Метод газовой хроматографии-масс-спектрометрии для таксономии мискантуса

Выделение новых видоопределяющих признаков актуально для систематики мискантуса и маркирования генотипов гибридов. Культивируемый в мире гибрид мискантуса Miscanthus × giganteus является аллополиплоидом, содержащим геномы Miscanthus sacchariflorus (в качестве материнского) и M. sinensis. В работе проведен хемотаксономический анализ образцов M. sinensis и M. sacchariflorus, собранных на Дальнем Востоке, и гибридных образцов как природного происхождения, так и полученных искусственно. В экстрактах 11 образцов мискантуса методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) обнаружено 153 соединения, из которых 143 идентифицировано. Из этих соединений в соответствии с их химическим строением были выделены группы алканов (20 соединений), жирных кислот (34), фенолов (13), стеролов (18), токоферолов (8), нортерпеноидов (12) и фитолов (13) вместе с их производными. Основные компоненты экстрактов образцов мискантуса – жирные кислоты и их производные (общее содержание 19.94–41.02 %), с преобладанием пальмитиновой и линоленовых кислот, а также стеролы (особенно β-ситостерол, стигмастерол и α-амирин), на долю которых приходится 17.15–31.73 %. Значения «индекса нечетности» CPI для алкановых компонентов экстракционных смесей были в диапазоне 1.55–7.18, причем экстракты из листьев дальневосточных образцов характеризовались значениями нижней половины этого диапазона (1.55–2.74), тогда как экстракты из листьев гибридов – значениями верхней половины (5.78–7.18). Анализ экстракционных профилей методом главных компонент позволил выявить три отчетливо разделенных кластера, объединяющих образцы M. sinensis, M. sachariflorus и их гибридов, и уточнить таксономическое отнесение одного из гибридов. Хемотаксономическое отнесение в целом согласуется с результатами молекулярно-генетического анализа последовательности фрагмента пластидного генома мискантуса, который позволил также подтвердить видовую природу материнских растений, использованных для получения этих гибридов. Хемотаксономический анализ с использованием метода ГХ-МС может оказаться эффективным дополнительным инструментом в таксономическом отнесении различных морфологических форм мискантуса к M. sinensis или M. sachariflorus, а также для хемотаксономической характеристики гибридов.

1. Дармограй С.В., Ерофеева Н.С., Филиппова А.С., Дармограй В.Н. Хемотаксономическое изучение некоторых видов рода ясколки (Cerastium L.) семейства гвоздичные (Caryophyllaceae Juss.). Усп. соврем. естествознания. 2016;7:32-36.

2. Покровская И.С., Мазова О.В., Апыхтин Н.Н., Племенков В.В. Хемотаксономия тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium L.). Химия раст. сырья. 2009;3:85-89.

3. Buckingham J. Dictionary of Organic Compounds. CRC Press, 1996; 8:3681.

4. Chen S.L., Renvoize S.A. Miscanthus. In: Wu Z.Y., Raven P.H., Hong D.Y. (Ed.). Flora of China. Beijing/St. Louis: Science Press/ Missouri Botanical Garden Press, 2006;22:581-583.

5. Dool H.V.D., Kratz P.D., A generalization of the retention index system including linear temperature programmed gas-liquid partition chromatography. J. Chromatogr. A. 1963;11:463-471. DOI 10.1016/S0021-9673(01)80947-X.

6. Eglinton G., Hamilton R.J. Leaf epicuticular waxes. Science. 1967; 156:1322-1335.

7. Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. Past: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis. Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):1-9. 178kb. http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/issue1_01.htm.

8. Hodkinson T.R., Petrunenko E., Klaas M., Münnich C., Barth S., Shekhovtsov S.V., Peltek S.E. New breeding collections of Miscanthus sinensis, M. sacchariflorus and hybrids from Primorsky Krai, Far Eastern Russia. In: Perennial Biomass Crops for a Resource-Constrained World. Springer, 2016;105-118.

9. Hodkinson T.R., Renvoize S.A. Nomenclature of Miscanthus × giganteus (Poaceae). Kew Bull. 2001;56:759-760. DOI 10.2307/4117709.

10. Jetter R., Kunst L., Samuels A.L. Composition of plant cuticular waxes. In: Riederer M., Muller C. (Ed). Biology of the Plant Cuticle. Oxford: Blackwell Publ., 2006.

11. Linde-Laursen I.B. Cytogenetic analysis of Miscanthus ‘Giganteus’, an interspecific hybrid. Hereditas. 1993;119:297-300. DOI 10.1111/j.1601-5223.1993.00297.x.

12. Namzalov B.B., Zhigzhitzhapova S.V., Dubrovsky N.G., Sakhyaeva A.B., Radnaeva L.D. Wormwoods of Buryatia: diversity analysis, ecological-geographical features, and chemotaxonomy of section Abrotanum. Acta Biologica Sibirica. 2019;5(3):178-187. DOI 10.14258/abs.v5.i3.6589.

13. Osorio C., Duque C., Batista-Viera F. Studies on aroma generation in lulo (Solanum quitoense): enzymatic hydrolysis of glycosides from leaves. Food Chem. 2003;81(3):333-340. DOI 10.1016/S0308-8146(02)00427-2.

14. Shekhovtsov S.V., Shekhovtsova I.N., Peltek S.E.. Phylogeny of Siberian species of Carex sect. Vesicariae based on nuclear and plastid markers. Nord. J. Bot. 2012;30(3):343-351. DOI 10.1111/j.1756-1051.2011.01405.x.

15. Silva F.M.A., Silva F.F.A., Lima B.R., Almeida R.A., Soares E.R., Koolen H.H.F., Souza A.D.L., Pinheiro M.L.B. Chemotaxonomy of the Amazonian Unonopsis species based on leaf alkaloid fingerprint direct infusion ESI-MS and chemometric analysis. J. Braz. Chem. Soc. 2016;27:599-604. DOI 10.5935/0103-5053.20150296.

16. Socaci S.A., Socaciu C., Tofană M., Raţi I., Pinteaa A. In-tube extraction and GC-MS analysis of volatile components from wild and cultivated sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L. ssp. Carpatica) berry varieties and juice. Phytochem. Anal. 2013;24:319-328. DOI 10.1002/pca.2413. Epub 2013 Jan 15.

17. Villaverde J.J., Domingues R.M.A., Freire C.S.R., Silvestre A.J.D., Pascoal Neto C., Ligero P., Vega A. Miscanthus × giganteus extractives: a source of valuable phenolic compounds and sterols. J. Agric. Food Chem. 2009;57:3626-3631. DOI 10.1021/jf900071t.

18. Weißmann G.V., Lange W. Untersuchung der Extraktstoffe von Miscanthus sinensis Anderss. Holzforschung. 1991;45(4):285-289.

19. Winkler-Moser J. Gas Chromatographic Analysis of Plant Sterols. USDA, ARS, NCAUR, Functional Foods Research Unit, 2012. DOI 10.21748/lipidlibrary.40384.

20. Yi Duan, Jinxian He. Distribution and isotopic composition of n-alkanes from grass, reed and tree leaves along a latitudinal gradient in China. Geochem. J. 2011;45:199-207. DOI 10.2343/geochemj.1.0115.