Идентификация гена, кодирующего альбумин семядолей SCA, в геноме гороха (Pisum L.)

Альбумины SCA и SAA – короткие гидрофильные белки, содержащиеся в высокой концентрации в семядолях и оси семени сухих семян гороха (Pisum sativum L.). Ранее показано, что альбумин SCA имеет два аллельных варианта, различающихся подвижностью в электрофорезе в полиакриламидном геле в кислой среде. С их помощью соответствующий ген SCA картирован в группе сцепления V. Белок SCA был использован как генетический и филогеографический маркер, что до сих пор предполагало проведение электрофореза белков, тогда как последовательность кодирующего гена SCA оставалась неизвестной. На основе данных, доступных в публичных репозиториях, в районе генома гороха, соответствующего позиции гена SCA на генетической карте с учетом синтении геномов гороха и люцерны, осуществлен поиск кандидатов на роль этого гена в зависимости от длины его белкового продукта, положительного заряда в кислых условиях и количества остатков лизина, ранее оцененного электрофоретическими методами. Выявленные гены просеквенированы у ряда образцов гороха. Соответствие полученных электрофоретических данных и нуклеотидной изменчивости позволило идентифицировать последовательность Psat0s797g0160 из референсного генома гороха в качестве гена SCA. Последовательность Psat0s797g0240, возможно, кодирует родственный минорный альбумин SA-a2, тогда как ген-кандидат альбумина SAA
остается неидентифицированным (как и электрофоретическая изменчивость двух белков, упомянутых последними). Амплификация ДНК с использованием оригинальных праймеров SCA1_3f и SCA1_3r и геномной ДНК в качестве матрицы, а также расщепление ее эндонуклеазой рестрикции HindII позволяют различать аллели гена SCA, белковые продукты которых имеют разный заряд, без секвенирования. Таким образом, ген, кодирующий высокогидрофильный альбумин SCA, накапливающийся в семядолях гороха, аллели которого полезны для классификации диких родственников культурного гороха, идентифицирован в геноме гороха, и на его основе разработан удобный CAPS-маркер.

1. Ali S.M., Sharma B., Ambrose M.J. Current status and future strategy in breeding pea to improve resistance to biotic and abiotic stresses. Euphytica. 1994;73:115-126. DOI 10.1007/BF00027188.

2. Bogdanova V.S., Shatskaya N.V., Mglinets A.V., Kosterin O.E., Vasiliev G.V. Discordant evolution of organellar genomes in peas (Pisum L.). Mol. Phylogenet. Evol. 2021;160:107136. DOI 10.1016/j.ympev.2021.10713.6.

3. Coyne C.J., McGee R.J., Redden R.J., Ambrose M.J., Furman B.J., Miles C.A. Genetic adjustment to changing climates: pea. In: Yadav S.S., Redden R.J., Hatfield J.L., Lotze-Campen H., Hall A.E. (Eds.). Crop Adaptation to Climate Change. Oxford: John Wiley & Sons, Inc., 2011;238-250. DOI 10.1002/9780470960929.ch17.

4. Ford-Lloyd B.V., Schmidt M., Armstrong S.J., Barazani O., Engels J., Hadas R., Hammer K., Kell S.P., Kang D., Khoshbakht K., Li Y., Long C., Lu B.-R., Ma K., Nguyen V.T., Qiu L., Ge S., Wei W., Zhang Z., Maxted N. Crop wild relatives – undervalued, underutilized and under threat? BioScience. 2011;61(7):559-565. DOI 10.1525/bio.2011.61.7.10.

5. Gorel F.L., Rozov S.M., Berdnikov V.A. Mapping the locus coch. Pisum Genet. 1998;30:9-11.

6. Kalo P., Seres A., Taylor S.A., Jakab J., Kevei Z., Kereszt A., Endre G., Ellis T.H.N., Kiss G.B. Comparative mapping between Medicago sativa and Pisum sativum. Mol. Genet. Genomics. 2004;272(3):235- 246. DOI 10.1007/s00438-004-1055-z.

7. Kosterin O.E., Bogdanova V.S. Relationship of wild and cultivated forms of Pisum L. as inferred from an analysis of three markers, of the plastid, mitochondrial and nuclear genomes. Genet. Resour. Crop Evol. 2008;55(5):735-755. DOI 10.1007/s10722-007-9281-y.

8. Kosterin O.E., Bogdanova V.S. Reciprocal compatibility within the genus Pisum L. as studied in F1 hybrids: 1. Crosses involving P. sativum L. subsp. sativum. Genet. Resour. Crop Evol. 2015;62(5):691- 709. DOI 10.1007/s10722-014-0189-z.

9. Kosterin O.E., Bogdanova V.S. Reciprocal compatibility within the genus Pisum L. as studied in F1 hybrids: 3. Crosses involving P. sativum L. subs. elatius (Bieb.) Aschers. et Graebn. Br. Genet. Res. Crop Evol. 2021;68(6):2565-2590. DOI 10.1007/s10722-021-01151-2.

10. Kosterin O.E., Zaytseva O.O., Bogdanova V.S., Ambrose M. New data on three molecular markers from different cellular genomes in Mediterranean accessions reveal new insights into phylogeography of Pisum sativum L. subsp. elatuis (Beib.) Schmalh. Genet. Resour. Crop Evol. 2010;57(5):733-739. DOI 10.1007/s10722-009-9511-6.

11. Kreplak K., Madoui M.A., Cápal P., Novák P., Labadie K., Aubert G., Bayer P.E., Gali K.K., Syme R.A., Main D., Klein A., Bérard A., Vrbová I., Fournier C., d’Agata L., Belser C., Berrabah W., Toegelová H., Milec Z., Vrána J., Lee H., Kougbeadjo A., Térézol M., Huneau C., Turo C.J., Mohellibi N., Neumann P., Falque M., Gallardo K., McGee R., Tar’an B., Bendahmane A., Aury J.M., Batley J., Le Paslier M.C., Ellis N., Warkentin T.D., Coyne C.J., Salse J., Edwards D., Lichtenzveig J., Macas J., Doležel J., Wincker P., Burstin J. A reference genome for pea provides insight into legume genome evolution. Nat. Genet. 2019;51(9):1411-1422. DOI 10.1038/s41588-019-0480-1.

12. Maxted N., Ambrose M. Peas (Pisum L.). In: Maxted N., Bennett S.J. (Eds.). Plant genetic resources of legumes in the Mediterranean. Current Plant Science and Biotechnology in Agriculture, vol. 39. Dordrecht: Springer, 2001;181-190. DOI 10.1007/978-94-015-9823-1_10.

13. Maxted N., Kell S.P. Establishment of a global network for the in situ conservation of crop wild relatives: status and needs. FAO Commission on Genetic Resources for Food and Agriculture. Rome, 2009.

14. Maxted N., Kell S., Ford-Lloyd B., Dulloo E., Toledo Á. Toward the systematic conservation of global crop wild relative diversity. Crop Sci. 2012;52(2):774-785. DOI 10.2135/cropsci2011.08.0415.

15. Panyim S., Chalkley R. High resolution in acrylamide gel electrophoresis of histones. Arch. Biochem. Biophys. 1969;130(1):337-346. DOI 10.1016/0003-9861(69)90042-3.

16. Rozov S.M., Temnykh S.V., Gorel’ F.L., Berdnikov V.A. A new version of pea linkage group 5. Pisum Genet. 1993;25:46-51.

17. Smirnova O.G., Rozov S.M., Kosterin O.E., Berdnikov V.A. Perchloric acid extractable low-M r albumins SCA and SAA from cotyledons and seed axes of pea (Pisum sativum L.). Plant Sci. 1992;82(1):1-13. DOI 10.1016/0168-9452(92)90002-4.

18. Smirnova O.G., Rozov S.M., Kosterin O.E. Perchloric acid extraction of pea seed proteins: characterisation and inheritance of electrophoretic variants. In: Shchapova A.I., Kolosova L.D. (Eds.). Genetics of Economically Valuable Characteristics of Higher Plants. Novosibirsk, 1990;158-179. (in Russian)

19. Smýkal P., Aubert G., Burstin J., Coyne C.J., Ellis N.T., Flavell A.J., Ford R., Hýbl M., Macas I., Neumann P., McPhee K.E., Redden R.J., Rubiales D., Weller J.L., Warkentin T.D. Pea (Pisum sativum L.) in the genomic era. Agronomy. 2012;2(2):74-115. DOI 10.3390/agronomy2020074.

20. Zaytseva O.O., Bogdanova V.S., Kosterin O.E. Phylogenetic reconstruction at the species and intraspecies levels in the genus Pisum L. (peas) using a histone H1 gene. Gene. 2012;504(2):192-202. DOI 10.1016/j.gene.2012.05.026.

21. Zaytseva O.O., Bogdanova V.S., Mglinets A.V., Kosterin O.E. Refinement of the collection of wild peas (Pisum L.) and search for the area of pea domestication with a deletion in the plastidic psbA-trnH spacer. Genet. Res. Crop Evol. 2017;64:1417-1430. DOI 10.1007/s10722-016-0446-4.

22. Zaytseva O.O., Gunbin K.V., Mglinets A.V., Kosterin O.E. Divergence and population traits in evolution of the genus Pisum L. as reconstructed using genes of two histone H1 subtypes showing different phylogenetic resolution. Gene. 2015;556(2):235-244. DOI 10.1016/j.gene.2014.