Изменения в содержании белков, липидов и состоянии антиоксидантной системы у мутантных форм амаранта Amaranthus cruentus L.

Актуальность. Одним из важных показателей пищевой ценности амаранта является высокое содержание белка и ненасыщенных жирных кислот в семенах, поэтому получение и выявление таких форм амаранта при селекции, к тому же отличающихся устойчивостью к абиотическим стрессовым факторам, является актуальным.
Материалы и методы. В работе были использованы листья и семена красного амаранта Amaranthus cruentus L. сорта ‘Багряный’, а также мутантов второго поколения инбридинга, полученных путем обработки азидом натрия. Содержание общего растворимого белка определяли методом Бредфорда, анализ липидов проводили методом тонкослойной хроматографии, состояние антиоксидантной системы определяли по активности каталаз и пероксидаз, а также скорости образования супероксид-аниона.
Результаты. Наибольшая концентрация общего белка в семенах составила 13,8 мг/г семян у мутанта № 5. В семенах амаранта было выявлено 15 жирных кислот, причем у четырех мутантов амаранта было выявлено достоверное увеличение процентного содержания омега-6-ненасыщенной линолевой кислоты. Показано увеличение солеустойчивости у мутантов № 2 и № 3 по сравнению с контролем. У мутанта № 2 при засолении выявлялась более высокая активность пероксидаз, а у мутанта № 3 – каталаз, и они оба характеризовались сниженной скоростью образования супероксид-аниона по сравнению с контролем.
Заключение. Мутанты амаранта, характеризующиеся повышенной стрессоустойчивостью, увеличенным содержанием белка и линолевой кислоты, могут быть рекомендованы для дальнейшей селекции с целью получения новых сортов этой культуры с улучшенными хозяйственно ценными признаками

1. Agarwal S., Pandey V. Antioxidant enzyme response to NaCl stress in Cassia angustifolia. Biologia Plantarum. 2004;48(4):555-560. DOI: 10.1023/B:BIOP.0000047152.07878.e7

2. Asada K. Production and action of active oxygen species in photosynthetic tissues. Causes of Photoxidative Stress and Amelioration of Defense Systems in Plants. New York, NY: CRC Press; 1994. р.78.

3. Aydin S.S., Büyük I., Aras S. Relationships among lipid peroxidation, SOD enzyme activity, and SOD gene expression profile in Lycopersicum esculentum L. exposed to cold stress. Genetics and Molecular Research. 2013;12(3):3220-3229. DOI: 10.4238/2013.august.29.6

4. Becker R., Wheeler E.L., Lorenz K., Stafford A.E., Grosjean O.K., Betschart A.A. et al. A composition study of amaranth grain. Journal of Food Science. 1981;46(4):1175-1180. DOI: 10.1111/j.1365-2621.1981.tb03018.x

5. Benavides M.P., Marconi P.L., Gallego S.M., Comba M.E., Tomaro M.L. Relationship between antioxidant defense system and salt tolerance in Solanum tuberosum. Australian Journal of Plant Physiology. 2000;27(3):273-278. DOI: 10.1071/PP99138

6. Blokhina O., Virolainen-Arne E., Fagerstedt K.V. Antioxidants, oxidative damage and oxygen deprivation stress: a review. Annals of Botany. 2003;91(2):179-194. DOI: 10.1093/aob/mcf118

7. Bradford M.M. A rapid and sensitive methods for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein–dye binding. Analytical Biochemistry. 1976;72:248-254. DOI: 10.1006/abio.1976.9999

8. Das S. Amaranthus: a promising crop of future. Singapore: Springer; 2016. DOI: 10.1007/978-981-10-1469-7

9. Dionisio-Sese M.L., Tobita S. Antioxidant responses of rice seedlings to salinity stress. Plant Science. 1998;135(1):1-9. DOI: 10.1016/S0168-9452(98)00025-9

10. Elfeky S., Abo-Hamad S., Saad-Allah K.M. Physiological impact of sodium azide on Helianthus annuus seedlings. International Journal of Agronomy and Agricultural Research. 2014;4(5):102-109.

11. Ермаков 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.

12. Евграшкина Т.Н., Иванищев В.В., Бойкова О.И., Жуков Н.Н. Индукция окислительного стресса карбонатным засолением в проростках тритикале. Российская сельскохозяйственная наука. 2020;(1):11-14. DOI: 10.31857/S2500-2627-2020-1-11-14

13. Foyer C.H., Noctor G. Redox sensing and signaling associated with reactive oxygen in chloroplasts, peroxisomes and mitochondria. Physiologia Plantarum. 2003;119(3):355-364. DOI: 10.1034/j.1399-3054.2003.00223.x

14. Gamel T.H., Mesallam A.S., Damir A.A., Shekib L.A., Linssen J.P. Characterization of amaranth seed oils. Journal of Food Lipids. 2007;14(3):323-334. DOI: 10.1111/j.1745-4522.2007.00089.x

15. Gómez-Pando L., Eguiluz A., Jimenez J., Falconí J., Heros Aguilar E. Barley (Hordeum vulgare) and Kiwicha (Amaranthus caudatus) improvement by mutation induction in Peru. In: Q.Y. Shu (ed.). Induced Plant Mutations in the Genomics Era. Rome: FAO; 2009. p.330-332.

16. Гудым Е.В. Характеристика мутантных форм амаранта по качеству зерна. Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2018;(1):113-117.

17. Hasanuzzaman M., Hossain M.A., Teixeira da Silva J.A., Fujita M. Plant response and tolerance to abiotic oxidative stress: Antioxidant defense is a key factor. In: B. Venkateswarlu, A.K. Shanker, C. Shanker, M. Maheswari (eds). Crop Stress and Its Management: Perspectives and Strategies. Dordrecht: Springer; 2011. p.261-315. DOI:10.1007/978-94-007-2220-0_8

18. Кейтс М. Техника липидологии. Выделение, анализ и идентификация липидов / пер. с англ. В. Вавера. Москва: МИР; 1975.

19. Kečkešová M., Gálová Z., Hricová A. Changes in protein profile in amaranth mutant line. Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences. 2012;1:1129-1135.

20. Koca H., Ozdemir F., Turkan I. Effect of salt stress on lipid peroxidation and superoxide dismutase and peroxidase activities of Lycopersicon esculentum and L. pennellii. Biologia Plantarum. 2006;50(4):745-748. DOI: 10.1007/s10535-006-0121-2

21. Левитана Т.П., Липская А.А., Дмитриева Е.Ю. Методы биохимического анализа растений. Ленинград: ЛГУ; 1978.

22. Лось Д.А. Десатуразы жирных кислот. Москва: Научный мир; 2014.

23. Minibayeva F.V., Gordon L.K., Kolesnikov O.P., Chasov A.V. Role of extracellular peroxidase in the superoxide production by wheat root cells. Protoplasma. 2001;217(1-3):125-128. DOI: 10.1007/BF01289421

24. Mlakar S.G., Turinek M., Jakop M., Bavec M., Bavec F. Nutrition value and use of grain amaranth: potential future application in bread making. Agricultura. 2009;6(2):43-53.

25. Nagesh Babu R., Devaraj V.R. High temperature and salt stress response in French bean (Phaseolus vulgaris). Australian Journal of Crop Science. 2008;2(2):40-48.

26. Opute F.I. Seed lipids of the grain amaranths. Journal of Experimental Botany. 1978;30(3):601-606. DOI: 10.1093/jxb/30.3.601

27. Panchuck I.I., Volkov R.A., Schöff F. Heat stress- and heat shock transcription factor-dependent expression and activity of ascorbate peroxidase in Arabidopsis. Plant Physiology. 2002;129(2):838-853. DOI: org/10.1104/pp.001362

28. Rücker B., Röbbelen G. Mutants of Brassica napus with altered seed lipid fatty acid composition. In: J.P. Williams, M.U. Khan, N.W. Lem (eds). Physiology, Biochemistry and Molecular Biology of Plant Lipids. Dordrecht: Springer; 1997. p.316-318. DOI: 10.1007/978-94-017

29. Таипова Р.М., Кулуев Б.Р. Определение оптимальной концентрации мутагена азида натрия для обработки семян Amaranthus cruentus L. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия, биология, фармация. 2021;(3):34-41.

30. Высочина Г.И. Амарант (Amaranthus L.): химический состав и перспективы использования (обзор). Химия растительного сырья. 2013;(2):5-14.