zhrosЗерновое хозяйство РоссииGrain Economy of Russia2079-87252079-8733Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Аграрный научный центр "Донской»10.31367/2079-8725-2025-100-5-5-12zhros-3223Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙPLANT BREEDING AND SEED PRODUCTION OF AGRICULTURAL CROPSАнализ нуклеотидных последовательностей и уровней экспрессии гена LEC1 у сортообразцов гороха с различным содержанием запасных белков семянAnalysis of nucleotide sequences and expression levels of the LEC1 gene in pea varieties with different percentage of seed storage proteinhttps://orcid.org/0000-0001-6246-1214ГайнуллинаК. П.GainullinaК. P.

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

лаборатория геномики растений; лаборатория селекции и семеноводства зерновых, зернобобовых, кормовых культур и экологии почв

450054; пр-кт Октября, 71/1Е; Республика Башкортостан; Уфа; 450535; ул. Тополиная, 1; Уфимский район, Чернолесовский

Candidate of Biological Sciences, senior researcher

laboratory for plant genomics; laboratory for breeding and seed production of grain, leguminous, feed crops and soil ecology

450054; Oktyabrya Avenue, 71, lit. 1E; Republic of Bashkortostan; Ufa; 450535; Topolinaya Str., 1; Republic of Bashkortostan; Ufa region; Chernolesovsky

karina28021985@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1070-0804ЗаикинаЕ. А.ZaikinaE. A.

кандидат биологических наук, научный сотрудник

лаборатория геномики растений

450054; пр-кт Октября, 71/1Е; Республика Башкортостан; Уфа

Candidate of Biological Sciences, researcher

laboratory for plant genomics

450054; Oktyabrya Avenue, 71, lit. 1E; Republic of Bashkortostan; Ufa

evisheva@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1564-164XКулуевБ. Р.KuluevB. R.

доктор биологических наук, заведующий лабораторией

лаборатория геномики растений

450054; пр-кт Октября, 71/1Е; Республика Башкортостан; Уфа

Doctor of Biological Sciences, head of the laboratory

laboratory for plant genomics

450054; Oktyabrya Avenue, 71, lit. 1E; Republic of Bashkortostan; Ufa

kuluev@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7421-869XДавлетовФ. А.DavletovF. A.

доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией, главный научный сотрудник

лаборатория селекции и первичного семеноводства зернобобовых и крупяных культур; лаборатория селекции и семеноводства зерновых, зернобобовых, кормовых культур и экологии почв

450535; ул. Тополиная, 1; Уфимский район, Чернолесовский; 450059; ул. Рихарда Зорге, 19; Республика Башкортостан, Уфа

Doctor of Agricultural Sciences, head of the laboratory, chief researcher

laboratory for breeding and primary seed production of legumes and groats; laboratory for breeding and seed production of grain, leguminous, feed crops and soil ecology

450535; Topolinaya Str., 1; Republic of Bashkortostan; Ufa region; Chernolesovsky; 450059; RikhardZorge Str., 191; Republic of Bashkortostan, Ufa

davletovfa@mail.ruИнститут биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Опытная станция «Уфимская» – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наукРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics, a separate structural subdivision of the FSBSI of the Ufa Federal Research Center of the RAS; Experimental Station “Ufimskaya”, a separate structural subdivision of the FSBSI of the Ufa Federal Research Center of the RASRussian FederationИнститут биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наукРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics, a separate structural subdivision of the FSBSI of the Ufa Federal Research Center of the RASRussian FederationОпытная станция «Уфимская» – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наукРоссияExperimental Station “Ufimskaya”, a separate structural subdivision of the FSBSI of the Ufa Federal Research Center of the RAS; Bashkiria Research Institute of Agriculture, a separate structural subdivision of the FSBSI of the Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202509112025175512Copyright © Гайнуллина К.П., Заикина Е.А., Кулуев Б.Р., Давлетов Ф.А., 20252025Гайнуллина К.П., Заикина Е.А., Кулуев Б.Р., Давлетов Ф.А.Gainullina К.P., Zaikina E.A., Kuluev B.R., Davletov F.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zhros.online/jour/article/view/3223

   Горох посевной является одним из лучших источников растительного белка, содержащего все незаменимые аминокислоты. Генетические детерминанты, контролирующие биосинтез и накопление запасных белков у семян гороха, в настоящее время остаются малоизученными. Известно, что данные процессы, наряду с развитием и созреванием семян, регулируются генами транскрипционных факторов LEC1, LEC2, ABI3, FUS3.

   В связи с этим целью нашего исследования стал анализ нуклеотидных последовательностей кодирующего участка гена LEC1 и уровней его экспрессии у высоко- и низкобелковых сортообразцов для поиска молекулярных маркеров, ассоциированных с содержанием протеина в семенах гороха.

   Опыты проводили в 2021–2024 годах. Материалом исследования послужили 110 сортов и линий гороха из коллекции ВИР. Содержание запасных белков семян определяли по методу Бредфорда. Выделение ДНК проводили набором «Genomic DNA PurificationKit» («ThermoFisherScientific», США). Праймеры к гену LEC1 были подобраны впервые с помощью программы «PrimerSelect» («DNAStar», США). Секвенирование выполняли на генетическом анализаторе «ABI Prism 3500» («AppliedBiosystems», США). Нуклеотидные последовательности анализировали с помощью программы «MegAlign» («DNAStar», США). В результате исследования нами были отобраны две группы, включающие 12 сортов и линий гороха с высоким (23,5 ± 0,4 – 26,1 ± 0,5 %) и 10 – с низким (18,0 ± 0,3 – 19,7 ± 0,3 %) содержанием белка в семенах. Сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей гена LEC1 у высоко- и низкобелковых сортообразцов позволил выявить ранее неописанные однонуклеотидные замены в позициях 884 (G/A), 1041 (C/T), 1076 (C/T), 1201 (T/C), 1268 (G/T) п.н. и инсерцию в позиции 696/697 (С) п.н. Установлено, что на ранней стадии развития семян (5-е сутки после опыления) у большинства низкобелковых сортов и линий гороха уровни экспрессии гена транскрипционного фактора LEC1 были достоверно выше, чем у высокобелковых.

   Peas is one of the best sources of plant protein containing all essential amino acids. Genetic determinants that control biosynthesis and accumulation of seed storage proteins in peas currently remain poorly studied. It is knownthat these processes, along with seed development and maturation, are regulated by the genes of transcription factors LEC1, LEC2, ABI3, FUS3.

   In this regard, the purpose of the current study was to analyze the nucleotide sequences of the coding region of the LEC1 gene and its expression levels in high- and low-protein varieties to identify molecular markers associated with protein percentage in pea seeds.

   The experiments were carried out in 2021–2024. The study material was 110 pea varieties and lines from the VIR collection. The percentage of seed storage protein was determined using the Bradford method. DNA was isolated using the Genomic DNA Purification Kit (“Thermo Fisher Scientific”, USA). Primers for the LEC1 gene were first selected using the PrimerSelect program (“DNAStar”, USA). Sequencing was performed on an ABI Prism 3500 genetic analyzer (“Applied Biosystems”, USA). Nucleotide sequences were analyzed using the MegAlign program (“DNAStar”, USA). As a result, there have been selected two groups, including 12 pea varieties and lines with high (23.5 ± 0.4 – 26.1 ± 0.5 %) and 10 with low (18.0 ± 0.3 – 19.7 ± 0.3 %) protein percentage in seeds. Comparative analysis of the nucleotide sequences of the LEC1 gene in high- and low-protein variety samples has allowed identifying previously undescribed single nucleotide substitutions at positions 884 (G/A), 1041 (C/T), 1076 (C/T), 1201 (T/C), 1268 (G/T) bp and an insertion at position 696/697 (C) bp.There has been found that at the early stage of seed development (the 5th day after pollination) of the most low-protein pea varieties and lines the expression levels of the gene of the transcription factor LEC1 were significantly higher than in the high-protein pea varieties.

Pisumsativum L.запасные белки семянтранскрипционные факторыLEC1генетический полиморфизмPisumsativum L.seed storage proteintranscription factorsLEC1genetic polymorphismИсследование Кулуева Б. Р., Заикиной Е. А. выполнено в рамках государственного задания Минобрнауки России № 1022040500031-4, работы Гайнуллиной К. П., Давлетова Ф. А. поддержаны грантом Минобрнауки России № 075-15-2025-180 от 17 апреля 2025 годаThe research by Kuluev B. R. and Zaikina E. A. was carried out as part of the state assignment of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation No. 1022040500031-4, and the research by Gainullina K. P. and Davletov F. A. was supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation grant No. 075-15-2025-180 on April 17, 2025ReferencesБобков С. В., Уварова О. В. Накопление запасных веществ в семенах дикого и культурного гороха // Земледелие. 2021. № 4. С. 24–27. DOI: 10.24411/0044-3913-2021-10406Bobkov S. V., Uvarova O. V. Nakoplenie zapasnykh veshchestv v semenakh dikogo i kul'turnogo gorokha [Accumulation of reserve substances in seeds of wild and cultivated peas] // Zemledelie. 2021. № 4. S. 24–27. DOI: 10.24411/0044-3913-2021-10406Браилова И. С., Филатова И. А., Юрьева Н. И., Белоусова Ю. В. Оценка перспективных сортообразцов гороха по качеству и взаимосвязь биохимических показателей с урожайностью и массой 1000 зерен// Зернобобовые и крупяные культуры. 2020. № 3(35). С. 20–25. DOI: 10.24411/2309-348X-2020-11180Brailova I. S., Filatova I. A., Yur'eva N. I., Belousova Yu. V. Otsenka perspektivnykh sortoobraztsov gorokha po kachestvu i vzaimosvyaz' biokhimicheskikh pokazatelei s urozhainost'yu i massoi 1000 zeren [Estimation of promising pea varieties according to quality and correlation of biochemical indicators with productivity and 1000-grain weight] // Zernobobovye i krupyanye kul'tury. 2020. № 3(35). S. 20–25. DOI: 10.24411/2309-348X-2020-11180Гайнуллина К. П., Румянцев С. Д., Давлетов Ф. А., Кулуев Б. Р. Анализ нуклеотидных последовательностей кодирующего участка гена ABI3 у сортообразцов гороха с различным содержанием запасных белков семян // Зерновое хозяйство России. 2023. Т. 15, № 2. С. 34–40. DOI: 10.31367/2079-8725-2023-85-2-34-40Gainullina K. P., Rumyantsev S. D., Davletov F. A., Kuluev B. R. Analiz nukleotidnykh posledovatel'nostei kodiruyushchego uchastka gena ABI3 u sortoobraztsov gorokha s razlichnym soderzhaniem zapasnykh belkov semyan [Analysis of nucleotide sequences of the coding region of the ABI3 gene in pea varieties with different percentage of seed reserve proteins] // Zernovoe khozyaistvo Rossii. 2023. T. 15, № 2. S. 34–40. DOI: 10.31367/2079-8725-2023-85-2-34-40Голопятов М. Т., Кондрашин Б. С.Качество зерна сортов гороха, различающихся по архитектонике листового аппарата, в зависимости от уровня применения минеральных удобрений // Зернобобовые и крупяные культуры. 2020. № 1(33). С. 24– 29. DOI: 10.24411/2309-348X-2020-11150Golopyatov M. T., Kondrashin B. S. Kachestvo zerna sortov gorokha, razlichayushchikhsya po arkhitektonike listovogo apparata, v zavisimosti ot urovnya primeneniya mineral'nykh udobrenii [Grain quality of pea varieties differing in the architectonics of the foliar apparatus, depending on the level of application of mineral fertilizers] // Zernobobovye i krupyanye kul'tury. 2020. № 1(33). S. 24–29. DOI: 10.24411/2309-348X-2020-11150Клочков А. В., Соломко О. Б., Клочкова О. С. Влияние погодных условий на урожайность сельскохозяйственных культур // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 2. С. 101–105.Klochkov A. V., Solomko O. B., Klochkova O. S. Vliyanie pogodnykh uslovii na urozhainost' sel'skokhozyaistvennykh kul'tur [The effect of weather conditions on productivity of agricultural crops] // Vestnik Belorusskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2019. № 2. S. 101–105.Фадеева А. Н., Шурхаева К. Д. Адаптивные свойства сортов гороха селекции Татарского НИИСХ // Зернобобовые и крупяные культуры. 2021. № 4(40). С. 5–14. DOI: 10.24412/2309-348X-2021-4-5-14Fadeeva A. N., Shurkhaeva K. D. Adaptivnye svoistva sortov gorokha selektsii Tatarskogo NIISKh [Adaptive properties of pea varieties developed by the Tatar RIA -14] // Zernobobovye i krupyanye kul'tury. 2021. № 4(40). S. 5–14. DOI: 10.24412/2309-348X-2021-4-5-14Bradford, 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. № 72(1–2). P. 248–254. DOI: 10.1006/abio.1976.9999Bradford, 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. № 72(1–2). P. 248–254. DOI: 10.1006/abio.1976.9999Malovichko Y. V., Shtark O. Y., Vasileva E. N., Nizhnikov A. A., Antonets K. S. Transcriptomic insights into mechanisms of early seed maturation in the garden pea (Pisumsativum L.) // Cells. 2020. № 9(3). P. 779–810. DOI: 10.3390/cells9030779Malovichko Y. V., Shtark O. Y., Vasileva E. N., Nizhnikov A. A., Antonets K. S. Transcriptomic insights into mechanisms of early seed maturation in the garden pea (Pisum sativum L.) // Cells. 2020. № 9(3). P. 779–810. DOI: 10.3390/cells9030779Verma S., Attuluri V. P. S., Robert H. S. Transcriptional control of Arabidopsis seed development // Planta. 2022. Vol. 255, Article number: 90. DOI: 10.1007/s00425-022-03870-xVerma S., Attuluri V. P. S., Robert H. S. Transcriptional control of Arabidopsis seed development // Planta. 2022. Vol. 255, Article number: 90. DOI: 10.1007/s00425-022-03870-xVetrici M. A., Yevtushenko D. P., Misra S.Overexpression of douglas-fir LEAFY COTYLEDON1 (PmLEC1) in Arabidopsis induces embryonic programs and embryo-likestructures in the lec1-1 mutant but not in wild type plants // Plants. 2021. № 10(8). Article number: 1526. DOI: 10.3390/plants10081526Vetrici M. A., Yevtushenko D. P., Misra S. Overexpression of douglas-fir LEAFY COTYLEDON1 (PmLEC1) in Arabidopsis induces embryonic programs and embryo-likestructures in the lec1-1 mutant but not in wild type plants // Plants. 2021. № 10(8). Article number: 1526. DOI: 10.3390/plants10081526

The authors declare that there are no conflicts of interest present.