Аллельный полиморфизм фрагмента гена кислой вакуолярной инвертазы Pain-1 у сортов и линий картофеля (Solanum tuberosum L.)

Аллельный полиморфизм фрагмента гена кислой вакуолярной инвертазы Pain-1 у сортов и линий картофеля (Solanum tuberosum L.)

Автор: Слугина М.А., Шмелькова Е.О., Мелешин А.А., Кочиева Е.З.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Картофелеводство: наука и технологии

Статья в выпуске: 1 т.53, 2018 года.

Бесплатный доступ

Экономическая эффективность сельскохозяйственного производства картофеля зависит не только от количества и качества собранного урожая, но и от условий и сроков хранения клубней, основу питательной и технической ценности которых определяет содержание крахмала. При воздействии низких температур крахмал расщепляется на редуцирующие сахара, что значительно ухудшает потребительские качества клубней. Растительные инвертазы катализируют необратимый гидролиз сахарозы до глюкозы и фруктозы. Однозначно показано, что кислая вакуолярная инвертаза ( Pain-1 ) играет основную роль в холодовом осахаривании клубней картофеля. Настоящая работа посвящена оценке генетического потенциала и характеристике аллельного полиморфизма гена Pain-1, связанного с хозяйственно важными признаками, у отечественных и зарубежных форм картофеля, которые в настоящее время активно используются в селекционных программах. В настоящей работе исследован полиморфизм 5-7-го экзонов гена кислой вакуолярной инвертазы у 69 образцов сортов и линий картофеля российской и зарубежной селекции. В последовательностях выявлено 66 SNPs, из которых 25 описаны впервые (SNP1628, SNP1648, SNP1700, SNP1709, SNP1717, SNP1724, SNP1726, SNP1738, SNP1788, SNP1794, SNP1797, SNP1808, SNP1815, SNP1818, SNP1831, SNP1837, SNP1847, SNP1861, SNP1865, SNP1872, SNP1885, SNP1886, SNP1890, SNP1907, SNP1909). В составе исследуемого участка была найдена значимая замена SNP1544 (C/A), которая коррелирует с повышенным содержанием крахмала в клубнях и находится в гомозиготном состоянии у сортов казахстанской селекции Улан и Астана. Из 42 SNPs в экзонных последовательностях 27 приводили к аминокислотным заменам. У большинства образцов имелись одиночные аминокислотные замены. Максимальным числом замен (семь-восемь) характеризовались сорт Жуковский ранний и линии 165 и 162; у сорта Фрителла и линии 84 замен относительно референсной последовательности не обнаружили. Полученные данные позволяют сделать вывод о высоком полиморфизме фрагмента гена Pain-1 у изученных образцов. В результате выявлены 78 аллельных вариантов фрагмента гена Pain-1 (64 - специфичные, 14 - общие для нескольких образцов), что в дальнейшем может использоваться в селекции для создания сортов с повышенным содержанием крахмала.

Еще

Кислая вакуолярная инвертаза, ген pain-1, экзонные последовательности, полиморфизм, аминокислотные замены, селекция картофеля, содержание крахмала в клубнях, холодовое осахаривание

Короткий адрес: https://sciup.org/142214112

IDR: 142214112   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.132rus

Список литературы Аллельный полиморфизм фрагмента гена кислой вакуолярной инвертазы Pain-1 у сортов и линий картофеля (Solanum tuberosum L.)

  • Van Harsselaar J., Lorenz J., Senning M., Sonnewald U., Sonnewald S. Genome-wide analysis of starch metabolism genes in potato (Solanum tuberosum L.). BMC Genomics, 2017, 18: 37 ( ) DOI: 10.1186/s12864-016-3381-z
  • Avigad G. Sucrose and other disaccharides. In: Encyclopedia of plant physiology/T.A. Loewus, W. Tanner (eds.). Springer-Verlag, Heidelberg, 1982.
  • Martin C., Smith A. Starch biosynthesis. Plant Cell, 1995, 7(7): 971-985 ( ) DOI: 10.1105/tpc.7.7.971
  • Bertoft E., Seetharaman K. Starch structure. In: Starch: origins, structure and metabolism/I.J. Tetlow (ed.). Society for Experimental Biology, London, 2002.
  • Ye J., Shakya R., Shrestha P., Rommens C. Tuber-specific silencing of the acid invertase gene substantially lowers the acrylamide-forming potential of potato. J. Agr. Food Chem., 2010, 58(23): 12162-12167 ( ) DOI: 10.1021/jf1032262
  • Wiberley-Bradford A., Busse J., Bethke P. Temperature-dependent regulation of sugar metabolism in wild-type and low-invertase transgenic chipping potatoes during and after cooling for low-temperature storage. Postharvest Biology and Technology, 2016, 115: 60-71 ( ) DOI: 10.1016/j.postharvbio.2015.12.020
  • Liu X., Song B., Zhang H., Li X.Q., Xie C., Liu J. Cloning and molecular characterization of putative invertase inhibitor genes and their possible contributions to cold-induced sweetening of potato tubers. Mol. Genet. Genomics, 2010, 284: 147-159 ( ) DOI: 10.1007/s00438-010-0554-3
  • Rausch T., Greiner S. Plant protein inhibitors of invertases. Biochim. Biophys. Acta, 2004, 1696: 253-261 ( ) DOI: 10.1016/j.bbapap.2003.09.017
  • Cheng S., Su Z., Xie C., Liu J. Effects of variation in activities of starch-sugar metabolic enzymes on reducing sugar accumulation and processing quality of potato tubers. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 3: 1904-1910.
  • Halford N., Curtis T., Muttucumaru N., Postles J., Elmore J., Mottram D. The acrylamide problem: a plant and agronomic science issue. J. Exp. Bot., 2012, 63(8): 2841-2851 ( ) DOI: 10.1093/jxb/ers011
  • Shepherd L., Bradshaw J., Dale M., McNicol J., Pont S., Mottram D., Davies H. Variation in acrylamide producing potential in potato: segregation of the trait in a breeding population. Food Chem., 2010, 123: 568-573 ( ) DOI: 10.1016/j.foodchem.2010.04.070
  • Liu X., Zhang C., Ou Y., Lin Y., Song B., Xie C., Liu J., Li X.Q. Systematic analysis of potato acid invertase genes reveals that a cold-responsive member, StvacINV1, regulates cold-induced sweetening of tubers. Mol. Genet. Genomics, 2011, 286(2): 109-118 ( ) DOI: 10.1007/s00438-011-0632-1
  • Wu L., Bhaskar P.B., Busse J., Zhang R., Bethke P.C., Jiang J. Developing cold-chipping potato varieties by silencing the vacuolar invertase gene. Crop Sci., 2011, 51: 981-990 ( ) DOI: 10.2135/cropsci2010.08.0473
  • Clasen B.M., Stoddard T.J., Luo S., Demorest Z.L., Li J., Cedrone F., Tibebu R., Davison S., Ray E.E., Daulhac A., Coffman A., Yabandith A., Retterath A., Haun W., Baltes N.J., Mathis L., Voytas D.F., Zhang F. Improving cold storage and processing traits in potato through targeted gene knockout. Plant Biotechnol. J., 2016, 14(1): 169-176 ( ) DOI: 10.1111/pbi.12370
  • Bhaskar P., Wu L., Busse J., Whitty B., Hamernik A., Jansky S., Buell C., Bethke P., Jiang J. Suppression of the vacuolar invertase gene prevents cold-induced sweetening in potato. Plant Physiol., 2010, 154(2): 939-948 ( ) DOI: 10.1104/pp.110.162545
  • Xin Z., Browse J. Cold comfort farm: the acclimation of plants to freezing temperatures. Plant, Cell & Environment, 2000, 23: 893-902 ( ) DOI: 10.1046/j.1365-3040.2000.00611.x
  • Draffehn А., Meller S., Li L., Gebhardt C. Natural diversity of potato (Solanum tuberosum) invertases. BMC Plant Biol., 2010, 10: 271 ( ) DOI: 10.1186/1471-2229-10-271
  • Слугина М.А., Снигирь Е.А., Рыжова Н.Н., Кочиева Е.З. Структура и полиморфизм фрагмента локуса Pain-1, кодирующего вакуолярную инвертазу видов Solanum. Молекулярная биология, 2013, 47(2): 243-250 ( ) DOI: 10.7868/S0026898413020146
  • Slugina M.A., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z. TAI vacuolar invertase orthologs: the interspecific variability in tomato plants (Solanum section Lycopersicon). Mol. Genet. Genomics, 2017, 292(5): 1123-1138 ( ) DOI: 10.1007/s00438-017-1336-y
  • Слугина М.А., Кочиева Е.З. Вариабельность фрагмента кислой вакуолярной инвертазы Pain-1 у сортов картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2014, 18: 718-723.
  • Li L., Tacke E., Hofferbert H., L_beck J., Strahwald J., Draffehn A. Validation of candidate gene markers for marker-assisted selection of potato cultivars with improved tuber quality. Theor. Appl. Genet., 2013, 126(4): 1039-1052 ( ) DOI: 10.1007/s00122-012-2035-z
  • Liu X., Cheng S., Liu J., Ou Y., Song B., Zhang C., Lin Y., Li X., Xie C. The potato protease inhibitor gene, St-Inh, plays roles in the cold-induced sweetening of potato tubers by modulating invertase activity. Postharvest Biol. Tec., 2013, 86: 265-271 ( ) DOI: 10.1016/j.postharvbio.2013.07.001
  • Bahaji A., Li J., Sánchez-Lуpez Б., Baroja-Fernández E., Muсoz F., Ovecka M., Almagro G., Montero M., Ezquer I., Etxeberria E., Pozueta-Romero J. Starch biosynthesis, its regulation and biotechnological approaches to improve crop yields. Biotechnol. Adv., 2014, 32(1): 87-106 ( ) DOI: 10.1016/j.biotechadv.2013.06.006
  • Кочиева Е.З., Супрунова Т.П. Идентификация меж-и внутривидового полиморфизма у томатов. Генетика, 1999, 35: 1194-1197.
  • 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 ( ) DOI: 10.1093/molbev/msw054
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp