Сравнительный анализ диких и культурных видов чины (Lathyrus L.) по содержанию веществ первичного и вторичного метаболизма

Виды рода Lathyrus L. известны как кормовые и лекарственные растения, используемые в народной медицине и гомеопатии.  Содержание белка, незаменимых аминокислот  и каротина  в зеленой массе чины выше, чем у других однолетних  зернобобовых растений,  традиционно культивируемых  в России. До настоящего  времени требования к качеству культуры сводились  к высокому содержанию белка и сухого вещества в семенах и вегетативной массе. Углубленный биохимический анализ образцов из коллекции генетических ресурсов растений существенно  улучшит отбор исходного  материала для селекции.  Изучение растительных  ресурсов с использованием метода газовой хроматографии с масс-спектрометрией позволяет решить подобные  задачи. В связи с вышесказанным нашей целью было исследование органических кислот, свободных аминокислот  и соединений вторичного метаболизма в зеленой массе чины для всесторонней оценки  ее кормовой и фармакологической ценности. Анализировали 32 образца Lathyrus sativus L., L. tuberosus L., L. sylvestris L., L. vernus (L.) Bernh., L. latifolius L., L. linifolius (Reichard) Bassler из коллекции  Всероссийского института генетических  ресурсов растений им. Н.И. Вавилова. Изученные образцы  Lathyrus обладали  значительной межвидовой и внутривидовой изменчивостью как по составу (наличию), так и по количеству идентифицированных веществ. Анализ растений в разные  годы подтвердил зависимость биохимических  показателей от погодных условий. Более холодные  и сухие условия 2012 г. способствовали накоплению  органических кислот (среднее – 890 мг/100 г), свободных аминокислот (среднее – 201.59 мг/100 г) и соединений вторичного метаболизма (среднее – 84.14 мг/100 г). Диапазон изменчивости органических кислот составил от 140 до 2140, свободных  аминокислот  – от 11.8 до 610, соединений вторичного метаболизма – от 4.4 до 224.6 мг/100 г. Выделены образцы  чины посевной:  с повышенным содержанием органических кислот, свободных аминокислот и соединений вторичного метаболизма – к-900 (Колумбия) (2140, 610 и 178 мг/100 г), свободных аминокислот – к-51 (Грузия) и к-959 (Афганистан) (401.29 и 540.63 мг/100 г), соединений вторичного метаболизма – к-893 (Эритрея) (199.39 мг/100 г) и другие, которые могут служить исходным материалом для создания  сортов разного  направления использования: кормового и лекарственного.

1. Burlyaeva M.O., Solovyeva A.E., Nikishkina M.A., Rasulova M.A., Zolotov S.V. Species of the genus Lathyrus L. from N.I. Vavilov Institute (VIR) collection – the source of initial material for high-protein forage varieties breeding. Zernobobovye i Krupyanye Kultury = Legumes and Groat Crops. 2012;4:62-71. (in Russian)

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

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

4. Konarev A.V., Shelenga T.V., Perchuk I.N., Blinova E.V., Loskutov I.G. Characteristic of oat diversity (genus Avena L.) from the collection of N.I. Vavilov All-Russia Research Institute of Plants – an initial material for oat fusarium resistance selection. Agrarnaya Rossiya = Agrarian Russia. 2015;5:2-10. (in Russian)

5. Loskutov I.G., Shelenga T.V., Konarev A.V., Shavarda A.L., Blinova E.V., Dzubenko N.I. Тhe metabolomic approach to the comparative analysis of wild and cultivated species of oats (Аvena L.). Russ. J. Genet: Appl. Res. 2017;7(5):501-508.

6. Mahmud J.A., Hasanuzzaman M., Nahar K., Rahman A., Hossain M.S., Fujita M. Maleic acid assisted improvement of metal chelation and antioxidant metabolism confers chromium tolerance in Brassica jun­ cea. L. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2017;144:216-226. DOI 10.1016/j.ecoenv.2017.06.010.

7. Pastor-Cavada E., Juan R., Pastor J.E., Alaiz M., Vioque J. Protein isolates from two Mediterranean legumes: Lathyrus clymenum and Lathyrus annuus. Chemical composition, functional properties and protein characterization. Food Chem. 2010;122:533-538. https://DOI.org/10.1016/j.foodchem.2010.03.002.

8. Pavlova N.S. Study of the chemical composition of wild-growing fodder legumes in the Russian Far East. Biologicheskiye Issledovaniya na Gornotayezhnoy Stantsii = Biological Research at the Mountain Reservoir Station. 2001;7:78-97. (in Russian)

9. Plant Resources of the USSR. Flowering Plants: Chemical Composition and Use. Vol. 3. Families Hydrangeaceae–Haloragaceae. Leningrad, 1987. (in Russian)

10. Plant Resources of the USSR. Flowering Plants: Composition and Biological Activity. Vol. 3. Families of Fabaceae–Apiaceae. St. Petersburg, 2010. (in Russian)

11. Popov V.D., Valge A.M., Sukhoparov A.I., Kovalev V.A. Influence of weather conditions on the quality of grass fodder. Vestnik Vserossiyskogo Nauchno-Issledovatelskogo Instituta Mekhanizatsii Zhivotnovodstva = Proceedings of the All-Russia Research and Development Institute of Livestock Breeding Mechanization. 2016;3(23): 73-78. (in Russian)

12. Puzanskiy R.K., Shavarda A.L., Tarakhovskaya E.R., Shishova M.F. Analysis of metabolic profile of Chlamydomonas reinhardtii cultivated under autotrophic conditions. Appl. Biochem. Microbiol. 2015;51:83. https://DOI.org/10.1134/S0003683815010135.

13. Sheety P., Atallah M.T., Sheety K. Effects of UV treatment on the proline-linked pentose phosphate pathway for phenolics and L-DOPA synthesis in dark germinated Vicia faba. Process Biochem. 2002;37: 1285-1295.

14. Šibul F., Orčić D., Vasić M., Anačkov G., Nađpal J., Savić A., Mimica-Dukić N. Phenolic profile, antioxidant and anti-inflammatory potential of herband root extracts of seven selected legumes. Ind. Crop. Prod. 2016;83:641-653. http://dx.DOI.org/10.1016/j.indcrop.2015.12.057.

15. Smolikova G.N., Shavarda A.L., Alekseichuk I.V., Chantseva V.V., Medvedev S.S. The metabolomic approach to the assessment of cultivar specificity of Brassica napus L. seeds. Russ. J. Genet: Appl. Res. 2016;6(1):78-83.

16. Spanou C., Stagos D., Aligiannis N., Kouretas D. Influence of potent antioxidant leguminosae family plant extracts on growth and antioxidant defense system of Hep2 cancer cell line. J. Med. Food. 2010; 13(1):149-155. DOI 10.1089/jmf.2009.0058.

17. Vishnyakova M.A., Buravtseva T.A., Bulyntsev S.V., Burlyaeva M.O., Semenova E.V., Seferova I.V., Aleksandrova T.G., Jankov I.I., Egorova G.P., Gerasimova T.V., Drugova E.V. The VIR Сollection of the Genetic Resources of Grain Legumes: Replenishment, Preservation, and Study Guidelines. St. Petersburg: VIR, 2010. (in Russian)

18. Yao S.Z., Chen P., Yang X.Y., Fung Y.S., Si S.H. Herbal organic acids. In: Deyl Z., Miksik I., Tagliaro F., Tesarova E. (Eds.). Advanced Chromatographic and Electromigration Methods in BioSciences. J. Chromatogr. Library Series. 1998;60:344-370.

19. Zaichikova S.G. Effect of extracts from various Lathyrus species on the phagocytic and antibacterial activity of human neutrophils. Khimiko-Farmatsevticheskiy Zhurnal = Journal of Pharmaceutical Chemistry. 2002a;36(3):144-145. (in Russian)

20. Zaichikova S.G. Effect of extracts from various Lathyrus species on human B-cell differentiation and tumor growth. Khimiko-Farmatcevticheskiy Zhurnal = Journal of Pharmaceutical Chemistry. 2002б; 36(4):30-31. (in Russian)

21. Zaichikova S.G., Samylina I.A., Burlyaeva M.O. Protein, amino acid and mineral composition of some species from Lathyrus genus. Pharm. Chem. J. 2001;35(6):343-344.