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

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

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

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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/

10. 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

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

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

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

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

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.