Полиморфизм генов, контролирующих низкое содержание линоленовой кислоты, у линий генетической коллекции льна ВИР

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

С использованием шести поколений инцухта из 26 гетерогенных образцов льна получены 40 линий, среди которых 19 высоко- (ВЛ), 7 средне- (СЛ) и 14 низколиноленовых (НЛ). Эти линии оценены по содержанию пяти основных жирных кислот (ЖК): пальмитиновой (PAL), стеариновой, олеиновой (OLE), линолевой (LIO), линоленовой (LIN); соотношению LIO/LIN, йодному числу масла (IOD), фазам вегетационного периода (ВП) и размерам растения. Дисперсионный анализ показал достоверные отличия ВЛ-, СЛ-, НЛ-групп по PAL, OLE, LIO, LIN, LIO/LIN, IOD. Резкое снижение LIN вызывает несимметричные изменения в соотношении ЖК, корреляциях между ними и остальными признаками. Благодаря факторному анализу было обнаружено влияние двух факторов: первый — разделил линии по уровню LIN и связанных с ним признаков, второй — по ВП и OLE. Образование LIN контролируют два комплементарных гена LuFAD3A и LuFAD3B. Секвенирование первого экзона гена LuFAD3A у шести линий выявило мутацию (G255 → A255), приводящую к образованию стоп-кодона. Разработанный CAPS-маркер подтвердил гомозиготность потомков гибридов от скрещивания НЛ- (гк-391) и ВЛ-линий (гк-65, -109, -121). Показано, что потомки гибридов с линией гк-109 созревали на 8–10 дней раньше родительской НЛ-линии гк-391. С помощью CAPS-маркеров гена LuFAD3B удалось установить различия между ВЛ-, СЛ- и НЛ-линиями. В результате секвенирования первого и начала второго экзонов этого гена у трех линий (1 ВЛ, 2 НЛ) была выявлена мутация во втором сайте рестрикции, находящаяся во втором экзоне (С6 → T6) и приводящая к замене Hys → Tyr.

Об авторах

Елизавета Александровна Пороховинова

Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)»

Автор, ответственный за переписку.
Email: e.porohovinova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8328-9684
SPIN-код: 5033-3263
Scopus Author ID: 22986519000
ResearcherId: S-6756-2016

канд. биол. наук, старший научный сотрудник, отдел ГР масличных и прядильных культур

Россия, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42,44

Татьяна Васильевна Шеленга

Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)»

Email: tatianashelenga@yandex.ru
Scopus Author ID: 37069721500

канд. биол. наук, старший научный сотрудник, отдел биохимии

Россия, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42,44

Татьяна Валерьевна Матвеева

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: radishlet@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8569-6665
SPIN-код: 3877-6598
Scopus Author ID: 7006494611
ResearcherId: J-6000-2013

д-р биол. наук, профессор, кафедра генетики и биотехнологии

Россия, 199034 , г. Санкт-Петербург, Университетская набережная, 7-9

Андрей Валерьевич Павлов

Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)»

Email: avpavlov77@yandex.ru
Scopus Author ID: 22986534600

канд. с-х. наук, старший научный сотрудник, отдел ГР масличных и прядильных культур

Россия, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д.42,44

Елизавета Александровна Григорьева

Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)»

Email: e.grigoreva@vir.nw.ru

магистрант, лаборатория мониторинга генетической эрозии растительных ресурсов

Россия, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42,44

Нина Борисовна Брач

Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)»

Email: n.brutch@vir.nw.ru
SPIN-код: 1753-4382
Scopus Author ID: 26665888600

д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник, отдел ГР масличных и прядильных культур

Россия, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42,44

Список литературы

  1. Viju C, Yeung MT, Kerr WA. Post-moratorium EU regulation of genetically modified products: triffid flax. CATPRN Commissioned Paper. 2011;(3):1-30.
  2. ФАОСТАТ. Сельскохозяйственные культуры: “crops processed”, element: “Area harvested”, “Yield” crops: linseed, flax [cited 2017 Dec 15]. Available from: http://www.fao.org/faostat/ru/#data/QC. Ссылка активна на 15.12.2017.
  3. Лукомец В.М., Зеленцов С.В., Кривошлыков К.М. Перспективы и резервы расширения производства масличных культур в Российской Федерации // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. – 2015. – № 4. – С. 81–102. [Lukomets VM, Zelentsov SV, Krivoshlykov KM. Outlook and reserves the expansion of oil crops production in the Russian Federation. Oil crops. Scientific and Technical Bulletin VNIIMK. 2015;(4):81-102. (In Russ.)]
  4. Кутузова С.Н. Лен // Генетика культурных растений. – СПб.: ВИР, 1998. – C. 6–52. [Kutuzova SN. Len. In: Genetika kul'turnykh rastenii. St. Petersburg: VIR; 1998. P. 6-52. (In Russ.)]
  5. Сорта растений, включенные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию Сорта культуры «Лен-долгунец». [Sorta rasteniy, vklyuchennye v Gosudarstvennyy reestr selektsionnykh dostizheniy, dopushchennykh k ispol'zovaniyu Sorta kul'tury “Len-dolgunets” (In Russ.)]. Доступно по: http://reestr.gossort.com/reestr/ culture/133. Ссылка активна на 28.01.2018.
  6. Рожмина Т.А., Лошакова Н.И. Образцы прядильного и масличного льна (Linum usitatissimum L.) — источники эффективных генов устойчивости к фузариозному увяданию и ее зависимость от температуры // Сельскохозяйственная биология. – 2016. – Т. 51. – № 3. – С. 310–317. [Rozhmina TA, Loshakova NI. New sources of effective resistance genes to fusarium wilt in flax (Linum usitatissimum L.) depending on temperature. Agricultural biology. 2016;51(3):310-317. (In Russ.)]
  7. Каталог мировой коллекции ВИР. Лен (характеристика образцов по биохимическим показателям). – Вып. 775. – СПб.: ВИР; 2006. – 80 с. [Katalog mirovoi kollektsii VIR. Len (kharakteristika obraztsov po biokhimicheskim pokazatelyam). Issue 775. Saint Petersburg: VIR; 2006. 80 p. (In Russ.)]
  8. Тутельян В.А., Батурин А.К., Гаппаров М.Г., и др. Рациональное питание, нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации: Методические рекомендации. – М., 2008. – 39 с. [Tutel'yan VA, Baturin AK, Gapparov MG, et al. Ratsional'noye pitaniye, normy fiziologicheskikh potrebnostei v energii i pishchevykh veshchestvakh dlya razlichnykh grupp naseleniya Rossiiskoi Federatsii. Metodicheskiye rekomendatsii. Moscow; 2008. 39 p. (In Russ.)]
  9. Green AG. Genetic control of polyunsaturated fatty acid biosynthesis in flax (Linum usitatissimum) seed oil. Theor Appl Genet. 1986;72(5):654-661. https://doi.org/10.1007/BF00289004.
  10. Porokhovinova E, Shelenga T, Kosykh L, et al. Biochemical diversity of fatty acid composition in flax from VIR’s genetic collection and effect of environment on its development. Russ J Genet Appl Res. 2017;7(6):626-639. https://doi.org/10.1134/S2079059717060107.
  11. Thambugala D, Duguid S, Loewen E, et al. Genetic variation of six desaturase genes in flax and their impact on fatty acid composition. Theor Appl Genet. 2013;126(10):2627-2641. https://doi.org/10.1007/s00122-013-2161-2.
  12. Krasowska A, Dziadkowiec D, Polinceusz A, et al. Cloning of flax oleic fatty acid desaturase and its expression in yeast. J Am Oil Chem Soc. 2007;84(9):809-816. https://doi.org/10.1007/s11746-007-1106-9.
  13. Vrinten P, Hu Z, Munchinsky MA, et al. Two FAD3 desaturase genes control the level of linolenic acid in flax seed. Plant Physiol. 2005;139(1):79-87. https://doi.org/10.1104/pp.105.064451.
  14. Fofana B, Duguid S, Cloutier S. Cloning of fatty acid biosynthetic genes – ketoacyl CoA synthase, fatty acid elongase, stearoyl-ACP desaturase, and fatty acid desaturase and analysis of expression in the early developmental stages of flax (Linum usitatissimum L.) seeds. Plant Sci. 2004;166(6):1487-1496. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2004.01.025.
  15. You FM, Li P, Kumar S, et al. Genome-wide identification and characterization of the gene families controlling fatty acid biosynthesis in flax (Linum usitatissimum L.). J Proteomics Bioinform. 2014;7(10):310-326. https://doi.org/10.4172/jpb.1000334.
  16. Пороховинова Е.А. Генетический контроль морфологических признаков проростков, плода и семян у льна (Linum usitatissimum) // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2012. – Т. 16. – № 4–2. – С. 936–947. [Porokhovinova EA. Genetic control of morphological characters of seedlings, bolls, and seed in flax (Linum usitatissimum). Vavilov journal of genetics and breeding. 2012;16(4-2):936-947. (In Russ.)]
  17. Пороховинова Е.А. Изучение наследования окраски и формы цветка и семян, а также ее связи с продолжительностью фазы всходы — цветение у льна (Linum usitatissimum L.) // Научно-технический бюллетень ВНИИР им. Н.И. Вавилова. – 2000. – № 239. – С. 56–58. [Porokhovinova EA. Izuchenie nasledovaniya okraski i formy tsvetka i semyan, a takzhe ee svyazi s prodolzhitel'nost'yu fazy vskhody-tsvetenie u l'na (Linum usitatissimum L.). Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' VNIIR im. N.I. Vavilova. 2000;(239):56-58. (In Russ.)]
  18. Брач Н.Б., Пороховинова Е.А. Метод сравнительного анализа результатов изучения количественных признаков образцов, выращенных в различные годы (метод приведенных средних) // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. – 2011. – Т. 167. – С. 36–40. [Brutch NB, Porokhovinova EA. Method of comparative analysis used to access the results of evaluating quantitative characters of plant accessions grown in different years (method of reduced average values). Proceedings of applied botany, genetics and breeding. 2011;167:36-40. (In Russ.)]
  19. StatSoft, Inc. (2013) Electronic Statistics Textbook. Tulsa, OK: StatSoft. Available at: http://www.statsoft.com/textbook/. Accessed November 14, 2018.
  20. Наследов А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных. – СПб.: Речь, 2012. – 392 с. [Nasledov AD. Matematicheskiye metody psikhologicheskogo issledovaniya. Analiz i interpretatsiya dannykh. St. Petersburg: Rech'; 2012. 392 p. (In Russ.)]
  21. Ивантер Э.В., Коросов А.В. Введение в количественную биологию. – Петрозаводск: Изд-во Петрозаводского ун-та, 2003. – 203 с. [Ivanter EV, Korosov AV. Vvedeniye v kolichestvennuyu biologiyu. Petrozavodsk: Izdatel’stvo Petrozavodskogo universiteta; 2003. 203 p. (In Russ.)]
  22. Ростова Н.С. Корреляции: структура и изменчивость. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2002. – 307 с. [Rostova NS. Korrelyatsii: struktura i izmenchivost'. Saint Petersburg: Izdatel’stvo SPBGU; 2002. 307 p. (In Russ.)]
  23. Злотина М.М., Киселева А.А., Потокина Е.К. Использование аллель-специфичных маркеров генов Vrn и Ppd для экспресс-диагностики фотопериодической чувствительности и потребности в яровизации мягкой пшеницы и ячменя: Методические указания. – СПб.: ВИР, 2012. – 29 с. [Zlotina MM, Kiseleva AA, Potokina EK. Ispol'zovaniye allel'-spetsifichnykh markerov genov Vrn i Ppd dlya ekspress-diagnostiki fotoperiodicheskoi chuvstvitel'nosti i potrebnosti v yarovizatsii myagkoi pshenitsy i yachmenya. Metodicheskie ukazaniya. Saint Petersburg: VIR; 2012. 29 p. (In Russ.)]
  24. Сокорнова С.В., Гасич Е.Л., Бемова В.Д., Матвеева Т.В. Поиск и видовая идентификация патогенов природно-трансгенного вида Linaria vulgaris // Экологическая генетика. – 2018. – Т. 16. – № 1. – С. 27–34. [Sokornova SV, Gasich EL, Bemova VD, Matveeva TV. Characterization and identification of naturally transgenic species Linaria vulgaris pathogenic mycromycetes. Ecological genetics. 2018;16(2):27-34. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/ecogen16127-34.
  25. Integrated DNA technologies. Available at: https://eu.idtdna.com. Accessed November 14, 2018.
  26. Notredame C, Higgins DG, Heringa J. T-Coffee: a novel method for fast and accurate multiple sequence alignment. J Mol Biol. 2000;302(1):205-217. https://doi.org/10.1006/jmbi.2000.4042.
  27. Kumar S, Stecher G, Tamura K. MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol Biol Evol. 2016;33(7):1870-1874. https://doi.org/10.1093/molbev/msw054.
  28. Okonechnikov K, Golosova O, Fursov M, the UGENE team. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics. 2012;28(8):1166-1167. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts091.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Родословная линий гибридного происхождения, участвующих в исследовании

Скачать (173KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Доля влияния (η2) степени линоленовости (ВЛ — высоколиноленовый, СЛ — среднелиноленовый, НЛ — низколиноленовый) и случайного варьирования по результатам однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA). *различия между группами достоверны; Ho — общая высота соцветия; Ht — техническая высота соцветия; Inf — длина соцветия; T1 — продолжительность фазы всходы–цветение первого цветка; T2 — продолжительность фазы цветение первого цветка–созревание первой коробочки; Т3 — продолжительность фазы всходы–созревание первой коробочки; PAL — пальмитиновая кислота; STE — стеариновая кислота; OLE — олеиновая кислота; LIO — линолевая кислота; LIN — линоленовая кислота; IOD — йодное число; F — значение критерия Фишера; p — вероятность сходства классов (ВЛ, СЛ, НЛ); различия — достоверные различия этих классов по результатам апостериорного сравнения по критерию Тьюки для неравных выборок

Скачать (271KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Корреляционные плеяды признаков высоты растения, продолжительности фаз вегетационного периода и жирнокислотного состава масла семян у образцов льна, различающихся по уровню синтеза линоленовой кислоты: а — высоколиноленовые; б — среднелиноленовые; в — низколиноленовые. Ho — общая высота соцветия; Ht — техническая высота соцветия; Inf — длина соцветия; T1 — продолжительность фазы всходы–цветение первого цветка; T2 — продолжительность фазы цветение первого цветка–созревание первой коробочки; Т3 — продолжительность фазы всходы–созревание первой коробочки; PAL — пальмитиновая кислота; STE — стеариновая кислота; OLE — олеиновая кислота; LIO — линолевая кислота; LIN — линоленовая кислота; IOD — йодное число

Скачать (91KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение 13 изученных признаков (а) и 40 линий льна (б) в системе двух факторов. Ho — общая высота соцветия; Ht — техническая высота соцветия; Inf — длина соцветия; T1 — продолжительность фазы всходы–цветение первого цветка; T2 — продолжительность фазы цветение первого цветка–созревание первой коробочки; Т3 — продолжительность фазы всходы–созревание первой коробочки; PAL — пальмитиновая кислота; STE — стеариновая кислота; OLE — олеиновая кислота; LIO — линолевая кислота; LIN — линоленовая кислота; IOD — йодное число

Скачать (140KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Молекулярное маркирование генов LuFAD3A (а–в) и LuFAD3B (г–е): а, г — рестрикционная карта фрагмента гена; в, д — хроматограммы дикого типа (гк-2) и мутанта (гк-391), SNP отмечены стрелками; в, е — электрофореграмма продуктов рестрикции ПЦР-фрагментов. ВЛ — высоколиноленовый, СЛ — среднелиноленовый, НЛ — низколиноленовый

Скачать (331KB)
Метаданные

© Пороховинова Е.А., Шеленга Т.В., Матвеева Т.В., Павлов А.В., Григорьева Е.А., Брач Н.Б., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах