Метаболомный подход к сравнительному анализу диких и культурных видов овса (Avena L.)

Исследовались метаболомные спектры зерновок диких и культивируемых форм (сортов) овса (Avena L.). Материалом для изучения служили образцы семян из коллекции ВИР. Метаболомные исследования (анализ метаболома) проводили методом газожидкостной хроматографии с масс-спектрометрией (ГЖХ-МС) на хроматографе Agilent 6850 (CША). Анализировали состав и содержание органических и жирных кислот, аминокислот, многоатомных спиртов и сахаров. Установлено, что у сортов по сравнению с дикими видами сузился (в ряде случаев существенно) диапазон колебания значений содержания изученных групп соединений. Наряду с резким увеличением содержания олеиновой кислоты у сортов снизилось содержание линолевой кислоты. В целом сравнение метаболомных спектров зерновок диких видов и сортов позволило сделать следующие основные выводы. Ряд дикорастущих видов овса может быть рекомендован в качестве потенциального источника биохимических признаков качества при селекции. Выявлены метаболиты, содержание которых меняется в процессе окультуривания или по которым дикие виды овса отличаются от сортов этой культуры. Среди этих соединений наряду с такими широко известными составляющими здорового питания, как олеиновая кислота, глюкоза, фруктоза и др., выявлены моноацилглицеролы – МАГ 16 : 0, МАГ-2 18 : 2 и др. Высказано предположение, что последние могут быть связаны с формированием признаков адаптивности, в частности с устойчивостью к болезням и вредителям, абиотическим факторам среды.

1. Alpat’eva N.V., Gavrilyuk I.P., Leont’eva N.A., Oreshko L.S., Krasil’nikov V.N., Barsukova N.A., Loskutov I.G. Prolamins and celiac disease. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2004;6:41-49. (in Russian)

2. Alpat’eva N.V., Gubareva N.K. Analysis of biotype composition in soft wheat landraces from the VIR collection in the course of storage and reproduction. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2002;3: 28-31. (in Russian)

3. Ermakov A.I. (Ed.) Metody biokhimicheskogo issledovaniya rasteniy. [Methods of biochemical evaluation of plants]. Leningrad, Agropromizdat Publ., 1987. (in Russian)

4. Ermakov A.I., Ikonnikova M.I., Lukovnikova G.I., Yarosh N.P. The results and prospects of biochemical research of cultivated plants. Trudy po prikladnoy botanike, genetike i selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 1969;41:326-364. (in Russian)

5. Gu J., Jing L., Ma X., Zhang Z., Guo Q., Li Y. GC–TOF-MS-based serum metabolomic investigations of naked oat bran supplementation in high-fat-diet-induced dyslipidemic rats. J. Nutritional Biochemistry. 2015;26:1509-1519.

6. Konarev A.V. Use of molecular markers in solving problems of genetic resources and breeding. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2006;6:4-23. (in Russian)

7. Konarev A.V., Khoreva V.I. Biokhimicheskie issledovaniya geneticheskikh resursov rasteniy v VIRe [Biochemical research of plant genetic resources in VIR]. Saint-Petersburg, VIR Publ., 2000. (in Russian)

8. Konarev A.V., Shelenga T.V., Perchuk I.N., Blinova E.V., Loskutov I.G. Characterization of diversity among oat (genus Avena L.) accessions from the VIR collection, an initial material for breeding Fusariumresistant oat varieties. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2015;5:2-10. (in Russian)

9. Konarev A.V., Yarosh N.P. Nikolai Nikolaevich Ivanov, the founder of the Russian biochemistry of cultivated plants (120th birthday anniversary). Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2005;2:3-4. (in Russian)

10. Krasil’nikov V.N. Current directions of using plant genetic resources in technology for functional and special foods. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2015;11:36-42. (in Russian)

11. Leonova S., Shelenga T., Hamberg M., Konarev A., Loskutov I., Carlsson A. Analysis of oil composition in cultivars and wild species of Oat (Avena sp.). J. Agric. Food Chemistry. 2008;56:7983-7991.

12. Lokhov P.G., Archakov A.I. Mass-spectrometry methods in metabolomics. Biomeditsinskaya khimiya = Biomedical Chemistry. 2008;54: 497-511. (in Russian)

13. Loskutov I.G. Oves (Avena L.). Rasprostranenie, sistematika, evolyutsiya i selektsionnaya tsennost [Oat (Avena L.): Distribution, taxonomy, evolution and breeding value]. Saint- Petersburg, VIR Publ., 2007. (in Russian)

14. Loskutov I.G., Gubareva N.K., Alpat’eva N.V. Polymorphism of avenin in the evaluation of wild oat species. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2005;2:43-48. (in Russian)

15. Loskutov I.G., Rines H.W. Avena L. (Ed. C. Kole). Wild Crop Relatives: Genomic & Breeding Resources. Vol. 1. Cereals. Springer, Heidelberg, Berlin, New York, 2011;109-184.

16. Peneva T.I., Konarev V.G., Kobylyansky V.D., Lapikov N.S. Analysis of polymorphism for secalin spectrum in the development of winter rye cultivar Ilmen. Selskokhozyaystvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 1998;1:55-62. (in Russian)

17. Perkowski J., Stuper K., Buśko M., Góral T., Kaczmarek A., Jeleń H. Differences in metabolomic profiles of the naturally contaminated grain of barley, oats and rye. J. Cereal Sci. 2012;56:544-551.

18. Sánchez-Martín J., Heald J., Kingston-Smith A., Winters A., Rubiales D., Sanz M., Mur L. A. J., Prats E. A metabolomic study in oats (Avena sativa) highlights a drought tolerance mechanism based upon salicylate signalling pathways and the modulation of carbon, antioxidant and photo-oxidative metabolism. Plant, Cell & Environment. 2015;38:1434- 1452.

19. Shelenga T.V., Konarev A.V., Dzubenko N.I., Malyshev L.L., Takai T. Evaluation of accessions of meadow fescue from the Vavilov Institute of Plant Industry containing symbiotic endophytic fungus of genus Neotyphodium. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2006;1:20-22. (in Russian)

20. Shelenga T.V., Solov’eva A.E., Shavarda A.L., Konarev A.V. Research of the metabolomes of crops of the VIR collection. Tezisy dokladov mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii, posvyashchennoy 120-letiyu VIR [Abstracts of Intern. sci. conference dedicated to the 120th anniversary of VIR, October 6-8, 2014]. Saint-Petersburg, 2014:98. (in Russian)

21. Shulaev V., Cortes D., Miller G., Mittler R. Metabolomics for plant stress response. Physiologia Рlantarum. 2008;132:199-208.

22. Sitkin S.I., Tkachenko E.I., Vakhitov T.Ya., Oreshko L.S., Zhigalova T.N. Metabolome of blood serum as analyzed by gas chromatography– mass spectrometry (GC–MS) in patients with ulcerative colitis and celiac disease. Eksperimentalnaya i klinicheskaya gastroenterologiya = Experimental and Clinical Gastroenterology. 2013; 12:44-57. (in Russian)

23. 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;1:78-83.

24. Zelenskaya E.G., Konarev A.V., Loskutov I.G., Gubareva N.K., Strel’chenko P.P. Characterization of avenin polymorphism in oat (Avena sativa L.) landraces from the VIR collection. Agrarnaya Rossiya = Agricultural Russia. 2004;6:50-58. (in Russian)