vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-1-194-204vir-nw-1511Research ArticleИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ПРОБЛЕМIDENTIFICATION OF THE DIVERSITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVES FOR SOLVING FUNDAMENTAL AND APPLIED PROBLEMSК вопросу о ранней диагностике низкого содержания танинов в семенах бобов конских (Vicia faba L.)Concerning the issue of early diagnostics of low tannin content in faba bean seeds (Vicia faba L.)https://orcid.org/0000-0003-2238-4714МамедоваС. М.MamedovaS. M.

ведущий специалист 

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44 

Leading Specialist 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia 

s.mamedova@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3274-7662ПоповВ. С.PopovV. S.

 кандидат технических наук, старший научный сотрудник 

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44 

 Cand. Sci. (Engineering), Senior Researcher 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia 

popovitaly@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6201-4294СоловьеваА. Е.SolovyevaA. E.

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44 

 Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia 

alsol64@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6568-5248ПерчукИ. Н.PerchukI. N.

 кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44 

 Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia 

i.perchuk@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8595-1336МалышевЛ. Л.MalyshevL. L.

 кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник 

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44 

 Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia 

l.malyshev@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2808-7745ВишняковаМ. А.VishnyakovaM. A.

 доктор биологических наук, главный научный сотрудник 

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44 

 Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia 

m.vishnyakova@vir.nw.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation2023220420231841194204Copyright © Мамедова С.М., Попов В.С., Соловьева А.Е., Перчук И.Н., Малышев Л.Л., Вишнякова М.А., 20232023Мамедова С.М., Попов В.С., Соловьева А.Е., Перчук И.Н., Малышев Л.Л., Вишнякова М.А.Mamedova S.M., Popov V.S., Solovyeva A.E., Perchuk I.N., Malyshev L.L., Vishnyakova M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1511

Актуальность. Использование бобов конских (Vicia faba L.) в качестве кормового и пищевого растения сдерживается наличием антипитательных веществ, в частности содержанием фенольных соединений – танинов – в семенной оболочке. Наличие в генофонде низкотаниновых или безтаниновых форм позволяет вести селекцию на этот признак. Цель работы – осуществить биохимическую валидацию известного морфологического маркера низкого содержания танинов, а также выявить связи между рядом фенотипических признаков, характеризующихся накоплением фенольных соединений – танинов и антоцианов, с их концентрацией для использования в качестве дополнительных морфологических маркеров низкого содержания этих антипитательных веществ в семенах бобов.Материалы и методы. У 10 образцов бобов из коллекции ВИР с разной окраской семенной кожуры анализировали связи наличия/отсутствия антоциана на проростках, пигментации на лепестках, темных экстрафлоральных нектарников на прилистниках с содержанием танинов и антоцианов. Растения выращивали и изучали в Ленинградской обл. в 2020–2021 гг. Танины в семенах определяли методом Левенталя. Антоцианы определяли в зеленой массе растений спектрофотометрическим методом.Результаты и заключение. Выявлены разные комбинации изученных морфологических признаков, связанных с окраской изучаемых органов. Определена высокая положительная корреляция между содержанием антоцианов и танинов (r = 0,79), а также прямая связь высокого значения этих признаков с наличием темного экстрафлорального нектарника на прилистниках и антоциана на проростках. Отсутствие антоцианового окрашивания проростков и отсутствие темноокрашенного экстрафлорального нектарника на прилистниках могут служить маркерами низкотаниновых генотипов на ранних стадиях развития растений. Светлая, долго не темнеющая окраска семенной кожуры также может быть свидетельством низкого содержания танинов.

Background. The use of faba bean (Vicia faba L.) as a feed and food plant is hindered by the presence of antinutritional substances and in particular phenolic compounds – tannins – in the seed coat. The existence of low-tannin or zero-tannin forms in the faba bean gene pool allows breeders to promote this trait. The aim of this work was to carry out biochemical validation of a known morphological marker of low tannin content and identify relationships of some phenotypic traits characterized by accumulation of phenolic compounds (tannins and anthocyanins) with their concentration for use as additional morphological markers of the low content of these antinutrients in bean seeds.Materials and methods. Associations of the presence/absence of anthocyanin in seedlings, pigmentation on petals, and dark extrafloral nectaries on stipules with the content of tannins and anthocyanins were analyzed in 10 faba bean accessions with different seed coat colors from the VIR collection. The plants were grown and evaluated in Leningrad Province in 2020–2021. Tannins in seeds were assessed using Leventhal’s method. Anthocyanins were analyzed in the green biomass of plants using a spectrophotometric method.Results and conclusion. Different combinations of the studied morphological features associated with the coloration of the studied organs were found. A high positive correlation between the levels of anthocyanins and tannins (r = 0.79) was identified as well as a direct connection of the high value of these traits with the presence of a dark extrafloral nectary on stipules and anthocyanin in seedlings. The absence of anthocyanin staining on seedlings and the absence of dark-colored extrafloral nectaries on stipules can serve as markers of low-tannin genotypes in the early stages of plant development. The light seed coat color that does not darken for a long time may also be the evidence of low tannin content.

антоциан в проросткахфенольные соединениябелоцветковостьэкстрафлоральные нектарникиморфологические маркерыanthocyanins in seedlingsphenolic compoundswhite flowersextrafloral nectariesmorphological markersСтатья выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по договору № 075-15-2020-911 от 16.11.2020 о предоставлении гранта в виде субсидии из федерального бюджета Российской Федерации. Грант предоставлен для государственной поддержки создания и развития Научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего».The article was made with the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation under Agreement No. 075-15-2020-911 dated November 16, 2020 on providing a grant in the form of subsidies from the Federal Budget of the Russian Federation. The grant was provided as governmental support for the establishment and development of the World-Class Scientific Center ‘Agrotechnologies for the Future”.ReferencesBiddle A.J. Peas and beans. Wallingford: CAB International; 2017.Biddle A.J. Peas and beans. Wallingford: CAB International; 2017.Black R.G., Brouwer J.B. Effect of storage conditions over 12 months on the 437 colour of faba beans (Vicia faba L.). In: Opportunities for High Quality, Healthy and Added 438 Value Crops to Meet European Demands. Proceedings of the 3rd European Conference on Grain Legumes; Valladolid, Spain; 14–19 Nov. 1998. Valladolid; 1998. p.112-123.Black R.G., Brouwer J.B. Effect of storage conditions over 12 months on the 437 colour of faba beans (Vicia faba L.). In: Opportunities for High Quality, Healthy and Added 438 Value Crops to Meet European Demands. Proceedings of the 3rd European Conference on Grain Legumes; Valladolid, Spain; 14–19 Nov. 1998. Valladolid; 1998. p.112-123.Bond D.A. In vitro digestibility of the testa in tanninfree field beans (Vicia faba L.). The Journal of Agricultural Science. 1976;86(3):561-566. DOI: 10.1017/S0021859600061104Bond D.A. In vitro digestibility of the testa in tanninfree field beans (Vicia faba L.). The Journal of Agricultural Science. 1976;86(3):561-566. DOI: 10.1017/S0021859600061104Bond D.A., Smith D.B. Possibilities for the reduction of antinutritional factors in grain legumes by breeding. In: Recent Advances of Research in Antinutritional Factors in Legume Seeds. Wageningen: Pudoc; 1989. p.285-296.Bond D.A., Smith D.B. Possibilities for the reduction of antinutritional factors in grain legumes by breeding. In: Recent Advances of Research in Antinutritional Factors in Legume Seeds. Wageningen: Pudoc; 1989. p.285-296.Cabrera A., Martin A. Variation in tannin content in Vicia faba L. The Journal of Agricultural Science. 1986;106(2):377-382. DOI: 10.1017/S0021859600063978Cabrera A., Martin A. Variation in tannin content in Vicia faba L. The Journal of Agricultural Science. 1986;106(2):377-382. DOI: 10.1017/S0021859600063978Chesnokov Y.V., Kosolapov I.V., Savtchenko I.V. Morphological genetic markers in plants. Russian Journal of Genetics. 2020;56(12):1406-1415. DOI: 10.1134/S1022795420120042Chesnokov Y.V., Kosolapov I.V., Savtchenko I.V. Morphological genetic markers in plants. Russian Journal of Genetics. 2020;56(12):1406-1415. DOI: 10.1134/S1022795420120042Crofts H.J., Evans L.E., McVetty P.B. Inheritance, characterization and selection of tannin-free fababeans (Vicia faba L.). Canadian Journal of Plant Science. 1980;60(4):1135-1140. DOI: 10.4141/cjps80-165Crofts H.J., Evans L.E., McVetty P.B. Inheritance, characterization and selection of tannin-free fababeans (Vicia faba L.). Canadian Journal of Plant Science. 1980;60(4):1135-1140. DOI: 10.4141/cjps80-165Duc G., Marget P., Esnault R., Le Guen J., Bastianelli D. Genetic variability for feeding value of faba bean seeds (Vicia faba): Comparative chemical composition of isogenics involving zero-tannin and zero-vicine genes. The Journal of Agricultural Science. 1999;133(2):185-196. DOI: 10.1017/S0021859699006905Duc G., Marget P., Esnault R., Le Guen J., Bastianelli D. Genetic variability for feeding value of faba bean seeds (Vicia faba): Comparative chemical composition of isogenics involving zero-tannin and zero-vicine genes. The Journal of Agricultural Science. 1999;133(2):185-196. DOI: 10.1017/S0021859699006905Duranti M. Grain legume proteins and nutraceutical properties. Fitoterapia. 2006;77(2):67-82. DOI: 10.1016/j.fitote.2005.11.008Duranti M. Grain legume proteins and nutraceutical properties. Fitoterapia. 2006;77(2):67-82. DOI: 10.1016/j.fitote.2005.11.008Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. 3-е изд. Ленинград: Агропромиздат; 1987.Ermakov A.I., Arasimovich V.V., Yarosh N.P., Peruanskiy Yu.V., Lukovnikova G.A., Ikonnikova M.I. Methods of biochemical research in plants (Metody biokhimicheskogo issledovaniya rasteniy). A.I. Ermakov (ed.). 3rd ed. Leningrad: Agropromizdat; 1987. [in Russian].Goyal R.D. Breeding behaviour of anthocyanin pigmentation in flower and stem of broad beans (Vicia faba L.). Science and Culture. 1965;31:147-148.Goyal R.D. Breeding behaviour of anthocyanin pigmentation in flower and stem of broad beans (Vicia faba L.). Science and Culture. 1965;31:147-148.Gutierrez N., Torres A.M. Characterization and diagnostic marker for TTG1 regulating tannin and anthocyanin biosynthesis in faba bean. Scientific Reports. 2019;9(1):16174. DOI: 10.1038/s41598-019-52575-xGutierrez N., Torres A.M. Characterization and diagnostic marker for TTG1 regulating tannin and anthocyanin biosynthesis in faba bean. Scientific Reports. 2019;9(1):16174. DOI: 10.1038/s41598-019-52575-xHeneidak S., Hassan A.E. Morphological and anatomical studies of floral and extrafloral nectaries in some Vicia taxa (Fabaceae). International Journal of Botany. 2007;3(4):329-341. DOI: 10.3923/ijb.2007.329.341Heneidak S., Hassan A.E. Morphological and anatomical studies of floral and extrafloral nectaries in some Vicia taxa (Fabaceae). International Journal of Botany. 2007;3(4):329-341. DOI: 10.3923/ijb.2007.329.341Енсон А. Кормовые бобы – ценная кормовая культура. В кн.: Кормовые бобы за рубежом: Сборник переводов / под ред. Н.А. Майсуряна. Москва: Сельхозиздат; 1962. C.9-13.Jenson A. Fodder beans – a valuable forage crop. In: Fodder Beans Abroad: Collection of Translations. N.A. Maysuryan (ed.). Moscow: Selkhozizdat; 1962. p.9-13. [in Russian].Marquardt R.R., Ward A.T., Evans L.E. Comparative properties of tannin-free and tannin-containing cultivars of faba beans (Vicia faba). Canadian Journal of Plant Science. 1978;473(58):753-760. DOI: 10.4141/cjps78-111Marquardt R.R., Ward A.T., Evans L.E. Comparative properties of tannin-free and tannin-containing cultivars of faba beans (Vicia faba). Canadian Journal of Plant Science. 1978;473(58):753-760. DOI: 10.4141/cjps78-111Metz P.L.J., Buiel A.A.M., van Norel A. Rate and inheritance of cross-fertilization in faba bean (Vicia faba L.). Euphytica. 1992;66:127-133. DOI: 10.1007/BF00023517Metz P.L.J., Buiel A.A.M., van Norel A. Rate and inheritance of cross-fertilization in faba bean (Vicia faba L.). Euphytica. 1992;66:127-133. DOI: 10.1007/BF00023517Мищенко П.И. Шкала цветов. Пособие для ботаников и зоологов при научных и научно-прикладных работах. В кн.: Саккардо П.А. Chromotaxia seu nomenclator colorum polyglottus additis speciminibus coloratis ad usum botanicorum et zoologorum. Труды Бюро по прикладной ботанике Ученого комитета Министерства земледелия. 1915; Приложение 15.Mishchenko P.I. Scale of colors. A manual for botanists and zoologists in scientific and applied research. In: P.A. Saccardo. Chromotaxia seu nomenclator colorum polyglottus additis specifinibus coloratis ad usum botanicorum et zoologorum. Proceedings of the Bureau of Applied Botany of the Scientific Committee of the Ministry of Agriculture. 1915; Suppl 15. [in Russian].Muratova V.S., Common beans (Vicia faba L.). Bulletin of Applied Botany, of Genetics and Plant Breeding. 1931; Suppl 50:1-298.Muratova V.S., Common beans (Vicia faba L.). Bulletin of Applied Botany, of Genetics and Plant Breeding. 1931; Suppl 50:1-298.Nasar-Abbasa S.M., Siddique K.H.M., Plummera J.A., Whitee P.F., Harrisf D., Dodsf K. et al. Faba bean (Vicia faba L.) seeds darken rapidly and phenolic content falls when stored at higher temperature, moisture and light intensity. LWT – Food Science and Technology. 2009;42(10):1703-1711. DOI: 10.1016/j.lwt.2009.05.013Nasar-Abbasa S.M., Siddique K.H.M., Plummera J.A., Whitee P.F., Harrisf D., Dodsf K. et al. Faba bean (Vicia faba L.) seeds darken rapidly and phenolic content falls when stored at higher temperature, moisture and light intensity. LWT – Food Science and Technology. 2009;42(10):1703-1711. DOI: 10.1016/j.lwt.2009.05.013Nozzolillo C., de Bezada M. Browning of lentil seeds, concomitant loss of viability, and the possible role of soluble tannins in both phenomena. Canadian Journal of Plant Science. 1984;64(4):815-824. DOI: 10.4141/cjps84-113Nozzolillo C., de Bezada M. Browning of lentil seeds, concomitant loss of viability, and the possible role of soluble tannins in both phenomena. Canadian Journal of Plant Science. 1984;64(4):815-824. DOI: 10.4141/cjps84-113Nozzolillo C., Ricciardi L., Lattanzio V. Flavonoid constituents of seed coats of Vicia faba (Fabaceae) in relation to genetic control of their color. Canadian Journal of Botany. 1989;67(5):1600-1604. DOI: 10.1139/b89-200Nozzolillo C., Ricciardi L., Lattanzio V. Flavonoid constituents of seed coats of Vicia faba (Fabaceae) in relation to genetic control of their color. Canadian Journal of Botany. 1989;67(5):1600-1604. DOI: 10.1139/b89-200Oomah B.D., Luc G., Leprelle C., Drover J.C.G., Harrison J.E., Olson M. Phenolics, phytic acid, and phytase in Canadian-grown low-tannin baba bean (Vicia faba L.) genotypes. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2011;59(8):3763-3771. DOI: 10.1021/jf200338bOomah B.D., Luc G., Leprelle C., Drover J.C.G., Harrison J.E., Olson M. Phenolics, phytic acid, and phytase in Canadian-grown low-tannin baba bean (Vicia faba L.) genotypes. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2011;59(8):3763-3771. DOI: 10.1021/jf200338bPicard J. Aperçu sur l’héredité du caractère absence de tannins dans les graines de féverole (Vicia faba L.). Annales de l’Amélioration des Plantes. 1976;26:101-106. [in French]Picard J. Aperçu sur l’héredité du caractère absence de tannins dans les graines de féverole (Vicia faba L.). Annales de l’Amélioration des Plantes. 1976;26:101-106. [in French]Разарёнова К.Н., Жохова Е.В. Сравнительная оценка содержания дубильных веществ в некоторых видах рода Geranium L. флоры Северо-Запада. Химия растительного сырья. 2011;(4):187-192.Razarenova K.N., Zhokhova E.V. Comparative assessment of the content of tannins in some species of the genus Geranium L. in the flora of the Northwest (Sravnitelnaya otsenka soderzhaniya dubilnykh veshchestv v nekotorykh vidakh roda Geranium L. flory Severo-Zapada). Chemistry of Plant Raw Materials. 2011;(4):187-192. [in Russian].Смирнова-Иконникова М.И. Содержание и качество белка у зерновых бобовых культур. Вестник сельскохозяйственной науки. 1962;(7):40-52.Smirnova-Ikonnikova M. I. Protein content and quality in grain legume crops (Soderzhaniye i kachestvo belka u zernovykh bobovykh kultur). Vestnik selskokhozyaystvennoy nauki = Bulletin of Agricultural Science. 1962;(7):40-52. [in Russian].Вишнякова М.А., Сеферова И.В., Буравцева Т.В, Бурляева М.О., Семенова Е.В., Филипенко Г.И., Александрова Т.Г., Егорова Г.П., Яньков И.И., Булынцев С.В., Герасимова Т.В., Другова Е.В. Коллекция мировых генетических ресурсов зерновых бобовых ВИР: пополнение, сохранение и изучение: (методические указания). 2-е изд. / под ред. М.А. Вишняковой. Санкт-Петербург: ВИР; 2018. DOI: 10.30901/978-5-905954-79-5Vishnyakova M.A., Seferova I.V., Buravtseva T.V., Burlyaeva M.O., Semenova E.V., Filipenko G.I., Aleksandrova T.G., Egorova G.P., Yankov I.I., Bulyntsev S.V., Gerasimova T.V., Drugova E.V. VIR global collection of grain legume crop genetic resources: replenishment, conservation and studying: (guidelines). 2nd ed. M.A. Vishnyakova (ed.). St. Petersburg: VIR; 2018. [in Russian]. DOI: 10.30901/978-5-905954-79-5Weins D.J. The influence of tannins on the extrafloral nectar characteristics and insect mutualists in Vicia faba [dissertation]. Saskatoon: University of Saskatchewan; 2016.Weins D.J. The influence of tannins on the extrafloral nectar characteristics and insect mutualists in Vicia faba [dissertation]. Saskatoon: University of Saskatchewan; 2016.Woyengo T.A., Nyachoti C.M. Ileal digestibility of amino acids for zero-tannin faba bean (Vicia faba L.) fed to broiler chicks. Poultry Science. 2012;91(2):439-443. DOI:10.3382/ps.2011-01678Woyengo T.A., Nyachoti C.M. Ileal digestibility of amino acids for zero-tannin faba bean (Vicia faba L.) fed to broiler chicks. Poultry Science. 2012;91(2):439-443. DOI:10.3382/ps.2011-01678Wu X., Beecher G.R, Holden J.M., Haytowitz D.B., Gebhardt S.E., Prior R.L. Concentrations of anthocyanins in common foods in the United States and estimation of normal consumption. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2006;54(11):4069-4075. DOI: 10.1021/jf060300lWu X., Beecher G.R, Holden J.M., Haytowitz D.B., Gebhardt S.E., Prior R.L. Concentrations of anthocyanins in common foods in the United States and estimation of normal consumption. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2006;54(11):4069-4075. DOI: 10.1021/jf060300l

The authors declare that there are no conflicts of interest present.