Анализ нуклеотидных последовательностей кодирующего участка гена ABI3 у сортообразцов гороха с различным содержанием запасных белков семян

Основным источником растительного протеина в мире являются зернобобовые культуры, среди которых в России наиболее распространен горох посевной. В регуляции биологических процессов, связанных с созреванием семян и накоплением в них запасных питательных веществ, в том числе белков, задействованы десятки и даже сотни генов. Исследования, проведенные на родственных гороху видах бобовых, свидетельствуют о том, что одним из генов, находящихся на высшем иерархическом уровне в этой регуляторной цепи, является ген транскрипционного фактора ABI3, однако его роль в биосинтезе и накоплении запасных белков семян остается малоизученной. Цель работы – выявление высокобелковых генотипов гороха и анализ нуклеотидных последовательностей кодирующего участка гена ABI3 для поиска возможных ДНК-полиморфизмов, ассоциированных с содержанием протеина в их семенах. Исследования проводились в 2020–2021 годах. Объектом исследования послужили 37 сортообразцов гороха посевного из коллекции генетических ресурсов зернобобовых культур ВИР. Содержание протеина в семенах определяли по методу Брэдфорда. Подбор праймеров и сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей осуществляли с помощью программ PrimerSelect и MegAlign. Секвенирование проводили по методу Сэнгера. Были выделены сортообразцы гороха с наиболее высоким (Аксайский усатый 55, Сахарный) и низким (К-8361 (ВИР), Фрегат) содержанием белка в семенах. У данных сортообразцов проведено секвенирование кодирующего участка гена ABI3. Сравнительный анализ их нуклеотидных последовательностей с аннотированной в базе данных GenBank последовательностью участка гена ABI3 выявил среди них значительную вариабельность: нуклеотидные замены, делецию 6 нуклеотидов. У высокобелкового сорта Сахарный обнаружена 9-нуклеотидная инсерция, приводящая к вставке трех дополнительных аминокислот, а у низкобелкового сорта Фрегат – однонуклеотидная инсерция, вызывающая сдвиграмки считывания. Полученные данные могут свидетельствовать о взаимосвязи между мутациями в гене ABI3 и накоплением белка в семенах гороха.

1. Гайнуллина К. П., Кулуев Б. Р., Давлетов Ф. А. Оценка генетического разнообразия сортов и линий гороха с помощью SSR-анализа // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020. Т. 181, No 3. С. 70–80. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-70-80.

2. Гайнуллина К. П., Кулуев Б. Р., Давлетов Ф. А. Создание исходного материала для селекции гороха методом химического мутагенеза и оценка его генетического разнообразия с использованием SSR-маркеров // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022. Т. 183, No 3. С. 111–122. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-3-111-122.

3. Зотиков В. И., Полухин А. А., Грядунова Н. В., Сидоренко В. С., Хмызова Н. Г. Развитие производства зернобобовых и крупяных культур в России на основе использования селекционных достижений // Зернобобовые и крупяные культуры. 2020. No 4(36). С. 5–17. DOI: 10.24411/2309-348X-2020-11198.

4. Пислегина С. С., Четвертных С. С. Влияние погодных условий на продолжительность вегетационного периода и продуктивность гороха // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2020. Т. 21, No 5. С. 521–530. DOI: 10.30766/2072-9081.2020.21.5.521-530.

5. Пономарева С. В., Селехов В. В. Влияние погодных условий на урожай и качество сортов гороха // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2017. No 1(56). С. 20–27. EDN: XVRTXB.

6. Пономарева, С. В. Оценка сортов полевого гороха (Pisum arvense L.) на содержание белка в зерне: взаимосвязи хозяйственно полезных признаков с погодно-климатическими условиями //Зерновое хозяйство России. 2020. No 2(68). С. 13–17. DOI: 10.31367/2079-8725-2020-68-2-13-17.

7. Boulard С., Fatihi А., Lepiniec L., Dubreucq B. Regulation and evolution of the interaction of the seed B3 transcription factors with NF-Y subunits // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Gene Regulatory Mechanisms. 2017. Vol. 1860, Iss. 10. P. 1069–1078. DOI: 10.1016/j.bbagrm.2017.08.008.

8. Chen M., Lin J. Y., Hur J., Pelletier J. M., Baden R., Pellegrini M., Haradab J. J., Goldberg R. B. Seed genome hypomethylated regions are enriched in transcription factor genes // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018. Vol. 115, No 35. P. 8315–8322. DOI: 10.1073/pnas.1811017115.

9. Lalanne D., Malabarba J., Ly Vu J., Hundertmark M., Delahaie J., Leprince O., Buitink J., Verdier J. Medicago ABI3 splicing isoforms regulate the expression of different gene clusters to orchestrate seed maturation // Plants. 2021. No 10(8). P. 1710–1725. DOI: 10.3390/plants10081710.

10. Malovichko 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. No 9(3). P. 779–810. DOI: 10.3390/cells9030779.