doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.161rus

УДК 633.521:577.114:632.52

 

УГЛЕВОДНЫЙ СОСТАВ СЛИЗИ ИЗ СЕМЯН ЛЬНА И ЕГО СВЯЗЬ С МОРФОЛОГИЧЕСКИМИ ПРИЗНАКАМИ

Е.А. ПОРОХОВИНОВА1, А.В. ПАВЛОВ1, Н.Б. БРАЧ1, К. МОРВАН2

Слизь из семян льна, — ценный продукт для пищевой промышленности и медицины, а также сырье при производстве биокомпозитов. Она образуется во вторичной клеточной стенке эпидермальных клеток оболочки семян и способствует их распространению животными, адгезии с почвой, привлечению почвенных микроорганизмов в ризосфере, а также используется в питании проростка. В слизи льна на полисахариды приходится 83,3 %, на белки — 4,6 %, на зольные вещества — 11,8 %. Для изучения состава углеводов (в отличие от белков) не разработано стандартной методики. Генотип льна существенно влияет на количество и соотношение компонентов слизи. Кроме того, химический состав полисахаридов слизи, получаемой из семян, зависит от способа экстракции. Целью настоящей работы было установление полиморфизма льна (Linum usitatissimum L.) по углеводному составу слизи, а также оценка связи этого показателя с окраской семян и плейотропным действием контролирующих ее генов. Для выявления закономерностей впервые были использованы линии генетической коллекции с известными генами окраски семян, а также методы многомерной и непараметрической статистики. Исследовали 28 линий и 3 сорта льна. Образцы различались по окраске семян: 15 — c красно-коричневой (дикий тип), 9 — с желтой, 7 — с модифицированной коричневой. Из 8 желтосемянных линий 4 — гомозиготы по гену s1, 4 — по гену YSED1, 5 линий с желтым оттенком семян — гомозиготы по гену pf1. Водную экстракцию слизи проводили в течение 2 ч при 20 °С. Моносахаридный состав полученного раствора слизи (долю арабинозы Ara, ксилозы Xyl, рамнозы Rha, галактуроновой кислоты GalA, фукозы Fuc, галактозы Gal, глюкозы Glc) определяли с помощью газовой хроматографии после лиофильной сушки, метанолиза и силилирования по стандартной методике. Рассчитывали долю разных полисахаридов — скелетной цепи рамногалактуронана 1 (RG1b = 2 × Rha), гомогалактуронана (HGA = GalA - Rha), пектина (pect = Rha + GalА), арабиноксилана (AX = Ara + Xyl), а также соотношение сахаров Ara:Xyl и RG1b:AX. В целом по выборке слизь содержала больше пектина (38-64 %), чем арабиноксилана (10-38 %). У большинства линий как максимальное, так и минимальное количество pect было обусловлено содержанием рамногалактуронана 1, за исключением сорта Оршанский 2, имеющего высокое содержание GalA и, соответственно, HGA. Количество AX повышалось за счет удлинения основной цепи (рост доли Xyl), но были линии, где происходило увеличение ветвления (доля Ara) или пропорционально всей молекулы. Соотношение Ara:Xyl, характеризующее степень ветвления AX, составляло в среднем 0,23 (при колебаниях от 0,05 до 0,30). Его экстремальные значения не всегда соответствовали содержанию АХ. Доля RG1b в основном оказалась примерно в 2 раза больше, чем AX, однако у некоторых линий отмечали превышение количества AX относительно RG1b. В целом по выборке галактоза составляла в среднем 15,3 % (Cv = 21 %) от сахаров слизи, фукоза — 3,5 % (Cv = 20 %), глюкоза (Glc) — 3,6 %, но ее содержание сильно варьировало (от 1,3 до 11,2 %, Cv = 79 %). Методом главных компонент было выявлено влияние двух факторов: первый показал антагонизм пентозанов (AX), Ara, Xyl с GalA и Gal, второй — антагонизм HGA с Fuc и Ara:Xyl. С помощью рангового U-критерия Манна-Уитни установили, что у коричневых семян доля AX, Ara и Xyl достоверно меньше (вероятность сходства альтернативных групп — p < 0,02), GalA, Gal, HGA и pect — больше (p < 0,02), а соотношение RG1b:AX увеличивается (p < 0,03). При этом у желтых семян доля AX, Xyl и Fuc оказалась достоверно выше (p < 0,03), а pect, HGA, GalA и Gal — ниже (p < 0,02). Линии, гомозиготные по гену s1, характеризовались достоверно большим количеством Glc, AX, Ara, Xyl (p < 0,01) в слизи и меньшими показателями по Gal, pect, Rha, GalA (p < 0,03) при снижении соотношения RGb:AX (p < 0,003). Достоверного влияния других генов (YSED1 и pf1), контролирующих измененную окраску семян льна, на состав экстрагируемой слизи не обнаружили. Методом главных компонент нами выявлено комплексное различие между коричневосемянными линиями с высоким содержанием pect, GalA и Gal, которые характеризуются наибольшими нагрузками по фактору 1 (соотношение пектинов и пентозанов), и желтосемянными линиями, а также гомозиготами по гену s1, имеющими высокое содержание AX, Ara, Xyl при наименьших нагрузках по фактору 1.

Ключевые слова: Linum usitatissimum, генетическая коллекция, гены окраски семян, слизь семян, арабиноксилан, рамногалактуронан 1.

 

Полный текст

 

 

CARBOHYDRATE COMPOSITION OF FLAX MUCILAGE AND ITS RELATION TO MORPHOLOGICAL CHARACTERS

E.A. Porokhovinova1, A.V. Pavlov1, N.B. Brach1, C. Morvan2

Mucilage of flax is a valuable product for food, medicine and biocomposites production. Each direction of use needs special characteristics of seeds, so it is necessary to describe flax polymorphism of mucilage carbohydrate composition to determine the effect of seed color and pleiotropic effects of genes controlling it on the mucilage chemical composition. The originality of the work consists in the use of lines genetic collection with identified seed color genes and methods of multivariate and nonparametric statistics to identify patterns of influence of seed color on the mucilage composition. Seed mucilage polysaccharide composition was evaluated in 29 lines and three cultivars of flax (15 lines had red-brown seeds of the wild type, 9 lines had yellow seeds and 7 lines had modified brown seeds). For some lines the genetic control of seed color was known (from 8 lines with yellow seeds 4 lines had gene s1, 4 ones had gene YSED1; 5 lines with yellow hue of seeds had gene pf1).Water extraction of mucilage performed for 2 hours at 20 °С. After freeze drying monosaccharide composition was examined by gas chromatography. Generally, mucilage contained more pectin (pect = rhamnose (Rha) + galacturonic acid (GalA), 38-64 %) than arabinoxylans (AX = arabinose (Ara) + xylose (Xyl), 10-38 %). In the most of lines maximal and minimal percent of pectin was caused by rhamnogalacturonan (RG1b = 2 × Rha), except of the variety Orshanskii 2 which had an exceptionally high content of GalA and accordingly, homogalacturonan (HGA = GalA-Rha). Increase of AX was caused by extending of the core (Xyl), but there were lines with increased branching (Ara) or proportionally increased the whole molecule. Ratio Ara:Xyl was about 0.23 (0.05-0.30). Its extreme values did not always correspond to the AX content. Percent of RG1b was approximately twice higher than that of AX. But there were lines with more AX than RG1b. Galactose (Gal) was about 15 % of mucilage sugars, fucose (Fuc) was about 3.5 %. In average glucose (Glc) was 3.6 % of mucilage but it varied greatly (from 1.3 to 11.2 %, Cv = 79 %). Factor analysis revealed two main factors. The factor 1 showed antagonism of AX, Ara, Xyl with pectins, Gal, and GalA. The factor 2 showed antagonism of HGA with Fuc and Ara:Xyl. Mann-Whitney U rank test showed the significant decrease of AX, Ara, Xyl and conversely the increase of GalA, Gal, HGA, RG1b and RG1b:AX in brown seeds. Yellow seeds had significantly higher percent of AX, Xyl, Fuc and conversely lower percent of RG1b, HGA, GalA and Gal. Lines homozygous for the gene s1 contained significantly more Glc, AX, Ara, Xyl and less Gal, RG1b, Rha, GalA at lower RGb:AX. No significant differences in the composition of mucilage for lines carrying genes YSED1 and pf1 were identified. For the first time, by nonparametric and multivariate statistics we revealed a complete difference between lines groups with brown seeds having the greatest load on the factor 1 (much pect, GalA and Gal) and yellow seeds, and also homozygotes for the gene s1 having the lowest load on the factor 1 (much AX, Ara, Xyl).

Keywords: Linum usitatissimum, genetic collection, genes of seeds colours, flax mucilage, arabinoxylan, rhamnogalacturonan 1.

 

1ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт
генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова,

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44,
e-mail: e.porohovinova@vir.nw.ru, n.brutch@vir.nw.ru, a.pavlov@vir.nw.ru;
2Laboratoire Polymères Biopolymères Surfaces UMR,Universitéde Rouen/CNRS, Faculte de Sciences,UFR des Sciences et Techniques,
Bâtiment Pierre-Louis DULONG, Bd Maurice de Broglie,
F-76821 Mont Saint Aignan Cedex, France,
e-mail: claudine.morvan@univ-rouen.fr

Поступила в редакцию
22 января 2016 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало