Взаимосвязь признаков арахиса (Arachis hypogaea L.) и уровня экспрессии гена кукумопин-синтазы

Актуальность. Арахис – ценная сельскохозяйственная культура. Последние исследования показали, что арахис относится к природно-трансгенным растениям, то есть в его геноме содержится Т-ДНК, называемая клеточной (клТ-ДНК), полученная в ходе эволюции от агробактерий. Ген cus кодирует кукумопин-синтазу, отвечающую за синтез кукумопина. Ранее было доказано, что этот ген в арахисе сохранил неповрежденную рамку считывания и активно экспрессируется в разных органах растения, однако его влияние на растения до сих пор не известно. В данном исследовании мы попытались проанализировать все изученные нами хозяйственно ценные признаки арахиса и найти корреляции между их проявлением и уровнем экспрессии гена cus.
Материалы и методы. В работе использовано 63 образца арахиса (Arachis hypogaea L.) коллекции ВИР, для 10 из которых получены результаты анализа уровня экспрессии гена cus в разных органах (корни, стебель, листья). Экологогеографическое испытание проводилось в 2019–2021 гг. в двух пунктах, различающихся по климатическим и почвенным условиям: на Кубанской опытной станции – филиале ВИР и в Прикаспийском аграрном федеральном научном центре РАН. Описание морфологических и хозяйственно ценных показателей осуществлялось в соответствии с методическими указаниями. Оценку жирнокислотного состава семян проводили с помощью газовой хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией, оценку содержания белка – по методу Кьельдаля. Статистическую обработку данных проводили в программе Statistica 7.0.
Результаты и заключение. С помощью оценки изменчивости хозяйственно ценных признаков, изученных в течение трех лет эколого-географического испытания, исследована взаимосвязь этих признаков с уровнем экспрессии гена cus в разных органах арахиса. В результате анализа обнаружены тенденции, которые позволяют утверждать, что высокий уровень экспрессии гена сus влияет на продуктивность, продолжительность периода «всходы – цветение», массу 1000 бобов.

1. Анащенко А.В., Ростова Н.С. Корреляционный и факторный анализ морфологических и хозяйственных признаков рапса. Сельскохозяйственная биология. 1991;26(4):129-135.

2. Barkley N.A., Dean R.E., Pittman R.N., Wang M.L., Holbrook C.C., Pederson G.A. Genetic diversity of cultivated and wildtype peanuts evaluated with M13-tailed SSR markers and sequencing. Genetical Research. 2007;89(2):93-106. DOI: 10.1017/s0016672307008695

3. Bemova V.D., Matveeva T.V. Prospects for the use of natural transgenic cultivated peanut (Arachis hypogaea L.) in breeding. Ecological Genetics. 2022;20:35. DOI: 10.17816/ecogen112340

4. Bertioli D.J., Jenkins J., Clevenger J., Dudchenko O., Gao D., Seijo G. et al. The genome sequence of segmental allotetraploid peanut Arachis hypogaea. Nature Genetics. 2019;51(5):877-884. DOI: 10.1038/s41588-019-0405-z

5. Bogomaz O.D., Bemova V.D., Mirgorodskii N.A., Matveeva T.V. Evolutionary fate of the opine synthesis genes in the Arachis L. genomes. Biology (Basel). 2024;13(8):601. DOI: 10.3390/biology13080601

6. Брач Н.Б. Корреляционный и факторный анализ некоторых признаков льна-долгунца. Научно-технический бюллетень Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. 1989;188:45-46.

7. Бурляева М.О., Малышев Л.Л. Применение факторного и дисперсионного анализа для оценки исходного материала сои по урожайности зеленой массы и дифференциация сортов по направлениям использования. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2013;173:55-67.

8. Chen Y., Bonkowski M., Shen Y., Griffiths B.S., Jiang Y., Wang X. et al. Root ethylene mediates rhizosphere microbial community reconstruction when chemically detecting cyanide produced by neighbouring plants. Microbiome. 2020;8(1):4. DOI: 10.1186/s40168-019-0775-6

9. Гаврилова В.А., Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Пороховинова Е.А. Структурирование генетической коллекции подсолнечника. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2024;185(4):130-142. DOI: 10.30901/2227-8834-2024-4-130-142

10. Han L., Zhang H, Bai X., Jiang B. The peanut root exudate increases the transport and metabolism of nutrients and enhances the plant growth-promoting effects of burkholderia pyrrocinia strain P10. BMC Microbiology. 2023;23(1):85. DOI: 10.1186/s12866-023-02818-9

11. Kong D., Cui L., Wang X., Wo J., Xiong F. Fungus-derived opine enhances plant photosynthesis. Journal of Advanced Research. [preprint] 2024. DOI: 10.1016/j.jare.2024.11.029

12. Krapovickas A. The origin, variability and spread of the groundnut (Arachis hypogaea). In: P.J. Ucko, G.W. Dimbleby (eds). The Domestication and Exploitation of Plants and Animals. Chicago: Aldline Pub. Co.; 1969, p.427-442.

13. Matveeva T.V., Otten L. Widespread occurrence of natural genetic transformation of plants by Agrobacterium. Plant Molecular Biology. 2019;101(4-5):415-437. DOI: 10.1007/s11103-019-00913-y

14. Sasse J., Martinoia E., Northen T. Feed your friends: Do plant exudates shape the root microbiome? Trends in Plant Science. 2018;23(1):25-41. DOI: 10.1016/j.tplants.2017.09.003

15. Settaluri V.S., Kandala C.V.K., Puppala N., Sundaram J. Peanuts and their nutritional aspects – A review. Food and Nutrition Sciences. 2012;3(12):1644-1650. DOI: 10.4236/fns.2012.312215

16. (Вахрушева Т.Е. Изучение коллекции арахиса (Arachis hipogaea L.). Методические указания. Санкт-Петербург: ВИР; 1995.

17. Wang T., Balla B., Kovács S., Kereszt A. Varietas delectat: Exploring natural variations in nitrogen-fixing symbiosis research. Frontiers in Plant Science. 2022;13:856187. DOI: 10.3389/fpls.2022.856187

18. Жуковский П.М. Культурные растения и их сородичи: систематика, география, цитогенетика, иммунитет, экология, происхождение, использование. Ленинград: Колос; 1971