Скрининг скороспелых образцов амаранта коллекции ВИР по аминокислотному составу семян

Актуальность. Амарант – ценная и перспективная культура многоцелевого использования, рекордсмен по содержанию полноценного белка в семенах и листьях. Обладает большим генетическим разнообразием, пластичностью и высокой адаптивной способностью к неблагоприятным условиям среды.

Материалы и методы. Материалом для исследования послужили семена 105 образцов амаранта из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР), выделенных в 2024 г. как скороспелые в нетипичных для культуры условиях Северо-Западного региона РФ. Содержание белка определяли по методу Кьельдаля, аминокислотный состав – методом ионообменной хроматографии.

Результаты. В результате исследования определено содержание белка в семенах амаранта, идентифицирован аминокислотный профиль, включающий 17 аминокислот. Установлено, что в целом для зерновых форм амаранта характерна низкая вариабельность содержания белка. Выявлено достоверное превышение его уровня (+9,7%) в группе ультраскороспелых образцов. Показаны различия между группами спелости по содержанию серина, играющего значительную роль в формировании реакции растений на абиотические стрессы. Отмечены межвидовые различия аминокислотного состава семян у видов Amaranthus cruentus L. и A. hypochondriacus L. В результате скрининга отмечены генотипы, обладающие высоким содержанием белка, отдельных аминокислот, а также обладающие комплексом хозяйственно ценных признаков. Данные образцы рекомендуются для включения в селекционные программы по созданию скороспелых холодостойких сортов зернового амаранта с высоким выходом белка после получения устойчивых показателей хозяйственно ценных признаков в ходе последующего изучения выделившихся в текущем исследовании образцов.

1. Akin-Idowu P.E., Gbadegesin M.A., Orkpeh U., Ibitoye D.O., Odunola O.A. Characterization of grain amaranth (Amaranthus spp.) germplasm in South West Nigeria using morphological, nutritional, and random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis. Resources. 2016;5(1):6. DOI: 10.3390/resources5010006

2. Alvarez-Jubete L., Arendt E.K., Gallagher E. Nutritive value of pseudocereals and their increasing use as functional gluten-free ingredients. Trends in Food Science and Technology. 2010;21(2):106-113. DOI: 10.1016/j.tifs.2009.10.014

3. Bressani R., González J.M., Zúñiga J., Breuner M., Elías L.G. Yield, selected chemical composition and nutritive value of 14 selections of amaranth grain representing four species. Journal of the Science of Food and Agriculture. 1987;38(4):347-356. DOI: 10.1002/jsfa.2740380407

4. Chakraborty S., Chakraborty N., Datta A. Increased nutritive value of transgenic potato by expressing a nonallergenic seed albumin gene from Amaranthus hypochondriacus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2000;97(7):3724-3729. DOI: 10.1073/pnas.050012697

5. Covas G. Publicación miscelánea Nº 13: Perspectivas del cultivo de los amarantos en la República Argentina. Anguil: Estación Experimental Agropecuaria; 1994. [in Spanish]

6. Dietary protein quality evaluation in human nutrition. Report of an FAQ Expert Consultation. FAO Food and Nutrition Paper. 2013;92:1-66.

7. Гинс М.С., Гинс В.К., Мотылева С.М., Байков А.А., Гинс Е.М., Колорева А.К. Состав и антиоксидантная активность аминокислот в листьях Amaranthus tricolor L. сорта Early Splendor. Овощи России. 2019;(3):96-98. DOI: 10.18619/2072-9146-2019-3-96-98

8. Gins M.S., Gins V.K., Motyleva S.M., Kulikov I.M., Medvedev S.M., Kononkov P.F. et al. Mineral composition of amaranth (Amaranthus L.) seeds of vegetable and grain usage by ARHIVBSP selection. Potravinarstvo – Slovak Journal of Food Sciences. 2018;12(1):330-336. DOI: 10.5219/863

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

10. Han M., Zhang C., Suglo P., Sun S., Wang M., Su T. L-aspartate: an essential metabolite for plant growth and stress acclimation. Molecules. 2021;26(7):1887. DOI: 10.3390/molecules26071887

11. Ионова Е.В., Лиховидова В.А., Лобунская И.А. Засуха и гидротермический коэффициент увлажнения как один из критериев оценки степени ее интенсивности (обзор литературы). Зерновое хозяйство России. 2019;(6):18-22. DOI: 31367/2079-8725-2019-66-6-18-22

12. Kjeldahl J. A new method for the determination of nitrogen in organic matter. Zeitschrift für Analytische Chemie. 1883;22(1):366-382. DOI: 10.1007/BF01338151

13. Лысиков Ю.А. Аминокислоты в питании человека. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2012;(2):88-105.

14. Pelech L. Influence of cultivation methods on the formation of individual productivity of amaranth. Sciences of Europe. 2021;67(2):21-27. DOI: 10.24412/3162-2364-2021-67-2-21-27

15. Písaříková B., Kráčmar S., Herzig I. Amino acid contents and biological value of protein in various amaranth species. Czech Journal of Animal Science. 2005;50(4):169-174. DOI: 10.17221/4011-CJAS

16. Raina A., Datta A. Molecular cloning of a gene encoding a seed-specific protein with nutritionally balanced amino acid composition from Amaranthus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1992;89(24):11774-11778. DOI: 10.1073/pnas.89.24.11774

17. Rascón-Cruz Q., Sinagawa-García S., Osuna-Castro J.A., Bohorova N., Paredes-López O. Accumulation, assembly, and digestibility of amarantin expressed in transgenic tropical maize. Theoretical and Applied Genetics. 2003;108(2):335-342. DOI: 10.1007/s00122-003-1430-x

18. Rastogi A., Shukla S. Amaranth: a new millennium crop of nutraceutical values. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2013;53(2):109-125. DOI: 10.1080/10408398.2010.517876

19. Rivelli A.R., Gherbin P., De Maria S., Pizza S. Field evaluation of Amaranthus species for seed and biomass yields in southern Italy. Italian Journal of Agronomy. 2008;3(3):225-229. DOI: 10.4081/ija.2008.225

20. Ros R., Muñoz-Bertomeu J., Krueger S. Serine in plants: biosynthesis, metabolism, and functions. Trends in Plant Science. 2014;19(9):564-569. DOI: 10.1016/j.tplants.2014.06.003

21. Sá A.G.A., Moreno Y.M.F., Carciofi B.A.M. Plant proteins as high-quality nutritional source for human diet. Trends in Food Science and Technology. 2020;97:170-184. DOI: 10.1016/j.tifs.2020.01.011

22. Segura-Nieto M. Biochemistry of amaranth proteins. In: O. Paredes-López (ed.). Amaranth Biology, Chemistry, and Technology. Boca Raton, FL: CRC Press; 1994. p.73-105. DOI: 10.1201/9781351069601

23. Sokolova D., Zvereva O., Shelenga T., Solovieva A. Comparative characteristics of the amino acid composition in amaranth accessions from the VIR collection. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 2021;45(1):68-78. DOI: 10.3906/tar-2007-7

24. Sokolova D.V. The potential of the VIR grain amaranth collection for cultivation in the northern regions. Crop Breeding and Applied Biotechnology. 2025;25(2):e52252527. DOI: 10.1590/1984-70332025v25n2a07

25. Государственный реестр сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, допущенных к использованию: официальное издание. Москва: Росинформагротех; 2024. URL: https://mcx.gov.ru/upload/iblock/3bf/zcvfsva67n3wntuboag3pnkzrt4xwnof.pdf [дата обращения: 24.09.2025].

26. Szabóová M., Záhorský M., Gažo J., Geuens J., Vermoesen A., D’Hondt E. et al. Differences in seed weight, amino acid, fatty acid, and squalene content in γ-irradiation-developed and commercial amaranth varieties (Amaranthus spp.). Plants (Basel). 2020;9(11):1412. DOI: 10.3390/plants9111412

27. Tamás C., Kisgyörgy B.N., Rakszegi M., Wilkinson M.D., Yang M.S., Láng L. et al. Transgenic approach to improve wheat (Triticum aestivum L.) nutritional quality. Plant Cell Reports. 2009;28(7):1085-1094. DOI: 10.1007/s00299-009-0716-0

28. Toader M., Ionescu A.M., Șonea C., Georgescu E. Research on the morphology, biology, productivity and yields quality of the Amaranthus cruentus L. in the southern part of Romania. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca. 2020;48(3):1413-1425. DOI: 10.15835/nbha48311973

29. Tömösközi S., Baracskai I., Schönlechner R., Berghofer E., Läsztity R. Comparative study of composition and technological quality of amaranth. I. Gross chemical composition, amino acid and mineral content. Acta Alimentaria. 2009;38(3):341-347. DOI: 10.1556/aalim.38.2009.3.8

30. Vendemiatti A., Ferreira R.R., Gomes L.H., Medici L.O., Azevedo R.A. Nutritional quality of sorghum seeds: storage proteins and amino acids. Food Biotechnology. 2008;22(4):377-397. DOI: 10.1080/08905430802463487