РЕЗЮМЕ. Горох – це важлива холодостійка бобова рослина, яку вирощують для споживання і людьми, і тваринами. Однак, наявність факторів, що викликають метеоризм, перешкоджає його споживанню та прийняттю по всьому світу. Було встановлено, що сімейство олігосахаридів рафінози (СОР) є основним фактором, що спричиняє метеоризм. Отже, зниження рівня СОР є головною метою діяльності, спрямованої на збільшення обсягів споживання та прийняття гороху у світі. Однак, наразі дуже мало відомо про гени, залучені до метаболізму СОР у загальногеномному діапазоні гороху. У цьому дослідженні ми визначили п’ять ключових ензимів (синтазу галактинолу, синтазу рафінози, синтазу стахіози, альфа-галактозидазу кислу/лужну та бета-фруктофуранозидазу), залучених до шляху метаболізму СОР. Загалом у геномі гороху було визначено гени двох синтаз галактинолу, двох синтаз рафінози, однієї синтази стахіози, шести альфа-галактозидаз лужних і трьох альфа-галактозидаз кислих, а також десяти бета-фруктофуранозидаз. Для встановлення їхніх взаємин із відомими білками було проведено аналіз філогенетичних зв’язків, структури екзонів/інтронів, а також консервативного домену в межах кожного сімейства ензимів та їхньої хромосомної локації. Аналіз in silico продемонстрував, що гени СОР гороху містять 26 мікросателітних локусів. Загалом це дослідження повідомляє про корисних кандидатних генів для покращення поживних якостей гороху за допомогою генетичної інженерії, а також про мікросателітні локуси для розвитку SSR маркерів для інтрогресії низьких характеристик СОР через маркерну селекцію.
Ключові слова: сімейство олігосахаридів рафінози, структура гену, синтаза рафінози, синтаза стахіози, синтаза галактинолу, філогенетичний аналіз гороху
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Angelovici, R., Galili, G., Fernie, A.R., and Fait, A., Seed desiccation: a bridge between maturation and germination, Trends Plant Sci., 2010, vol. 15, pp. 211–218.
Asif, M.I., Wani, S.A., Lone, A.A., Dar, Z.A., and Nehvi, F.A., Breeding for quality traits in grain legumes, in Conventional and Non-Conventional Interventions in Crop Improvement, Eds., Malik, C.P., Sanghera, G., and Wani, S.H., New Delhi: MD, 2013.
Blöchl, A., Peterbauer, T., and Richter, A., Inhibition of raffinose oligosaccharide breakdown delays germination of pea seeds, J. Plant Physiol., 2007, vol. 164, pp. 1093–1096.
Blöchl, A., Peterbauer, T., Hofmann, J., and Richter, A., Enzymatic breakdown of raffinose oligosaccharides in pea seeds, Planta, 2008, vol. 228, pp. 99–110.
Elango, D., Rajendran, K., Van der Laan, L., et al., Raffinose family oligosaccharides: friend or foe for human and plant health, Front. Plant Sci., 2022, vol. 13, p. 829118.
Falavigna, V.D.S., et al., Evolutionary diversification of galactinol synthases in Rosaceae: Adaptive roles of galactinol and raffinose during apple bud dormancy, J. Exp. Bot., 2018, vol. 69, pp. 1247–1259.
Filiz, E., Ozyigit, I.I., and Vatansever, R., Genome-wide identification of galactinol synthase (GolS) genes in Solanum lycopersicum and Brachypodium distachyon, Comput. Biol. Chem., 2015, vol. 58, pp. 149–157.
Horbowicz M. and Obendorf R.L., Seed desiccation tolerance and storability: Dependence on flatulence-producing oligosaccharides and cyclitols—review and survey, Seed Sci. Res., 1994, vol. 4, pp. 385–405.
Jones, D.A., DuPont, M.S., Ambrose, M.J., Frias, J., and Hedley, C.L., The discovery of compositional variation for the raffinose family of oligosaccharides in pea seeds, Seed Sci. Res., 1999, vol. 9, pp. 305–310.
Kreplak, J., Madoui, M.A., Cápal, P., et al., A reference genome for pea provides insight into legume genome evolution, Nat. Genet., 2019, vol. 51, pp. 1411–1422.
Lahuta, L.B., Goszczynska, J., and Horbowicz, M., Seed α-D-galactosides of selected Vicia species and enzymes involved in their biosynthesis, Acta Biol. Cracov., Ser. Bot., 2010, vol. 52, pp. 27–35.
Le, H., Nguyen, N.H., Ta, D.T., Le, T.N.T., Bui, T.P., Le, N.T., et al., CRISPR/Cas9-mediated knockout of galactinol synthase-encoding genes reduces raffinose family oligosaccharide levels in soybean seeds, Front. Plant Sci., 2020, vol. 11, p. 612942.
Li, R., Yuan, S., He, Y., Fan, J., Zhou, Y., Qiu, T., Lin, X., Yao, Y., Liu, J., Fu, S., Hu, X., and Guo, J., Genome-wide identification and expression profiling analysis of the galactinol synthase gene family in cassava (Manihot esculenta Crantz), Agronomy, 2018, vol. 8, p. 250.
Panikulangara, T.J., Eggers-Schumacher, G., Wunderlich, M., Stransky, H., and Schöffl, F., Galactinol synthase1. A novel heat shock factor target gene responsible for heat-induced synthesis of raffinose family oligosaccharides in Arabidopsis, Plant Physiol., 2004, vol. 136, pp. 3148–3158.
Peterbauer, T. and Richter, A., Biochemistry and physiology of raffinose family oligosaccharides and galactosyl cyclitols in seeds, Seed Sci. Res., 2001, vol. 11, pp. 185–197.
Peterbauer, T., Karner, U., Mucha, J., Mach, L., Jones, D.A., Hedley, C.L., et al., Enzymatic control of the accumulation of verbascose in pea seeds, Plant Cell Environ., 2003, vol. 26, pp. 1385–1391.
Peters, S., Mundree, S.G., Thomson, J.A., Farrant, J.M., and Keller, F., et al., Protection mechanisms in the resurrection plant Xerophyta viscosa (Baker): both sucrose and raffinose family oligosaccharides (RFOs) accumulate in leaves in response to water deficit, J. Exp. Bot., 2007, vol. 58, pp. 1947–1956.
Santos, R., Vergauwen, R., Pacolet, P., Lescrinier, E., and Van den Ende, W., Manninotriose is a major carbohydrate in red deadnettle (Lamium purpureum, Lamiaceae), Ann. Bot., 2013, vol. 111, pp. 385–393.
Sengupta, S., Mukherjee, S., Basak, P., and Majumder, A.L., Significance of galactinol and raffinose family oligosaccharide synthesis in plants, Front. Plant Sci., 2015, vol. 6, p. 656.
Sprenger, N. and Keller F., Allocation of raffinose family oligosaccharides to transport and storage pools in Ajuga reptans: the roles of two distinct galactinol synthases, Plant J., 2000, vol. 21, pp. 249–258.
Vidal-Valverde, C., Frías, J., and Valverde, S., Changes in the carbohydrate composition of legumes after soaking and cooking, J. Am. Diet. Assoc., 1993, vol. 93, pp. 47–550.
Vinson, C.C., Mota, A.P.Z., and Porto, B.N., et al., Characterization of raffinose metabolism genes uncovers a wild Arachis galactinol synthase conferring tolerance to abiotic stresses, Sci. Rep., 2022, vol. 10, p. 15258.
You, J., Wang, Y., and Zhang, Y., et al. Genome-wide identification and expression analyses of genes involved in raffinose accumulation in sesame, Sci. Rep., 2018, vol. 8, p. 4331.
Zhou, M.L., Zhang, Q., Zhou, M., Sun, Z.M., Zhu, X.M., Shao, J.R., Tang, Y.X., and Wu, Y.M., Genome-wide identification of genes involved in raffinose metabolism in Maize, Glycobiology, 2012, vol. 22, pp. 1775–1785.