.tb05729.x Harańczyk, H. Deep dehydration of Umbilicaria aprina thalli observed by proton NMR and sorption isotherm / H. Harańczyk, M. Bacior, M. A. Olech // Antarctic Science. – 2008. – Vol. 20. – P. 527–535. – DOI: 10.1017/S0954102008001363 Harańczyk, H. Deep dehydration of Umbilicaria aprina thalli observed by proton NMR and sorption isotherm / H. Harańczyk, M. Bacior, M. A. Olech // Antarctic Science. – 2008. – Vol. 20. – P. 527–535. – DOI: 10.1017/S0954102008001363 Алаудинова, Е. В. Экологические особенности низкотемпературной адаптации лесообразующих хвойных видов Сибири: структурно-химические изменения меристем почек: автореф. дис. ... д-ра биол. наук / Е. В. Алаудинова. – Красноярск, 2011. – 36 с. Alaudinova, E. V. Ekologicheskie osobennosti nizkotemperaturnoj adaptacii lesoobrazuyushchih hvojnyh vidov Sibiri: strukturno-himicheskie izmeneniya meristem pochek [Ecological features of low-temperature adaptation of Siberian coniferous forest-forming species: structural and chemical changes in buds meristems] : extended abstract of Doctor’s thesis (Biology) / E. V. Alaudinova. – Krasnoyarsk, 2011. – 36 p.