Метаболомные профили Ribes nigrum L. и Lonicera caerulea L. из коллекции ВИР им. Н.И. Вавилова в условиях Северо-Запада РФ

В последнее время актуализируются тенденция использования плодово-ягодных культур как ингредиентов для функционального и диетического питания, разработка и внедрение ароматизаторов, пигментов, новых лекарственных препаратов и биологически активных добавок. Направление применения зависит от биохимических характеристик плодов, которые обусловлены не только видовыми и сортовыми особенностями, но и условиями репродукции, поэтому исследование биохимического состава плодовых, выращенных в различных регионах мира, продолжает быть актуальным. В этой связи коллекция ВИР им. Н.И. Вавилова, обладающая широким разнообразием плодово-ягодных культур, представляет значительный интерес для изучения. Плоды Ribes nigrum отличаются сбалансированным набором сахаров, органических кислот, эфирных масел, микроэлементов, высоким содержанием витаминов, антоцианов, пектинов. Для плодов Lonicera caerulea характерны высокие значения фенолсодержащих веществ: биофлавоноидов, оксикоричных кислот, флавонолов, полифенолов, антоцианов, а также витаминов, каротиноидов, иридоидных гликозидов и других природных антиоксидантов. Исследование L. caerulea и R. nigrum из коллекции ВИР с применением газожидкостной хроматографии, сопряженной с массспектрометрией, позволяет получить новые сведения о биохимических характеристиках плодов, выделить сорта L. caerulea и R. nigrum с оптимальными хозяйственно ценными признаками, выявить специфику метаболомных спектров L. caerulea и R. nigrum в условиях Северо-Запада Российской Федерации. В результате анализа идентифицированы соединения, характерные для метаболомного профиля каждой из культур. У L. caerulea превалировали органические кислоты, фенолсодержащие соединения, полиолы, у R. nigrum – моно- и олигосахара. Качественный состав сортов черной смородины «Маленький Принц», «Добрый Джинн», «Tisel», «Орловский Вальс» и жимолости синей «С 322-4», «Мальвина», «Ленинградский Великан» оказался оптимальным для пищевого употребления. Сорта жимолости синей «Бажовская» и черной смородины «Алеандр» с хорошей представленностью биологически активных соединений привлекательны в качестве сырья для производства биологически активных добавок, в том числе с использованием культур микроорганизмов.

1. Dudnik A., Almeida A.F., Andrade R., Avila B., Bañados P., Barbay D., Bassard J.E., Benkoulouche M., Bott M., Braga A., … Vogt M., Wang L., Wang L., Wei W., Youssef S., Neves A.R., Forster J. BacHBerry: BACterial Hosts for production of Bioactive phenolics from bERRY fruits. Phytochem. Rev. 2018;17:291-326. DOI:10.1007/s11101-017-9532-2.

2. Gołba M., Sokół-Łętowska A., Kucharska A.Z. Health properties and composition of honeysuckle berry Lonicera caerulea L. an update on recent studies. Molecules. 2020;25(3):749. DOI:10.3390/molecules25030749.

3. Juríková T., Mlček J., Žitná M., Hlaváčová I., Dokoupil L., Sochor J., Ercisli S., Ozkan G. Fruit maturity stage in relation to content of polyphenols, flavonoids and antioxidant activity of selected clones of Lonicera kamtschatica (Sevast.) Pojark. Genetika. 2020;52(3): 881-893. DOI:10.2298/GENSR2003881J.

4. Knyazev S.D., Ogoltsova T.P. Current State of Black Currant Breeding. Orel, 2004. (in Russian)

5. Konarev A.V., Khoreva V.I. Biochemical Studies of Plant Genetic Resources at VIR. St. Petersburg, 2000. (in Russian)

6. Kylli P. Berry phenolics: isolation, analysis, identification, and antioxidant properties: Academic dissertation, University of Helsinki department of food and environmental sciences food chemistry. Helsinki, 2011.

7. Lee H.J., Suh D.H., Jung E.S., Park H.M., Jung G.Y., Do S.G., Lee C.H. Metabolomics of Lonicera caerulea fruit during ripening and its relationship with color and antioxidant activity. Food Res. Int. 2015;78:343-351. DOI:10.1016/j.foodres.2015.09.017.

8. Mattila P.H., Hellström J., Karhu S., Pihlava J.-M., Veteläinen M. High variability in flavonoid contents and composition between different North-European currant (Ribes spp.) varieties. Food Chem. 2016;204:14-20. DOI:10.1016/j.foodchem.2016.02.056.

9. Perchuk I., Shelenga T., Gurkina M., Miroshnichenko E., Burlyaeva M. Composition of primary and secondary metabolite compounds in seeds and pods of asparagus bean (Vigna unguiculata (L.) Walp.) from China. Molecules. 2020;25:3778. DOI:10.3390/molecules25173778.

10. Pikunova A.V., Martirosyan E.V., Knyazev S.D., Ryzhova N.N. Molecular analysis of genetic polymorphism and phylogenetic relationships in Ribes L. Ekologicheskaya Genetika = Ecological Genetics. 2011;9(2):34-44. DOI:10.17816/ecogen9234-44. (in Russian)

11. Plekhanova M.N. Promising varieties and forms of honeysuckle for breeding and production. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 1992;146:120-125. (in Russian)

12. Plekhanova M.N. Blue honeysuckle (Lonicera сaerulea L.) – a new commercial berry crop for temperate climate: genetic resources and breeding. Acta Hortic. 2000;538:159-164. DOI:10.17660/ActaHortic.2000.538.25.

13. Plekhanova M.N. On the species composition of the blue honeysuckle subsection Lonicera subsect. caeruleae (Fam. Caprifoliaceae). Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2007;161:57-68. (in Russian)

14. Plekhanova M.N., Streltsyna S.A. Fruit chemical composition of Lonicera subsect. caerulea (Caprifoliaceae) species. Genetic Resourses in Russia and Neighbouring Countries Forestry Studies. Tartu: Estonian Agricultural University – Forest Research Institute, 1998;30: 143-146.

15. Puzanskiy R., Tarakhovskaya E., Shavarda A., Shishova M. Metabolomic and physiological changes of Chlamydomonas reinhardtii (Chlorophyceae, Chlorophyta) during batch culture development. J. Appl. Phycol. 2018;30(2):803-818. DOI:10.1007/s10811-017-1326-9.

16. Rop O., Řezníček V., Mlček J., Juríková T., Balík J., Sochor J., Kramářová D. Antioxidant and radical oxygen species scavenging activities of 12 cultivars of blue honeysuckle fruit. Hort. Sci. 2011; 38:63-70. DOI:10.17221/99/2010-HORTSCI.

17. Sedova E.N., Ogoltsova T.P. (Eds.) Program and Methodology for Sorting Fruit, Berry, and Nut Crops. Orel, 1999. (in Russian)

18. Senica M., Stampar F., Mikulic-Petkovsek M. Blue honeysuckle (Lonicera cearulea L. subs. edulis) berry: a rich source of some nutrients and their differences among four different cultivars. Hort. Sci. 2018;238:215-221. DOI:10.1016/j.scienta.2018.04.056.

19. Shtark O.Y., Puzanskiy R.K., Avdeeva G.S., Yurkov A.P., Smolikova G.N., Yemelyanov V.V., Kliukova M.S., Shavarda A.L., Kirpichnikova A.A., Zhernakov A.I., Afonin A.M., Tikhonovich I.A., Zhukov V.A., Shishova M.F. Metabolic alterations in pea leaves during arbuscular mycorrhiza development. PeerJ. 2019;7:1-33. DOI:10.7717/peerj.7495.

20. Sochor J., Jurikova T., Pohanka M., Skutkova H., Baron M., Tomaskova L., Balla S., Klejdus B., Pokluda R., Mlcek J., Trojakova Z., Saloun J. Evaluation of antioxidant activity, polyphenolic compounds, amino acids and mineral elements of representative genotypes of Lonicera edulis. Molecules. 2014;19(5):6504-6523. DOI:10.3390/molecules19056504.

21. Streltsina S.A., Plekhanova M.N., Tikhonova O.A., Pupkova N.A., Arsenyeva T.V. Comparative evaluation of cultivars and wild species of berry crops (honeysuckle, black and red currants, gooseberries) according to the spectrum of biologically active phenolic compounds. Plodovodstvo i Yagodovodstvo Rossii = Pomiculture and Small Fruits Culture in Russia. 2005;12:231-247. (in Russian)

22. Streltsina S.A., Plekhanova M.N., Tikhonova O.A., Sabitov A.Sh., Arsenyeva T.V., Pupkova N.A. Comparative assessment of wild smallfruit species according to the composition and content of bioactive phenol compounds. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2007;161:155-162. (in Russian)

23. Streltsina S.A., Sorokin A.A., Plekhanova M.N., Lobanova E.V. The spectrum of biologically active phenolic compounds in honeysuckle varieties in the northwestern fruit-growing zone of the Russian Federation. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2006;6:67-72. (in Russian)

24. Streltsina S.A., Tikhonova O.A. Nutrients and biologically active substances in berries and leaves of black currant (Ribis nigrum L.) in Northwest Russia. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2010; 1:24-31. (in Russian)

25. Thole V., Breitel D., Hill L., Vain P., Martin C., Bassard J.E., RamírezGonzález R., Ghasemi Afshar B., Trick M., Foito A., Shepherd L., Freitag S., Stewart D., Nunes Dos Santos C., Menezes R., Banãdos P., Naesby M., Wang L., Sorokin A., Tikhonova O., Shelenga T. RNA-seq, de novo transcriptome assembly and flavonoid gene analysis in 13 wild and cultivated berry fruit species with high content of phenolics. BMC Genom. 2019;20:995. DOI:10.1186/s12864-019-6183-2.

26. Tian Y., Laaksonen O., Haikonen H., Vanag A., Ejaz H., Linderborg K., Karhu S., Yang B. Compositional diversity among blackcurrant (Ribes nigrum) cultivars originating from European countries. J. ­ Agric. Food Chem. 2019;67(19):5621-5633. DOI:10.1021/acs.jafc.9b00033.

27. Tikhonova O.A., Shelenga T.V., Streltsina S.A. Biochemical composition of black currant berries in Northwest Russia. Selektsiya i Sortorazvedeniye Sadovykh Kul’tur = Breeding and Variety Cultivation of Horticultural Crops. 2015;2:203-206. (in Russian)

28. Tikhonova O.A., Streltsina S.A. Nutrient contents in blackcurrant berries in Northwest Russia. Plodovodstvo i Yagodovodstvo Rossii = Pomiculture and Small Fruits Culture in Russia. 2009;22(2):303-310. (in Russian)

29. Tikhonova O.A., Streltsina S.A. Phenolic compounds in black currant leaves with regard to resistance to American powdery mildew (Sphaerotheca morsuvae (Schw.) Berk. et Curt.). Plodovodstvo i Yagodovodstvo Rossii = Pomiculture and Small Fruits Culture in Russia. 2012;34(2):292-299. (in Russian)

30. Vitkovsky V.L. Fruit Plants of the World. St. Petersburg, 2003. (in Russian) WorleyB.,PowersR.Multivariate analysisinmetabolomics.Curr. Metabolomics. 2013;1(1):92-107. DOI:10.2174/2213235X11301010092.