Preview

Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции

Расширенный поиск

Структурная изменчивость гена богатого метионином альбумина SFA8 подсолнечника

https://doi.org/10.30901/2227-8834-2018-4-91-103

Полный текст:

Аннотация

Актуальность. 2S альбумины семян подсолнечника и других масличных растений обладают высокой питательной ценностью, защитной активностью против возбудителей грибных болезней, а также ценными функциональными свойствами. Главный компонент альбуминовой фракции – белок SFA8 содержит 103 аминокислотных остатка, из которых 15 приходится на долю метионина – незаменимой аминокислоты. Структурный ген SFA8 представлен в генофонде однолетнего культурного подсолнечника двумя аллелями, продукты которых имеют различные изоэлектрические точки и отличаются по электрофоретической подвижности, однако молекулярные механизмы полиморфизма неизвестны. Результаты. Секвенированы последовательности амплифицированных фрагментов гена SFA8 семи образцов Helianthus annuus L. и трех образцов диких видов рода Helianthus L. из коллекции ВИР. Впервые установлено, что в центральной части гена SFA8 находится интрон, длина которого у разных генотипов варьирует от 258 до 303 пн. Длина первого экзона составляет 99 пн., длина второго – 210 пн. Нуклеотидные и транслированные аминокислотные последовательности полиморфны у различных генотипов. Линия ВИР130, у которой ранее обнаружены два экспрессирующихся варианта белка – нормальный с изоэлектрической точкой (pI) 6,0 («дикий тип») и его аллельный вариант с pI 6,5 («вариантный белок») – имеет два варианта кодирующей последовательности. В одной из них присутствует замена 108С—G, приводящая к замене полярной незаряженной аминокислоты серина на положительно заряженный аргинин и, соответственно, изменению заряда белка и его изоэлектрической точки. Последовательность интрона также полиморфна и характеризуется наличием инделей длиной около 45 пн. У всех образцов последовательности интрона содержат динуклеотиды GT на 5΄ и AG на 3΄ конце, характерные для консенсусных последовательностей сайтов сплайсинга интронов U2-типа. Варианты вторичной структуры последовательностей интрона SFA8 H. argophyllus Torr. & A.Gray и всех проанализированных генотипов H. annuus сходны между собой, но отличаются от вариантов H. petiolaris Nutt. и H. giganteus L. Выводы. Полученные данные о полиморфизме последовательностей гена SFA8 важны для объяснения молекулярных механизмов генотипических различий биохимических и функциональных свойств кодируемого белка, а выявленные различия вторичной структуры интрона − для понимания особенностей экспрессии этого белка.

 

Об авторах

И. Н. Анисимова
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия


Н. В. Алпатьева
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия


С. В. Горюнова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук; Автономная некоммерческая образовательная организация высшего профессионального образования «Сколковский институт науки и технологий»
Россия


Д. В. Горюнов
Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова; Автономная некоммерческая образовательная организация высшего профессионального образования «Сколковский институт науки и технологий»
Россия


Ал. В. Конарев
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений
Россия


В. А. Гаврилова
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия


Е. Е. Радченко
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия


Список литературы

1. Анисимова И. Н., Алпатьева Н. В., Тимофеева Г. И. Скрининг генетических ресурсов растений с использованием ДНК-маркеров: основные принципы, выделение ДНК, постановка ПЦР, электрофорез в агарозном геле: Методические указания ВИР / под ред. Е. Е. Радченко. СПб. : ВИР, 2010. 30 с.

2. Гаврилова В. А., Анисимова И. Н. Генетика культурных растений. Подсолнечник Санкт-Петербург : ВИР, 2003. 197 c.

3. Agizzio A. P., Da Cunha M., Carvalho A. O., Oliveira M. A., Ribeiro S. F., Gomes V. M. The antifungal properties of a 2S albumin-homologous protein from passion fruit seeds involve plasma membrane permeabilization and ultrastructural alterations in yeast cells // Plant Sci., 2006, vol. 171, no. 4, pp. 515−522. DOI: 10.1016/j.plantsci.2006.06.001.

4. Anisimova I. N., Fido R. J., Tatham A. S., Shewry P. R. Genotypic variation and polymorphism of 2S albumins of sunflower // Euphytica, 1995, vol. 83, pp. 15–23.

5. Anisimova I. N., Konarev A. V., Gavrilova V. A., Rozhkova V. T., Fido R. J., Tatham A. S., Shewry P. R. Polymorphism and inheritance of methionine-rich 2S albumins in sunflower // Euphytica, 2003, vol. 129. no. 1, pp. 99–107. DOI: 10.1023/A:1021562712945.

6. Badouin H., Gouzy G., Grassa C. J. et al. The sunflower genome provides insights into oil metabolism, flowering and Asterid evolution // Nature, 2017, vol. 546, pp. 148−152. DOI: 10.1038/nature22380.

7. Elliott A. G., Delay C., Liu H., Phua Z., Rosengren K. J., Benfield A. H., Panero J. L., Colgrave M. L., Jayasena A. S., Dunse K. M., Anderson M. A. Evolutionary origins of a bioactive peptide buried within preproalbumin // The Plant Cell, 2014, vol. 26, pp. 981–995. DOI 10.1105/tpc.114.123620.

8. Franke B., Colgrave M. L., Mylne J. S., Rosengren K. J. Mature forms of the major seed storage albumins in sunflower: A mass spectrometric approach // 2016, vol. 147, no. 1, pp.177−186. DOI: 10.1016/j.jprot.2016.05.004.

9. Jayasena A. S., Franke B., Rosengren J., Mylne J. S. A tripartite approach identifies the major sunflower seed albumins // Theor. Appl. Genet., 2016, vol. 129, no. 3, pp. 613−629. DOI: 10.1007/s00122-015-2653-3.

10. Kortt A. A., Caldwell J. B. Low molecular weight albumins from sunflower seed: identification of a methionine-rich albumin // Phytochemistry, 1990, vol. 29, no. 9, pp. 2805−2810.

11. Kortt A. A., Caldwell J. B., Lilley G. G., Higgins T. J. V. Amino acid and cDNA sequences of a methioninerich 2S protein from sunflower seed (Helianthus annuus L.) // Eur. J. Biochem., 1991, vol. 195, pp. 329−334. DOI: 10.1111/j.1432-1033.1991.tb15710.x.

12. Konarev Al. V., Gavrilova V. A., Rozhkova V. T., Fido R. J., Tatham A. S., Shewry P. R. Novel proteinase inhibitors in seeds of sunflower (Helianthus annuus L.): polymorphism, inheritance and properties. Theor. Appl. Genet., 2000, vol. 100, no. 1, pp. 82−88. DOI: 10.1007/s001220050012.

13. Konarev A. V., Anisimova I. N., Gavrilova V. A., Vachrusheva T. E., Konechnaya G. Y., Lewis M., Shewry P. R. Serine proteinase inhibitors in the Compositae: Distribution, polymorphism and properties // Phytochemistry, 2002, vol. 59, pp. 279−291. DOI: 10.1016/S0031-9422(01)00463-0.

14. Kreis M., Forde B. G., Rahman S., Miflin B. J., Shewry P. R. Molecular evolution of the seed storage proteins of barley, rye and wheat // J. Mol. Biol., 1985, vol. 183, no. 3, pp. 499−502.

15. Lin C. L., Taggart A. J., Fairbrother W. G. RNA structure in splicing: An evolutionary perspective // RNA Biol., 2016, vol. 13, no. 9, pp. 766−771. DOI: 10.1080/15476286.2016.1208893.

16. Luckett S., Garcia R. S., Barker J. J., Konarev A. V., Shewry P. R., Clarke A. R., Brady R. L. High resolution structure of a potent, cyclic proteinase inhibitor from sunflower seeds // J. Mol. Biol., 1999, vol. 290, pp. 525−533. DOI: 10.1006/jmbi.1999.2891.

17. Meyer M., Plass M., Pérez-Valle J., Eyras E., Vilardell J. Deciphering 3'ss selection in the yeast genome reveals an RNA thermosensor that mediates alternative splicing // Mol. Cell., 2011, vol. 43, no. 6, pp. 1033–1039. DOI: 10.1016/j.molcel.2011.07.030.

18. Moreno F.J., Clemente A. 2S Albumin Storage Proteins: What makes them food allergens? // Open Biochem. J., 2008, vol. 2, pp. 16−28. DOI: 10.2174/1874091X00802010016.

19. Mylne J. S., Colgrave M. L., Daly N. L., Chanson A. H., Elliott A. G., Mc Callum E. J., Jones A., Craik D. J. Albumins and their processing machinery are hijacked for cyclic peptides in sunflower // Nat. Chem. Biol., 2011, vol. 7, pp. 257−259. DOI: 10.1038/nCHeMBIO.542.

20. Odintsova T. I., Rogozhin E. A., Sklyar I. V., Musolyamov A. K., Kudryavtsev A. M., Pukhalsky V. A., Smirnov A. N., Grishin E. V., Egorov T. A. Antifungal activity of storage 2S albumins from seeds of the invasive weed dandelion Taraxacum officinale Wigg. // Protein and Peptide Letters, 2010, vol. 17, no. 4, pp. 522−529. DOI: 10.2174/092986610790963591.

21. Pandya M. J., Sessions R. B., Williams P. B., Dempsey C. E., Tatham A., Shewry P. R., Clarke A. R. Structural characterization of a methionine-rich, emulsifying protein from sunflower seed // Proteins: Structure Function, and Bioinformatics, 2000, vol. 38, no. 3, pp. 341−349. DOI: 10.1002/(SICI)1097- 0134(20000215)38:33.0.CO;2-D.

22. Radauer C., Breiteneder H. Evolutionary biology of plant food allergens // J. Allergy Clin. Immunol. 2007, vol. 120, no. 3, pp. 518–525. DOI: 10.1016/j.jaci.2007.07.024.

23. Shewry P. R., Napier J. A., Tatham A. S. Seed Storage Proteins: Structures and Biosynthesis // The Plant Cell, 1995, vol. 7, no. 7, pp. 945−956. DOI: 10.1105/tpc.7.7.945.

24. Shewry P. R., Tatham A. S. The characteristics, structures and evolutionary relationships of prolamins. In : Seed proteins (eds. P. R. Shewry, R. Casey). Kluwer Academic Publishers, the Netherlands, pp. 11−33.

25. Sun J., Zhao H., Nie L., Yi J., Zhang Q.-L. The intron in an albumin gene from sunflower increases expression of SFA8. In: Molecular breeding of forage and turf (eds. H. Budak, G. Spangenberg) 2015, pp. 183−191. DOI: 10.1007/978-3-319-08714-6_16.

26. Tabe L. M., Higgins C. M., McNabb W. C., Higgins T. J. Genetic engineering of grain and pasture legumes for improved nutritive value // Genetica, 1993, vol. 90, no. 2–3, pp. 181−200.

27. Zuker M. Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction // Nucleic Acids Res., 2003, vol. 31, no. 13, pp. 3406−3415. DOI: 10.1093/nar/gkg595.

28. Youle R. J., Huang A. H. C. Occurrence of low molecular weight and high cysteine containing albumin storage proteins in oilseeds of diverse species // Am. J. Bot., 1981, vol. 68, no. 1, pp. 44−48. DOI: 10.2307/2442990.


Для цитирования:


Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Горюнова С.В., Горюнов Д.В., Конарев А.В., Гаврилова В.А., Радченко Е.Е. Структурная изменчивость гена богатого метионином альбумина SFA8 подсолнечника. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(4):91-103. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2018-4-91-103

For citation:


Anisimova I.N., Alpatieva N.V., Goryunova S.V., Goryunov D.V., Konarev A.V., Gavrilova V.A., Radchenko E.E. Structural variability of sunflower gene for methionine-rich albumin SFA8. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2018;179(4):91-103. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2227-8834-2018-4-91-103

Просмотров: 93


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-8834 (Print)
ISSN 2619-0982 (Online)