Вариабельность транзитного пептида фитоинсинтазы ZmPSY1 связана с белой окраской эндосперма зерна у инбредных линий кукурузы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Желто-оранжевая окраска зерна кукурузы Zea mays L. определяется присутствием каротиноидов, первым ферментом пути биосинтеза которых является фитоинсинтаза PSY. В данной работе проведен анализ аллельных вариантов гена ZmPSY1 у образцов желтозерных и белозерных инбредных линий кукурузы отечественной селекции. У четырех линий с разной окраской зерна амплифицированы и секвенированы полноразмерные кДНК ZmPSY1 и охарактеризована их вариабельность. В последовательности кДНК ZmPSY1 белозерных линий обнаружено четыре несинонимичных однонуклеотидных полиморфизма (SNP), которые приводят к замещениям остатков четырех аминокислот (L47I, W52S, E53D и A54V) в N-концевом транзитном пептиде, ответственном за пластидную локализацию фермента. Разработана система праймеров для ПЦР-идентификации типа аллеля ZmPSY1 у образцов кукурузы. Тестирование праймеров на 44-х линиях кукурузы показало присутствие аллеля ZmPSY1 дикого типа и отсутствие мутантного аллеля в геноме всех анализируемых 22 желтозерных линий; также выявили, что мутантный аллель ZmPSY1 встречается с частотой 41%. Использование разработанной системы праймеров может иметь перспективы в селекции кукурузы с измененным содержанием каротиноидов в эндосперме зерна.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Х. Архестова

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук; Институт сельского хозяйства – филиал Кабардино-Балкарского научного центра Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: shchennikova@yandex.ru
Россия, Москва, 119071; Нальчик, 360004

А. Д. Хаудов

Институт сельского хозяйства – филиал Кабардино-Балкарского научного центра Российской академии наук

Email: shchennikova@yandex.ru
Россия, Нальчик, 360004

А. В. Щенникова

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук

Email: shchennikova@yandex.ru
Россия, Москва, 119071

Е. З. Кочиева

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shchennikova@yandex.ru
Россия, Москва, 119071; Москва, 119234

Список литературы

  1. Chandrasekharan N., Ramanathan N., Pukalenthy B. et al. Development of β-carotene, lysine, and tryptophan-rich maize (Zea mays) inbreds through marker-assisted gene pyramiding // Sci. Rep. 2022. V. 12(1). 8551. doi: 10.1038/s41598-022-11585-y
  2. Singh J., Sharma S., Kaur A. et al. Marker-assisted pyramiding of lycopene-ε-cyclase, β-carotene hydroxylase1 and opaque2 genes for development of biofortified maize hybrids // Sci. Rep. 2021. V. 11(1). 12642. doi: 10.1038/s41598-021-92010-8
  3. Abdel-Rahman M.M., Bayoumi S.R., Barakat M.N. Identification of molecular markers linked to Fusarium ear rot genes in maize plants Zea mays L. // Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2016. V. 30(4). P. 692–699. doi: 10.1080/13102818.2016.1181987
  4. Yang D.E., Zhang C.L., Zhang D.S. et al. Genetic analysis and molecular mapping of maize (Zea mays L.) stalk rot resistant gene Rfg1 // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 108(4). P. 706–711. doi: 10.1007/s00122-003-1466-y
  5. Filyushin M.A., Kochieva E.Z., Shchennikova A.V. ZmDREB2.9 gene in maize (Zea mays L.): genome-wide identification, characterization, expression, and stress response // Plants (Basel). 2022. V. 11(22). doi: 10.3390/plants11223060
  6. Yu J.K., Moon Y.S. Corn starch: quality and quantity improvement for industrial uses // Plants (Basel). 2021. V. 11(1). doi: 10.3390/plants11010092
  7. Palaisa K.A., Morgante M., Williams M. et al. Contrasting effects of selection on sequence diversity and linkage disequilibrium at two phytoene synthase loci // Plant Cell. 2003. V. 15(8). P. 1795–1806. doi: 10.1105/tpc.012526
  8. Ranilla L.G., Zolla G., Afaray-Carazas A. et al. Integrated metabolite analysis and health-relevant in vitro functionality of white, red, and orange maize (Zea mays L.) from the Peruvian Andean race Cabanita at different maturity stages // Front. Nutr. 2023. V. 10. doi: 10.3389/fnut.2023.1132228
  9. Burt A.J., Grainger C.M., Smid M.P. et al. Allele mining of exotic maize germplasm to enhance macular carotenoids // Crop Science. 2011. V. 51(3). P. 991–1004. doi: 10.2135/cropsci2010.06.0335
  10. Sierra J., McQuinn R.P., Leon P. The role of carotenoids as a source of retrograde signals: Impact on plant development and stress responses // J. Exp. Bot. 2022. V. 73(21). P. 7139–7154. doi: 10.1093/jxb/erac292
  11. Buckner B., Kelson T.L., Robertson D.S. Cloning of the y1 locus of maize, a gene involved in the biosynthesis of carotenoids // Plant Cell. 1990. V. 2(9). P. 867–876. doi: 10.1105/tpc.2.9.867
  12. Buckner B., Miguel P.S., Janick-Buckner D. et al. The y1 gene of maize codes for phytoene synthase // Genetics. 1996. V. 143(1). P. 479–488. doi: 10.1093/genetics/143.1.479
  13. Egesel C.E.M., Wong J.C., Lambert R.J. et al. Gene dosage effects on carotenoid concentration in maize grain // Maydica. 2003. V. 48(3). P. 183–190.
  14. Филюшин М.А., Джос Е.А., Щенникова А.В. и др. Зависимость окраски плодов перца от соотношения основных пигментов и профиля экспрессии генов биосинтеза каротиноидов и антоцианов // Физиология растений. 2020. Т. 67. C. 644–653. doi: 10.31857/S0015330320050048
  15. Fu Z., Yan J., Zheng Y. et al. Nucleotide diversity and molecular evolution of the PSY1 gene in Zea mays compared to some other grass species // Theor. Appl. Genet. 2010. V. 120(4). P. 709–720. doi: 10.1007/s00122-009-1188-x
  16. Shumskaya M., Bradbury L.M., Monaco R.R. et al. Plastid localization of the key carotenoid enzyme phytoene synthase is altered by isozyme, allelic variation, and activity // Plant Cell. 2012. V. 24. P. 3725–3741. doi: 10.1105/tpc.112.10417
  17. You M.K., Kim J.H., Lee Y.J. et al. Plastoglobule-targeting competence of a putative transit peptide sequence from rice phytoene synthase 2 in plastids // Int. J. Mol. Sci. 2016. V. 18(1). doi: 10.3390/ijms18010018
  18. Zita W., Bressoud S., Glauser G. et al. Chromoplast plastoglobules recruit the carotenoid biosynthetic pathway and contribute to carotenoid accumulation during tomato fruit maturation // PLoS One. 2022. V. 17(12). doi: 10.1371/journal.pone.0277774

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Выравнивание участка кДНК ZmPSY1 (а) и аминокислотной последовательности гомологов ZmPSY1 (б) у двух желтозерных (2452-2, 5580-1) и двух белозерных (5254-3, 6097-1) инбредных линий кукурузы в сравнении с референсом Z. mays var. B73 (LOC100136882; MN128624.1). Стрелкой указан участок нуклеотидной последовательности, выбранный для прямого праймера (на анализ аллельного варианта гена ZmPSY1). В аминокислотной последовательности выделен рамкой полиморфный участок транзитного пептида, содержащий замещения ао L47I, W52S, E53D и A54V, подчеркнуты консенсусы SQS и PSY (сплошными линиями) и участки YAKTF и RAYV, ограничивающие каталитически активный сайт (двойными линиями), а также указаны радикальные замещения ао (стрелками).

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электрофорез в 2.5%-ном агарозном геле продуктов (394 пн) ПЦР-амплификации на геномной ДНК 44 инбредных линий кукурузы с праймерами, разработанными для аллелей дикого (PSY155R/PSY155FG; верх каждого геля) и мутантного (PSY155R/PSY155FC; низ каждого геля) типа. а – белозерные линии (1–22). У девяти образцов обнаружен аллель ZmPSY1 дикого типа, и 13 образцов содержали мутантный аллель; б – желтозерные линии (23–44). У всех 22 образцов показано присутствие аллельного варианта ZmPSY1 дикого типа. Нанесение образцов соответствует порядковым номерам линий в таб. 1; М – маркер длин ДНК GeneRuler Low Range (первые четыре полосы сверху вниз: 700, 500, 400, 300 пн).

Скачать (300KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».