Relationship of the Anthocyanian Content with the Expression Level of the Anthocyanian Biosynthesis Pathway Regulatory and Structural Genes in Capsicum L. Species

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this study, the content of anthocyanins and the expression pattern of regulatory (CaMYB113, CaMYB1, and CaMYB1-like) and structural (CaCHS, CaCHI, CaF3H, CaDFR, CaANS, CaUFGT1, and CaGSTF12) genes of the anthocyanin biosynthesis pathway in leaves, flower petals, and peel of unripe fruits of pepper Capsicum frutescens L. cultivars (Samotsvet, Rozhdestvenskii buket and Eureka), which differ in the pattern of anthocyanin-mediated pigmentation of aboveground organs. A positive correlation was found between the levels of CaCHS, CaF3H, CaDFR, CaANS, and CaCSTF12 transcripts with the amount of anthocyanins in the leaves of these cultivars. It was shown that out of three regulatory genes only CaMYB113 is expressed. Using ten cultivars of three Capsicum species as an example, the presence of 5'-UTR in CaMYB113 mRNA was confirmed. The second variant of the CaMYB113 allele with the insertion of the LINE-1 retrotransposon in intron I was found in the genome of cv. Rozhdestvensky buket and Samotsvet with purple color of the analyzed organs.

About the authors

M. A. Filyushin

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences,

Author for correspondence.
Email: michel7753@mail.ru
Russia, 119071, Moscow

A. V. Shchennikova

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences,

Email: michel7753@mail.ru
Russia, 119071, Moscow

E. Z. Kochieva

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences,

Email: michel7753@mail.ru
Russia, 119071, Moscow

References

  1. Moscone E.A., Scaldaferro M.A., Grabiele M. et al. The evolution of chili peppers (Capsicum – Solanaceae): A cytogenetic perspective // Acta Hortic. 2007. V. 745. P. 137–170. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2007.745.5
  2. García C.C., Barfuss M.H., Sehr E.M. et al. Phylogenetic relationships, diversification and expansion of chili peppers (Capsicum, Solanaceae) // Ann. Bot. 2016. V. 118. № 1. P. 35–51. https://doi.org/10.1093/aob/mcw079
  3. Mateos R.M., Jiménez A., Román P. et al. Antioxidant systems from pepper (Capsicum annuum L.): Involvement in the response to temperature changes in ripe fruits // Int. J. Mol. Sci. 2013. V. 14. P. 9556–9580. https://doi.org/10.3390/ijms14059556
  4. Borovsky Y., Oren-Shamir M., Ovadia R. et al. The A locus that controls anthocyanin accumulation in pepper encodes a MYB transcription factor homologous to Anthocyanin2 of Petunia // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 109. P. 23–29. https://doi.org/10.1007/s00122-004-1625-9
  5. Филюшин М.А., Джос Е.А., Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Зависимость окраски плодов перца от соотношения основных пигментов и профиля экспрессии генов биосинтеза каротиноидов и антоцианов // Физиол. растений. 2020. Т. 67. С. 644–653. https://doi.org/10.31857/S0015330320050048
  6. Tang B., Li L., Hu Z. et al. Anthocyanin accumulation and transcriptional regulation of anthocyanin biosynthesis in purple pepper // J. Agric. Food. Chem. 2020. V. 68. P. 12152–12163. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c02460
  7. Филюшин М.А., Джос Е.А., Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Особенности экспрессии гена фактора транскрипции ANTHOCYANIN2 и его влияния на содержание антоцианов у образцов Capsicum chinense Jacq. с различной окраской плода // Генетика. 2020. Т. 56. № 10. С. 1161–1170. https://doi.org/10.31857/S0016675820090064
  8. Naing A.H., Kim C.K. Roles of R2R3-MYB transcription factors in transcriptional regulation of anthocyanin biosynthesis in horticultural plants // Plant Mol. Biol. 2018. V. 98. P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s11103-018-0771-4
  9. Ma Y., Ma X., Gao X. et al. Light induced regulation pathway of anthocyanin biosynthesis in plants // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. https://doi.org/10.3390/ijms222011116
  10. Pérez-Díaz R., Madrid-Espinoza J., Salinas-Cornejo J. et al. Differential roles for VviGST1, VviGST3, and VviGST4 in proanthocyanidin and anthocyanin transport in Vitis vinifera // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01166
  11. Ramsay N.A., Glover B.J. MYB-bHLH-WD40 protein complex and the evolution of cellular diversity // Trends Plant Sci. 2005. V. 10. P. 63.
  12. Wang Y., Liu S., Wang H. et al. Identification of the regulatory genes of UV-B-induced anthocyanin biosynthesis in pepper Fruit. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. https://doi.org/10.3390/ijms23041960
  13. Chaim A.B., Borovsky Y., De Jong W., Paran I. Linkage of the A locus for the presence of anthocyanin and fs10.1, a major fruit-shape QTL in pepper // Theor. Appl. Genet. 2003. V. 106. P. 889–894.
  14. Wang D., Bosland P.W. The genes of Capsicum // HortScience. 2006. V. 41. P. 1169–1187.
  15. Borovsky Y., Oren-Shamir M., Ovadia R. et al. The A locus that controls anthocyanin accumulation in pepper encodes a MYB transcription factor homologous to Anthocyanin2 of Petunia // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 109. P. 23–29. https://doi.org/10.1007/s00122-004-1625-9
  16. Albert N.W., Lewis D.H., Zhang H. et al. Members of an R2R3-MYB transcription factor family in Petunia are developmentally and environmentally regulated to control complex floral and vegetative pigmentation patterning // Plant J. 2011. V. 65. P. 771–784. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2010.04465.x
  17. Liu Y., Lin-Wang K., Espley R.V. et al. Functional diversification of the potato R2R3-MYB anthocyanin activators AN1, MYBA1, and MYB113 and their interaction with basic helix-loop-helix cofactors // J. Exp. Bot. 2016. V. 67. P. 2159–2176. https://doi.org/10.1093/jxb/erw014
  18. Strygina K.V., Kochetov A.V., Khlestkina E.K. Genetic control of anthocyanin pigmentation of potato tissues // BMC Genet. 2019. V. 20. Article 27. https://doi.org/10.1186/s12863-019-0728-x
  19. Shi S., Liu Y., He Y. et al. R2R3-MYB transcription factor SmMYB75 promotes anthocyanin biosynthesis in eggplant (Solanum melongena L.) // Scientia Horticulturae. 2021. V. 282. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110020
  20. Ohno S., Ueno M., Doi M. Differences in the CaMYBA genome between anthocyanin-pigmented cultivars and non-pigmented cultivars in pepper (Capsicum annuum) // Hort. J. 2020. V. 89. P. 30–36. https://doi.org/10.2503/hortj.UTD-097
  21. Zhou Y., Mumtaz M.A., Zhang Y. et al. Response of anthocyanin biosynthesis to light by strand-specific transcriptome and miRNA analysis in Capsicum annuum // BMC Plant Biol. 2022. V. 22. Article 79. https://doi.org/10.1186/s12870-021-03423-6
  22. Jung S., Venkatesh J., Kang M.Y. et al. A non-LTR retrotransposon activates anthocyanin biosynthesis by regulating a MYB transcription factor in Capsicum annuum // Plant Sci. 2019. V. 287. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.110181
  23. Филюшин М.А., Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Характеристика генов антоцианидин-3-О-глюкозилтрансфераз перца (Capsicum spp.) и их роль в биосинтезе антоцианов // Генетика. 2023. Т. 59. № 5. С. 517–529.
  24. Solovchenko A.E., Chivkunova O.B., Merzlyak M.N., Reshetnikova I.V. A spectrophotometric analysis of pigments in apples // Rus. J. Plant Phys. 2001. V. 48. № 5. P. 693–700.
  25. Филюшин М.А., Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Содержание антоцианов в плодах видов Capsicum коррелирует с уровнями транскрипции структурных и регуляторных генов флавоноидного пути // Физиол. растений. 2023. Т. 70. С. 36–44. https://doi.org/10.31857/S001533032260036X
  26. Liu W., Feng Y., Yu S. et al. The flavonoid biosynthesis network in plants // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. https://doi.org/10.3390/ijms222312824
  27. Schreiber G., Reuveni M., Evenor D. et al. ANTHOCYANIN1 from Solanum chilense is more efficient in accumulating anthocyanin metabolites than its Solanum lycopersicum counterpart in association with the ANTHOCYANIN FRUIT phenotype of tomato // Theor. Appl. Genet. 2012. V. 124. P. 295–307. https://doi.org/10.1007/s00122-011-1705-6

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (949KB)
Indexing metadata
3.

Download (599KB)
Indexing metadata
4.

Download (395KB)
Indexing metadata
5.

Download (83KB)
Indexing metadata
6.

Download (451KB)
Indexing metadata
7.

Download (747KB)
Indexing metadata
8.

Download (171KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 М.А. Филюшин, А.В. Щенникова, Е.З. Кочиева

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».