vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2026-3-o17vir-nw-2624Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESИсследование качественного и количественного состава антоцианов в линиях-гаплоиндукторах кукурузы с целью повышения точности DH-технологийInvestigating the qualitative and quantitative composition of anthocyanins in maize haploid inducer lines to improve the accuracy of DH technologieshttps://orcid.org/0000-0001-9193-9862КарловА. В.KarlovA. V.

Андрей Владиславович Карлов, аспирант, младший научный сотрудник

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

Andrey V. Karlov, Postgraduate Student, Associate Researcher

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

dra29399@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0005-3960-8288УльяновА. В.UlianovA. V.

Алексей Владимирович Ульянов, младший научный сотрудник

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

Aleksey V. Ulianov, Associate Researcher

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

krasnixin56@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6201-4294СоловьеваА. Е.SolovyevaA. E.

Алла Евгеньевна Соловьева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

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

Alla E. Solovyeva, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

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

alsol64@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5713-2328ХатефовЭ. Б.KhatefovE. B.

Эдуард Балилович Хатефов, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

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

Eduard B. Khatefov, Dr. Sci. (Biology), Leading Researcher

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

head1967@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3197-4751КуринаА. Б.KurinaA. B.

Анастасия Борисовна Курина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, и. о. заведующего лабораторией

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

Anastasia B. Kurina, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, Acting Head of a Laboratory

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

a.kurina@vir.nw.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation20260110202618734359Copyright © Карлов А.В., Ульянов А.В., Соловьева А.Е., Хатефов Э.Б., Курина А.Б., 20262026Карлов А.В., Ульянов А.В., Соловьева А.Е., Хатефов Э.Б., Курина А.Б.Karlov A.V., Ulianov A.V., Solovyeva A.E., Khatefov E.B., Kurina A.B.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/2624Актуальность

Актуальность. Линии-гаплоиндукторы кукурузы используются в ускоренной селекции Doubled Haploid Technology (DH-технологии) для получения гомозиготных линий. Ключевым маркером для идентификации гаплоидных зерновок служит антоциановая окраска, контролируемая генами R1-nj и C1, фенотип Navajo. Однако вариабельность и состав антоцианов могут снижать точность визуального отбора. Статья посвящена определению качественного и количественного содержания антоцианов в линиях-гаплоиндукторах кукурузы.

Материалы и методы

Материалы и методы. Проведен спектрофотометрический скрининг 125 линий-гаплоиндукторов кукурузы по суммарному содержанию антоцианов. Для репрезентативной выборки из 35 линий методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) установлен индивидуальный состав антоцианов.

Заключение

Заключение. Одинаковый фенотип Navajo проявляется разными антоциановыми профилями. Линии с ацилированными формами предпочтительны для DH-технологий благодаря повышенной стабильности пигментов. Выделенные генотипы могут быть рекомендованы в качестве доноров при создании новых линий-гаплоиндукторов с улучшенными маркерными свойствами.

Background

Background. Haploid inducer lines of maize are used for accelerated selection in the doubled haploid (DH) technology to obtain homozygous lines. The anthocyanin coloration controlled by the R1-nj and C1 genes and the Navajo phenotype serve as key markers for identifying haploid grains. However, the variability and composition of anthocyanins may reduce the accuracy of visual selection. The objective was to determine the qualitative and quantitative composition of anthocyanins in maize haploid inducer lines.

Materials and methods

Materials and methods. Spectrophotometric screening of 125 maize haploid inducer lines for the total anthocyanin content was performed. Individual anthocyanin compositions were determined for a representative set of 35 lines using high-performance liquid chromatography (HPLC).

Results

Results. The total anthocyanin content in each line ranged from 14 to 203.6 mg/100 g. All the lines contained 16 anthocyanin compounds, 10 of which were identified. For the first time, two isomeric forms of the anthocyanin marker cyanidin-3-(6-malonyl) glucoside (Cy-3-(6-mal)Glu) were shown for haploid inducer lines. Cluster analysis divided the lines into two groups, where either non-acylated or acylated forms predominated. Unique genotypes were identified among the lines: GI-1 (7343) 7026 with the maximum total content of anthocyanins (203.6 mg/100 g), GI-8097-2 with the highest content of cyanidin-3-glucoside (Cy-3-Glu), and GI-97Y165-4 (8495) 7338 chern. as a source of the alternative anthocyanin marker peonidin-3-glucoside (Peo-3-Glu).

Conclusion

Conclusion. The same Navajo phenotype was manifested in different anthocyanin profiles. Lines with acylated forms are preferable for DH technologies due to the increased stability of pigments. The selected genotypes can be recommended as donors for the development of new haploid inducer lines with improved marker properties.

кукурузаантоцианылинии-гаплоиндукторыизменчивостьгаплоидная селекцияmaizeanthocyaninshaploid inducersvariabilityhaploid breedingработа выполнена в рамках государственных заданий согласно тематическому плану ВИР по проектам № FGEM-2025-0007 «Клеточные технологии для расширения селекционного потенциала культур овощного направления использования» и № FGEM-2022-0009 «Структурирование и раскрытие потенциала наследственной изменчивости мировой коллекции зерновых и крупяных культур ВИР для развития оптимизированного генбанка и рационального использования в селекции и растениеводстве».the research was conducted within the framework of state tasks in accordance with the thematic plan of VIR, Projects No. FGEM-2025-0007 “Cell technologies to expand the breeding potential of crops for vegetable use” and No. FGEM-2022-0009 “Structuring and disclosing the potential of hereditary variation in the global collection of cereal and groat crops at VIR for the development of an optimized genebank and its sustainable utilization in plant breeding and crop production”.ReferencesAbdel-Aal E.S.M., Young J.C., Rabalski I. Anthocyanin composition in black, blue, pink, purple, and red cereal grains. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2006;54(13):4696-4704. DOI: 10.1021/jf0606609Abdel-Aal E.S.M., Young J.C., Rabalski I. Anthocyanin composition in black, blue, pink, purple, and red cereal grains. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2006;54(13):4696-4704. DOI: 10.1021/jf0606609Асадова Г.М., Ульянов А.В., Карлов М.В. Перспективы использования гаплоиндукторов в селекции кукурузы. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(2):16-29. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-2-o3Asadova G.M., Ulyanov A.V., Karlov M.V. The prospects for using haploinducers in maize breeding. Plant Biotechnology and Breeding. 2020;3(2):16-29. [in Russian]. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-2-o3Cai T., Ge-Zhang S., Song M. Anthocyanins in metabolite of purple corn. Frontiers in Plant Science. 2023;14:1-10. DOI: 10.3389/fpls.2023.1154535Cai T., Ge-Zhang S., Song M. Anthocyanins in metabolite of purple corn. Frontiers in Plant Science. 2023;14:1-10. DOI: 10.3389/fpls.2023.1154535Chaikam V., Molenaar W., Melchinger A.E., Boddupalli P.M. Doubled haploid technology for line development in maize: technical advances and prospects. Theoretical and Applied Genetics. 2019;132(12):3227-3243. DOI: 10.1007/s00122-019-03433-xChaikam V., Molenaar W., Melchinger A.E., Boddupalli P.M. Doubled haploid technology for line development in maize: technical advances and prospects. Theoretical and Applied Genetics. 2019;132(12):3227-3243. DOI: 10.1007/s00122-019-03433-xDeineka V.I., Sidorov A.N., Deineka L.A. Determination of purple corn husk anthocyanins. Journal of Analytical Chemistry. 2016;71(11):1145-1150. DOI: 10.1134/S1061934816110034Deineka V.I., Sidorov A.N., Deineka L.A. Determination of purple corn husk anthocyanins. Journal of Analytical Chemistry. 2016;71(11):1145-1150. DOI: 10.1134/S1061934816110034García-López J.I., Hernández-Alonso E., Flores-Naveda A., Juanes-Márquez S., Ramírez-Barrón S., Hernández-Juárez A. et al. Comparison of polyphenols, anthocyanins and color analysis in pigmented maize from northeast Mexico. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca. 2025;53(2):14413. DOI: 10.15835/nbha53214413García-López J.I., Hernández-Alonso E., Flores-Naveda A., Juanes-Márquez S., Ramírez-Barrón S., Hernández-Juárez A. et al. Comparison of polyphenols, anthocyanins and color analysis in pigmented maize from northeast Mexico. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca. 2025;53(2):14413. DOI: 10.15835/nbha53214413Irani N.G., Grotewold E. Light-induced morphological alteration in anthocyanin-accumulating vacuoles of maize cells. BMC Plant Biology. 2005;5(1):7. DOI: 10.1186/1471-2229-5-7Irani N.G., Grotewold E. Light-induced morphological alteration in anthocyanin-accumulating vacuoles of maize cells. BMC Plant Biology. 2005;5(1):7. DOI: 10.1186/1471-2229-5-7Jing P., Giusti M.M. Effects of extraction conditions on improving the yield and quality of an anthocyanin-rich purple corn (Zea mays L.) color extract. Journal of Food Science. 2007;72(7):C363-C368. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2007.00441.xJing P., Giusti M.M. Effects of extraction conditions on improving the yield and quality of an anthocyanin-rich purple corn (Zea mays L.) color extract. Journal of Food Science. 2007;72(7):C363-C368. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2007.00441.xКарбовская Р.В., Борис И.И. Идентификация антоцианов при помощи ВЭЖХ как метод подтверждения аутентичности фруктово-ягодного сырья и готовой продукции. Журнал Хроматографічного товарищества. 2008;8(3-4):13-33.Karbovskaya R.V., Boris I.I. Identification of anthocyanins by HPLC as a method for confirming the authenticity of fruit and berry raw materials and finished products. Journal of the Chromatographic Society. 2008;8(3-4):13-33. [in Russian]Khoo H.E., Azlan A., Tang S.T., Lim S.M. Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits. Food and Nutrition Research. 2017;61(1):1361779. DOI: 10.1080/16546628.2017.1361779Khoo H.E., Azlan A., Tang S.T., Lim S.M. Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits. Food and Nutrition Research. 2017;61(1):1361779. DOI: 10.1080/16546628.2017.1361779Куркин В.А., Рязанова Т.К., Куркина А.В., Егорова А.В. Способ количественного определения антоцианов в лекарственном растительном сырье. Российская Федерация; патент № RU2557953C2; 2015.Kurkin V.A., Ryazanova T.K., Kurkina A.V., Egorova A.V. Method for the quantitative determination of anthocyanins in medicinal plant raw materials (Sposob kolichestvennogo opredeleniya antotsianov v lekarstvennom rastitelnom syrye). Russian Federation; patent number RU2557953C2; 2015. [in Russian]Lone A.A., Dar Z.A., Gull A., Gazal A., Naseer S., Khan M.H., et al. Breeding maize for food and nutritional security In: A.K. Goyal (ed.). Cereal Grains. Vol. 1. London: IntechOpen; 2021. p.39-54. DOI: 10.5772/intechopen.98741Lone A.A., Dar Z.A., Gull A., Gazal A., Naseer S., Khan M.H., et al. Breeding maize for food and nutritional security In: A.K. Goyal (ed.). Cereal Grains. Vol. 1. London: IntechOpen; 2021. p.39-54. DOI: 10.5772/intechopen.98741Paulsmeyer M., Chatham L., Becker T., West M., West L., Juvik J. Survey of anthocyanin composition and concentration in diverse maize germplasms. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2017;65(21):4341-4350. DOI: 10.1021/acs.jafc.7b00771Paulsmeyer M., Chatham L., Becker T., West M., West L., Juvik J. Survey of anthocyanin composition and concentration in diverse maize germplasms. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2017;65(21):4341-4350. DOI: 10.1021/acs.jafc.7b00771Petroni K., Pilu R., Tonelli C. Anthocyanins in corn: a wealth of genes for human health. Planta. 2014;240(5): 901-911. DOI: 10.1007/s00425-014-2131-1Petroni K., Pilu R., Tonelli C. Anthocyanins in corn: a wealth of genes for human health. Planta. 2014;240(5): 901-911. DOI: 10.1007/s00425-014-2131-1Саласина Я.Ю., Калинкин Д.А., Дейнека В.И., Дейнека Л.А. Некоторые закономерности экстракции антоцианов из растительных источников. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):691-699. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-4-691-699Salasina Y.Yu., Kalinikin D.S., Deineka V.I., Deineka L.A. Some regularities in the process of anthocyanin extraction from vegetable sources. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2020;10(4):691-699. [in Russian]. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-4-691-699Sharma M., Chai C., Morohashi K., Grotewold E., Snook M.E., Chopra S. Expression of flavonoid 3'-hydroxylase is controlled by P1, the regulator of 3-deoxyflavonoid biosynthesis in maize. BMC Plant Biology. 2012;12:196. DOI: 10.1186/1471-2229-12-196Sharma M., Chai C., Morohashi K., Grotewold E., Snook M.E., Chopra S. Expression of flavonoid 3'-hydroxylase is controlled by P1, the regulator of 3-deoxyflavonoid biosynthesis in maize. BMC Plant Biology. 2012;12:196. DOI: 10.1186/1471-2229-12-196Шмараев Г.Е., Матвеева Г.В. Методические указания по изучению и поддержанию образцов коллекции кукурузы. Ленинград: ВИР; 1985.Shmaraev G.E., Matveeva G.V. Guidelines for the study and maintenance of maize collection accessions (Metodicheskiye ukazaniya po izucheniyu i podderzhaniyu obraztsov kollektsii kukuruzy). Leningrad: VIR; 1985. [in Russian]Третьяков М.Ю., Хорошилов С.А., Сидоров А.Н., Чулков А.Н., Дейнека В.И., Дейнека Л.А. Кукуруза как источник антоцианов. Достижения науки и техники АПК. 2012;(9):30-32.Tretyakov М.V., Khoroshilov S.A., Sidorov A.N., Chulkov A.N., Deineka V.I., Deineka L.A. Corn as a source of anthocyanin. Achievements of Science and Technology of AIC. 2012;(9):30-32. [in Russian]Ульянов А.В., Карлов А.В., Хатефов Э.Б. Использование гаплоиндукторов кукурузы как инструмента в биотехнологии сельскохозяйственных растений. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(7):704-713. DOI: 10.18699/VJGB-22-85Ulyanov A.V., Karlov A.V., Khatefov E.B. The use of maize haploid inducers as a tool in agricultural plant biotechnology. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2022;26(7):704-713. [in Russian]. DOI: 10.18699/VJGB-22-85

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