doi: 10.15389/agrobiology.2019.5.970rus
УДК 635.21:577.152.321:577.21
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, ФНТП развития сельского хозяйства РФ на 2017 – 2025 годы (подпрограмма «Развитие селекции и семеноводства картофеля в Российской Федерации») и гранта РФФИ № 17-29-08017.
АЛЛЕЛЬНАЯ ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ ГЕНА ИНГИБИТОРА АМИЛАЗ AI
У СОРТОВ И ЛИНИЙ КАРТОФЕЛЯ
Е.А. ДЬЯЧЕНКО1, А.В. КУЛАКОВА1, А.А. МЕЛЕШИН2, Е.З. КОЧИЕВА1
Экономическая эффективность сорта картофеля обусловлена не только урожайностью, но и сохранностью вкусовых качеств в процессе хранения. Хранение клубней картофеля при низких температурах приводит к деградации крахмала и накоплению редуцирующих сахаров, которые при термической обработке ухудшают вкусовые качества, а также участвуют в реакции образования канцерогена акриламида. Крахмал разрушается до более простых соединений гидролитически и фосфолитически. Гидролитическое расщепление крахмала осуществляют гидролазы, в том числе α- и β-амилазы, которые могут проявлять различную активность в зависимости от ткани, типа органа, клеточной локализации, а также вида растения. Активность амилаз регулируется посттрансляционно ингибитором амилаз (AI), который, связываясь с амилазой, блокирует активный сайт фермента либо изменяет его конформацию, тем самым снижая каталитическую активность. Однако, несмотря на важность роли AI, данные о первичной последовательности как гена, так и кодируемого им белка у представителей рода Solanum крайне ограничены. В представляемой работе нами были получены и проанализированы последовательности гена ингибитора амилаз AI у 36 сортов и линий картофеля отечественной и зарубежной селекции. При этом было выявлено два типа кодирующей последовательности длиной 621 и 630 п.н. в зависимости от наличия 9-нуклеотидной вставки GGTGCAWTT в 3´-области. Анализируемый ген характеризовался крайне высоким уровнем полиморфизма: экзонные последовательности содержали 134 SNPs (singe nucleotide polymorphisms) (21,3 %), которые приводили к 69 замещениям аминокислотных остатков в кодируемом белке (33,0 %). Инсерция GAI/F202 в С-терминальной области AI соответствовала 3´-вставке в последовательности гена. Из выявленных 69 замещений аминокислотных остатков только 11 считаются радикальными и могут приводить к изменению конформации белка. Все анализируемые сорта картофеля были гетерозиготными по указанному гену, и поэтому им соответствовало несколько аллельных вариантов гена. Всего мы выявили 70 аллельных вариантов нуклеотидной последовательности и 69 вариантов — аминокислотной. Наибольшее число нуклеотидных замен между аллельными вариантами гена обнаружено у сортов Люкс (18 замен), Ирбитский (17 замен) и Гала (16 замен). При этом наибольшее число замещений аминокислотных остатков в белках, кодируемых аллельными вариантами гена, было найдено у сортов Гала (9 замен) и Горняк (8 замен).
Ключевые слова: Solanum tuberosum, сорта картофеля, ингибитор амилаз, ген AI, аллельные варианты.
ALLELE VARIABILITY OF AMYLASE INHIBITOR GENE AI IN POTATO VARIETIES AND LINES
E.A. Dyachenko1, A.V. Kulakova1, A.A. Meleshin2, E.Z. Kochieva1
The economic efficiency of potato varieties includes not only yield characteristics, but also taste preservation during storage. Storing potato tubers at low temperatures leads to the degradation of starch and the accumulation of reducing sugars; the latter during heat treatment contribute to the deterioration of taste and participate in acrylamide synthesis. Starch degradation to simpler compounds is achieved in two pathways: hydrolytic and phosphorolytic. In the hydrolytic pathway, hydrolases, including α- and β-amylase, are responsible for cleavage of starch, and exhibit different activities depending on the tissue, organ type, cell localization, and plant species. Amylase activity is regulated at the post-translational level by an amylase inhibitor (AI), which binds amylase and blocks the active site of the enzyme, or changes its conformation, thereby reducing the catalytic activity. Although AI role in plant is very important, present data on the AI genes and encoded proteins in representatives of the genus Solanum are extremely limited. In this study, AI sequences were obtained and analyzed in 36 potato varieties and lines of domestic and foreign selection. Two types of AI coding sequence were identified, 621 and 630 bp, depending on presence of 9-bp insert GGTGCAWTT at the 3´-end of the cDNA. The analyzed gene was characterized by an extremely high polymorphism level: exonic sequences contained 134 SNPs (singe nucleotide polymorphisms) (21.3 %), which resulted in 69 amino acid substitutions (33.0 %) in the encoded proteins. Detected GAI/F202 insertion in the C-terminal region of some AI proteins resulted from the 9-bp 3´-gene insertion. Among the 69 amino acid substitutions identified, only 11 are radical and may lead to a change in the protein conformation. All of the analyzed potato accessions were heterozygous and possessed several allelic variants of the gene. In total, 70 allelic variants of the gene and 69 associated protein variants are identified. The largest number of single nucleotide polymorphisms is among the allelic variants of the gene in the varieties Lux (18 substitutions), Irbitskii (17 substitutions) and Gala (16 substitutions). The largest number of amino acid substitutions is in the AI proteins in the Gala (9 substitutions) and Gornyak (8 substitutions) varieties.
Keywords: Solanum tuberosum, potato varieties, amylase inhibitor, AI gene, allelic variants.
1ФГУ ФИЦ Фундаментальные основы |
Поступила в редакцию |
