Study of  Myb114  Gene Polymorphism in the Cole Crops ( Brassica oleracea  L.) in Connection with Anthocyanin Biosynthesis Regulation Based on Comparison with the MYB Factors of Vegetable Nightshades (Solanaceae)

D. A. Fateev; Фатеев Д. А.; F. A. Berensen; Беренсен Ф. А.; A. M. Artemyeva; Артемьева А. М.; O. G. Babak; Бабак О. Г.; K. K. Yatsevich; Яцевич К. К.; E. V. Drozd; Дрозд Е. В.; A. V. Kilchevsky; Кильчевский А. В.

doi:10.31857/S0016675823010046

Изучение полиморфизма гена Myb114 у культур вида капуста огородная (Brassica oleracea L.) В связи с регуляцией биосинтеза антоцианов на основе сравнения с MYB-факторами овощных пасленовых культур

Авторы: Фатеев Д.А.¹, Беренсен Ф.А.¹, Артемьева А.М.¹, Бабак О.Г.², Яцевич К.К.², Дрозд Е.В.², Кильчевский А.В.²
Учреждения:
1. Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
2. Институт генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси
Выпуск: Том 59, № 1 (2023)
Страницы: 39-49
Раздел: ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ
URL: https://journals.rcsi.science/0016-6758/article/view/134500
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016675823010046
EDN: https://elibrary.ru/CLOYTD
ID: 134500

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

С целью изучения механизма регуляции одного из древнейших у растений процессов биосинтеза антоцианов, на основе сравнения генов R2R3-MYB транскрипционных факторов (ТФ) у пасленовых (S. lycopersicum: An1, An2; S. melongena: Myb1; C. annuum: Myb113-like1 и Myb113-like2) и капустных культур выполнен поиск ортологичных последовательностей у Brassica oleracea. Выявлена наиболее близкая по нуклеотидной структуре к ранее изученным генам у пасленовых последовательность, кодирующая MYB114 ТФ. Подобраны праймеры и выполнен сравнительный анализ последовательностей гена Myb114 у овощных культур B. oleracea (разновидности капуста белокочанная, краснокочанная, листовая, цветная, брокколи, кольраби) с широким внутривидовым разнообразием по накоплению антоцианов в листьях и различных продуктовых органах – кочанах, головках (соцветиях) и стеблеплодах. По результатам выравнивания последовательностей Myb114 выявлен ряд однонуклеотидных замен, тесно коррелирующих с высоким накоплением антоцианов в листьях B. oleracea, включающих 3 SNP в экзонных областях и делецию в первом интроне размером 271 пн. Выявленные SNP ведут к замене двух аминокислот, расположенных в области ДНК-связывающих доменов, что приводит к изменению эффективности связывания данного транскрипционного фактора с промоторами структурных генов биосинтеза и снижению уровня их экспрессии у форм без антоциана в листьях по сравнению с формами с его накоплением в вегетативных частях растений. Предложен молекулярный маркер MYB114.2, который может быть использован для идентификации кочанных и листовых капуст с высоким/низким накоплением антоцианов. По аминокислотной структуре и фенотипическому проявлению (регуляция накопления антоцианов в листьях) Myb114 B. oleracea наиболее близок к аллелям Ant2 томата, Myb2 баклажана и Myb113-like2 перца. Установлена высокая степень консерватизма SANT ДНК-связывающих доменов ТФ MYB114 B. oleracea и R2R3-MYB транскрипционных факторов овощных пасленовых культур.

Ключевые слова

разновидности капусты Brassica oleracea, род Solanum, биосинтез антоцианов, R2R3-MYB транскрипционные факторы, домены ТФ, секвенирование, ДНК-маркеры.

Список литературы

Zhai R., Wang Z., Yang C. et al. PbGA2ox8 induces vascular-related anthocyanin accumulation and contributes to red stripe formation on pear fruit // Hortic Res. 2019. № 6. https://doi.org/10.1038/s41438-019-0220-9
Li H., Li Y., Yu J. et al. MdMYB8 is associated with flavonol biosynthesis via the activation of the MdFLS promoter in the fruits of Malus crabapple //Hortic. Res. 2020. № 7. https://doi.org/10.1038/s41438-020-0238-z
Mazewski C., Liang K., Gonzalez de Mejia E. Comparison of the effect of chemical composition of anthocyanin-rich plant extracts on colon cancer cell proliferation and their potential mechanism of action using in vitro, in silico, and biochemical assays // Food Chem. 2018. V. 242. P. 378–388.https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.09.086
Middleton E.Jr., Kandaswami C., Theoharides T.C. The effects of plant flavonoids on mammalian cells: Implications for inflammation, heart disease, and cancer // Pharmacol. Rev. 2000. V. 52. P. 673–751.
Albert N.W., Davies K.M., Lewis H.D. et al. A conserved network of transcriptional activators and repressors regulates anthocyanin pigmentation in eudicots // Plant Cell. 2014. V. 26. P. 962–980. https://doi.org/10.1105/tpc.113.122069
Хлесткина Е.К., Шоева О.Ю., Гордеева Е.И. Гены биосинтеза флавоноидов пшеницы // Вавилов. журн. генетики и селекции. 2017. Т. 18. № 4/1. С. 784–796.
Liu Y., Tikunov Y., Schouten R.E. et al. Anthocyanin biosynthesis and degradation mechanisms in Solanaceous Vegetables: a review // Frontiers in Chemistry. 2018. V. 6. P. 1–17. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00052
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
Xie L., Li F., Zhang S. et al. Mining for candidate genes in an introgression line by using RNA Sequencing: The anthocyanin overaccumulation phenotype in Brassica // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 1245. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01245
Guo N., Cheng F., Wu J. et al. Anthocyanin biosynthetic genes in Brassica rapa // BMC Genomics. 2014. V. 15. P. 71–81. https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-426
Petroni K., Tonelli C. Recent advances on the regulation of anthocyanin synthesis in reproductive organs // Plant Sci. 2011. V. 181. P. 219–229. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2011.05.009
Baudry A., Heim A.M., Dubreucq B. et al. TT2, TT8, and TTG1 synergistically specify the expression of BANYULS and proanthocyanidin biosynthesis in Arabidopsis thaliana // Plant J. 2004. V. 39(3). P. 366–380. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2004.02138.x
Babak O., Nikitinskaya T., Nekrashevich N. et al. Identification of DNA markers of anthocyanin biosynthesis disorders based on the polymorphism of anthocyanin 1 tomato ortholog genes in pepper and eggplant // Crop. Breed. Genet. Genom. 2020. V. 2. https://doi.org/10.20900/cbgg20200011
Chiu L.W., Zhou X., Burke S. et al. The purple cauliflower arises from activation of a MYB transcription factor // Plant Physiol. 2010. V. 154. P. 1470–1480. https://doi.org/10.1104/pp.110.164160
Yuan Y.X., Chiu L.W., Li L. Transcriptional regulation of anthocyanin biosynthesis in red cabbage // Planta. 2009. V. 230. P. 1141–1153. https://doi.org/10.1007/s00425-009-1013-4
Jin S.W., Rahim M.A., Kim H.T. et al. Molecular analysis of anthocyanin-related genes in ornamental cabbage // Genome. 2018. V. 61. P. 111–120. https://doi.org/10.1139/gen-2017-0098
Rahim M.A., Robin A.H.K., Natarajan S. et al. Identification and characterization of anthocyanin biosynthesis-related genes in Kohlrabi // Appl. Biochem. Biotechnol. 2018. V. 184. P. 1120–1141. https://doi.org/10.1007/s12010-017-2613-2
Zhang X., Zhang K., Wu J. et al. QTL-Seq and sequence assembly rapidly mapped the gene BrMYBL2.1 for the purple trait in Brassica rapa // Sci. Rep. 2020. V. 10. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58916-5
Wang J., Su T.B., Yu Y.J. Molecular characterization of BrMYB73: A candidate gene for the purple-leaf trait in Brassica rapa // Int. J. Agric. Biol. 2019. V. 22. P. 122–130. https://doi.org/10.17957/IJAB/15.1041
Zhao Z., Xiao L., Xing X. et al. Fine mapping the BjPl1 gene for purple leaf color in B2 of Brassica juncea L. through comparative mapping and whole-genome re-sequencing // Euphytica. 2017. V. 213. P. 80–90. https://doi.org/10.1007/s10681-017-1868-6
Xie Q., Hu Z., Zhang Y. et al. Accumulation and molecular regulation of anthocyanin in purple tumorous stem mustard (Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee) // J. Agric. Food Chem. 2014. V. 62. P. 7813–7821. https://doi.org/10.1021/jf501790a
Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M. Unipro UGENE: A unified bioinformatics toolkit // Bioinformatics. 2012. V. 28. P. 1166–1167. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts091
Bradbury P.J., Zhang Z., Kroon D.E. et al. TASSEL: Software for association mapping of complex traits in diverse samples // Bioinformatics. 2007. V. 23. P. 2633–2635. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btm308
Zhang B., Hu Z., Zhang Y. et al. A putative functional MYB transcription factor induced by low temperature regulates anthocyanin biosynthesis in purple kale (Brassica oleracea var. acephala f. tricolor) // Plant Cell Rep. 2012. V. 31. P. 281–289. https://doi.org/10.1007/s00299-011-1162-3
Бабак О.Г., Некрашевич Н.А., Никитинская Т.В. и др. Изучение полиморфизма генов Myb-факторов на основе сравнительной геномики овощных пасленовых культур (томат, перец, баклажан) для поиска ДНК-маркеров, дифференцирующих образцы по накоплению антоцианов // Докл. Национ. акад. наук Беларуси. 2019. Т. 63. № 6. С. 721–729. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-6-721-729
Zhang Y., Hu Z., Zhu M. et al. Anthocyanin accumulation and molecular analysis of correlated genes in purple kohlrabi (Brassica oleracea var. gongylodes L.) // J. Agr. Food Chem. 2015. V. 63. P. 4160–4169. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b00473
Kiferle C., Fantini E., Bassolino L. et al. Tomato R2R3-MYB proteins SlANT1 and SlAN2: same protein activity, different roles // PLoS One. 2015. V. 10. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0136365