References

vavilov

Вавиловский журнал генетики и селекции

Vavilov Journal of Genetics and Breeding

2500-3259

Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS

10.18699/VJ20.667

vavilov-2815

Research Article

ИММУНИТЕТ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ

Сравнительный анализ диких и культурных видов чины (Lathyrus L.) по содержанию сахаров, многоатомных спиртов, свободных жирных кислот и фитостеролов

Comparative analysis of wild and cultivated Lathyrus L. species to assess their content of sugars, polyols, free fatty acids, and phytosterols

https://orcid.org/0000-0002-6201-4294

Соловьева

А. Е.

Solovyeva

A. E.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

https://orcid.org/0000-0003-3992-5353

Шеленга

Т. В.

Shelenga

T. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

https://orcid.org/0000-0003-1778-2814

Шаварда

А. А.

Shavarda

A. L.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

https://orcid.org/0000-0002-3708-2594

Бурляева

М. О.

Burlyaeva

M. O.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

m.burlyaeva@vir.nw.ru

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)РоссияFederal Research Center the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR)Russian Federation

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР); Санкт-Петербургский государственный университет; Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наукРоссияFederal Research Center the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR); St. Petersburg State University; V.L. Komarov Botanical Institute of the Russian Academy of SciencesRussian Federation

2020

05122020

247730737

2020

Соловьева А.Е., Шеленга Т.В., Шаварда А.А., Бурляева М.О.

Solovyeva A.E., Shelenga T.V., Shavarda A.L., Burlyaeva M.O.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/2815

В условиях изменения климата увеличивается потребность в устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам сельскохозяйственных культурах. Виды чины характеризуются высокой питательной ценностью зеленой массы. Чина посевная – одна из наиболее устойчивых к засухе, заболачиванию, холоду, засолению, болезням и вредителям бобовых культур, выращивается при минимальных затратах. Создание сортов Lathyrus L. с улучшенным составом питательных веществ позволит получать качественные корма в районах с крайне неустойчивыми погодными условиями. В связи с этим нами исследованы закономерности изменчивости показателей углеводного комплекса (сахаров, их лактонных и метильных форм), многоатомных спиртов (в том числе фенолсодержащих), фитостеролов, свободных жирных кислот и ацилглицеролов в зеленой массе 32 образцов Lathyrus sativus L., L. tuberosus L., L. sylvestris L., L. vernus (L.) Bernh., L. latifolius L., L. linifolius (Reichard) Bassler. из коллекции ВИР, репродуцированных в Ленинградской области в контрастных условиях 2012 и 2013 гг. Содержание идентифицированных соединений варьировало в зависимости от генотипа, вида и метеорологических условий. Высокие температуры и большое количество осадков 2013 г. способствовали накоплению моносахаридов, более холодные и сухие условия 2012 г. – накоплению олигосахаридов, большинства многоатомных спиртов и свободных жирных кислот. Вид, возделываемый в культуре (L. sativus), отличался высоким содержанием сахаров, дикие виды – свободных жирных кислот (L. latifolius), ононитола, мио-инозитола и глицерол-3-фосфата (L. linifolius), МАГ и метилпентофуранозида (L. vernus). По результатам изучения большинство исследованных образцов перспективно для селекции новых высокопитательных и устойчивых к стрессам кормовых сортов Lathyrus.

Under climate change, the need for crops resistant to abiotic and biotic stresses increases. Lathyrus spp. Are characterized by a high nutritional value of their green biomass. The grass pea is one of the most resistant to drought, aterlogging, cold, salinity, diseases and pests among cultivated legumes, and it is grown at minimal cost. The development of new Lathyrus cultivars with an improved composition of nutrients will make it possible to produce high-quality animal feed in areas with extremely unstable weather conditions. With this in view, the patterns of variability in the parameters of the carbohydrate complex (sugars, their lactone and methyl forms), polyols (including phenol-containing alcohols), phytosterols, free fatty acids (FFA) and acylglycerols were studied in the green biomass of 32 accessions representing Lathyrus sativus L., L. tuberosus L., L. sylvestris L., L. vernus (L.) Bernh., L. latifolius L. and L. linifolius (Reichard) Bassler. from the VIR collection, reproduced in Leningrad oblast under contrasting conditions of 2012 and 2013. The content of identified compounds varied depending on the genotype, species, and weather. High temperatures and high precipitation in 2013 contributed to the accumulation of monosaccharides, and the colder and drier conditions of 2012 to an increase in oligosaccharides, most polyols, and FFA. The cultivated species (L. sativus) was distinguished by its high sugar content, and the wild species as follows: L. latifolius by FFA; L. linifolius by ononitol, myo-inositol, and glycerol 3-phosphate; L. vernus by MAG and methylpentofuranoside. The resulting data showed that the Lathyrus accessions studied are promising for breeding stress-resistant cultivars of high nutritional quality.

Lathyrus L.дикие видысортазеленая массагазовая хроматографиягенетические ресурсыполиморфизм признаков

Lathyrus L.wild speciesvarietiesgreen massgas chromatographypolymorphism of characters

Работа выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР, номер государственной регистрации 0662-2019-0002.

References1

Бурляева М.О., Соловьева А.Е., Силенко С.И. Исследование генетического разнообразия чины посевной по адаптивности биохимических показателей зеленой массы. Достижения науки и техники АПК. 2015;7:52-55.

Burlyaeva М.О., Solovyeva A.E., Silenko S.I. The study of grass pea genetic diversity in terms of adaptability of green mass biochemical indices. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2015;7:52-55. (in Russian)

Бурляева М.О., Соловьева А.Е., Никишкина М.А., Сергеев Е.А., Тихонова Н.И. Чина посевная (Lathyrus sativus L.): исходный материал для селекции на продуктивность и качественный состав семян и зеленой массы. В: Каталог мировой коллекции ВИР. Вып. 856. СПб., 2018.

Burlyaeva M.O., Solovyeva A.E., Nikishkina M.A., Sergeev E.A., Tikhonova N.I. Grass pea (Lathyrus sativus L.): the initial material for breeding for productivity and quality composition of seeds and green mass. In: Catalog of the World VIR Collection. Iss. 856. St. Petersburg, 2015. (in Russian)

Вишнякова М.А., Буравцева Т.А., Булынцев С.В., Бурляева М.О. Семенова Е.В., Сеферова И.В., Александрова Т.Г., Яньков И.И., Егорова Г.П., Герасимова Т.В. Коллекция мировых генетических ресурсов зерновых бобовых ВИР: пополнение, сохранение и изучение. СПб., 2010.

Vishnyakova M.A., Buravtseva T.A., Bulyntsev S.V., Burlyaeva M.O., Semenova E.V., Seferova I.V., Aleksandrova T.G., Yankov I.I., Egorova G.P., Gerasimova T.V. The Collection of the World’s Genetic Resourses of Grain Legumes in VIR: Replenishment, Preservation and Study. St. Petersburg, 2010. (in Russian)

Донской М.М., Донская М.В., Бобков С.В., Селихова Т.Н., Наумкин В.П. Биохимический состав семян чины посевной. Зернобобовые и крупяные культуры. 2019;1(29):70-78. DOI 10.24411/2309-348X-2019-11075.

Donskoj M.M., Donskaya M.V., Bobkov S.V., Selihova T.N., Naumkin V.P. Biochemical composition of seeds of indian pea. Zernobobovye i Krupyanye Kultury = Legumes and Groat Crops. 2019; 1(29):70-78. DOI 10.24411/2309-348X-2019-11075. (in Russian)

Ивантер Е.В., Коросов А.В. Введение в количественную биологию. Петрозаводск, 2003.

Ivanter E.V., Korosov A.V. Introduction to Quantitative Biology. Petrozavodsk, 2003. (in Russian)

Ситкин С.И., Ткаченко Е.И., Вахитов Т.Я., Орешко Л.С., Жигалова Т.Н. Метаболом сыворотки крови по данным газовой хроматографии – масс-спектрометрии (ГХ-МС) у пациентов с язвенным колитом и больных целиакией. Эксперим. и клин. гастроэнтерология. 2013;12:44-57.

Sitkin S.I., Tkachenko Ye.I., Vakhitov T.Ya., Oreshko L.S., Zhigalova T.N. Serum metabolome by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) in ulcerative colitis and celiac disease. Eksperimentalnaya i Klinicheskaya Gastroenterologiya = Experimental and Clinical Gastroenterology. 2013;12:44-57. (in Russian)

Соловьева А.Е., Шеленга Т.В., Шаварда А.Л., Бурляева М.О. Сравнительный анализ диких и культурных видов чины (Lathyrus L.) по содержанию веществ первичного и вторичного метаболизма. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23(6):667-674.DOI 10.18699/VJ19.539.

Solovyeva A.E., Shelenga T.V., Shavarda A.L., Burlyaeva M.O. Сomparative analysis of wild and cultivated Lathyrus L. spp. according to their primary and secondary metabolite contents. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2019;23(6):667-674. DOI 10.18699/VJ19.539. Adhikary P., Mukherjee A., Barik A. Free fatty acids from Lathyrus sativus seed coats acting as short-range attractants to Callosobruchus maculatus (F.) (Coleoptera: Bruchidae). J. Stored. Prod. Res. 2016;67:56-62. DOI 10.1016/j.jspr.2016.01.005.

Baudier K.M., Kaschock-Marenda S.D., Patel N., Diangelus K.L., O’Donnell S., Marenda D.R. Erythritol, a non-nutritive sugar alcohol sweetener and the main component of Truvia®, is a palatable ingested insecticide. PLoS One. 2014;9(6):e98949. DOI 10.1371/journal.pone.0098949. Beebe D.U., Turgeon R. Localization of galactinol, raffinose, and stachyose synthesis in Cucurbita pepo leaves. Planta. 1992;188(3): 354. DOI 10.1007/BF00192802.

Campbell C.G. Grass pea. Lathyrus sativus L. Promoting the conservation and use of underutilized and neglected crops. Vol. 18. Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben/International Plant Genetic Resources Institute, Rome, Italy, 1997. https://www.bioversityinternational.org/e-library/publications/detail/grass-pealathyrus-sativus-l/

Chavan U.D. Chemical and biochemical components of beach pea (Lathyrus maritimus L.). Canada Department of Biochemistry, Memorial University of Newfoundland, 1998. http://research.library.mun.ca/id/eprint/1196

Deng S., Wei T., Tan K., Hu M., Li F., Zhai Y., Ye S., Xiao Y., Hou L., Pei Y., Luo M. Phytosterol content and the campesterol: sitosterol ratio influence cotton fiber development: role of phytosterols in cell elongation. Sci. China Life Sci. 2016;59:183-193. DOI 10.1007/s11427-015-4992-3.

Dong J., Yan W., Bock C., Nokhrina K., Keller W., Georges F. Perturbing the metabolic dynamics of myo-inositol in developing Brassica napus seeds through in vivo methylation impacts its utilization as phytate precursor and affects downstream metabolic pathways. BMC Plant Biol. 2013;13:84. DOI 10.1186/1471-2229-13-84.

Grela E.R., Rybiński W., Matras J., Sobolewska S. Variability of phenotypic and morphological characteristics of some Lathyrus sativus L. and Lathyrus cicera L. accessions and nutritional traits of their seeds. Genet. Resour. Crop Evol. 2012;59:1687-1703. DOI 10.1007/s10722-011-9791-5. Hong J., Yang L., Zhang D., Shi J. Plant metabolomics: an indispensable system biology tool for plant science. Int. J. Mol. Sci. 2016; 17(6):767. DOI 10.3390/ijms17060767.

Krasenski J., Jonak C. Drought, salt, and temperature stress-induced metabolic rearrangements and regulatory networks. J. Exp. Bot. 2012;63(4):1593-1608. DOI 10.1093/jxb/err460.

Majumder A.L., Biswas B.B. Biology of Inositols and Phosphoinositides. Springer, 2006. DOI 10.1007/0-387-27600-9.

Moreno A.S., Perotti V.E., Margarit E., Bello F., Vázquez D.E., Podestá F.E., Tripodi K.E.J. Metabolic profiling and quality assessment during the postharvest of two tangor varieties subjected to heat treatments. Postharvest Biol. Technol. 2018;142:10-18. DOI 10.1016/j.postharvbio.2018.03.014.

Muzquiz M., Varela A., Burbano C., Cuadrado C., Guillamon E., Pedrosa M.M. Bioactive compounds in legumes: pronutritive and antinutritive actions. Implications for nutrition and health. Phytochem. Rev. 2012;11:227-244.

Patel T.K., Williamson J.D. Mannitol in plants, fungi, and plant-fungal interactions. Trends Plant Sci. 2016;21(6):486-497. DOI 10.1016/j.tplants.2016.01.006.

Poland C., Faller T., Tisor L. Effect of chickling vetch (Lathyrus sativus L.) or alfalfa (Medicago sativa) hay in gestating ewe diets. Lathyrus Lathyrism Newsletter. 2003;3:38-40.

Puzanskiy R., Romanyuk D., Shishova M. Coordinated alterations in gene expression and metabolomic profiles of Chlamydomonas reinhardtii during batch autotrophic culturing. Bio. Comm. 2018;63(1): 87-99. DOI 10.21638/spbu03.2018.110.

Rizvi A.H., Sarker A., Dogra A. Enhancing grass pea (Lathyrus sativus L.) production in problematic soils of South Asia for nutritional security. Indian J. Genet. Plant Breed. 2016;76:583-592. DOI 10.5958/0975-6906.2016.00074.2.

Sarkar A., Emmrich P.M.F., Sarker A., Zong X., Martin C., Wang T.L.

Grass pea: remodeling an ancient insurance crop for climate resilience. In: Kole C. (Ed.). Genomic Designing of Climate-Smart Pulse Crops. Springer, Cham, 2019;425-469. DOI 10.1007/978-3-319-96932-9_9.

Steinhauser D., Kopka J. Methods, applications and concepts of metabolite profiling: primary metabolism. In: Baginsky S., Fernie A.R. (Eds.). Plant Systems Biology. Basel: Birkhäuser Basel, 2007. DOI 10.1007/978-3-7643-7439-6_8.

Tibbett M., Sanders F.E., Cairney J.W. Low-temperature-induced changes in trehalose, mannitol and arabitol associated with enhanced tolerance to freezing in ectomycorrhizal basidiomycetes (Hebeloma spp.). Mycorrhiza. 2002;12(5):249-255. DOI 10.1007/s00572-002-0183-8.

Valitova J.N., Sulkarnayeva A.G., Minibayeva F.V. Plant sterols: diversity, biosynthesis, and physiological functions. Biochemistry (Moscow). 2016;81(8):819-834. DOI 10.1134/S0006297916080046. Worley B., Powers R. Multivariate analysis in metabolomics. Curr. Metabolomics. 2012;1(1):92-107. DOI 10.2174/2213235X1130101 0092.

Zhou J., Yang Y., Yu J., Wang L., Yu X., Ohtani M., Kusano M., Saito K., Demura T., Zhuge Q. Responses of Populus trichocarpa galactinol synthase genes to abiotic stresses. J. Plant Res. 2014;127(2):347-358. DOI 10.1007/s10265-013-0597-8.

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