Вариабельность транзитного пептида фитоинсинтазы ZmPSY1 связана с белой окраской эндосперма зерна у инбредных линий кукурузы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Желто-оранжевая окраска зерна кукурузы Zea mays L. определяется присутствием каротиноидов, первым ферментом пути биосинтеза которых является фитоинсинтаза PSY. В данной работе проведен анализ аллельных вариантов гена ZmPSY1 у образцов желтозерных и белозерных инбредных линий кукурузы отечественной селекции. У четырех линий с разной окраской зерна амплифицированы и секвенированы полноразмерные кДНК ZmPSY1 и охарактеризована их вариабельность. В последовательности кДНК ZmPSY1 белозерных линий обнаружено четыре несинонимичных однонуклеотидных полиморфизма (SNP), которые приводят к замещениям остатков четырех аминокислот (L47I, W52S, E53D и A54V) в N-концевом транзитном пептиде, ответственном за пластидную локализацию фермента. Разработана система праймеров для ПЦР-идентификации типа аллеля ZmPSY1 у образцов кукурузы. Тестирование праймеров на 44-х линиях кукурузы показало присутствие аллеля ZmPSY1 дикого типа и отсутствие мутантного аллеля в геноме всех анализируемых 22 желтозерных линий; также выявили, что мутантный аллель ZmPSY1 встречается с частотой 41%. Использование разработанной системы праймеров может иметь перспективы в селекции кукурузы с измененным содержанием каротиноидов в эндосперме зерна.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Х. Архестова

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук; Институт сельского хозяйства – филиал Кабардино-Балкарского научного центра Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: shchennikova@yandex.ru
Россия, Москва, 119071; Нальчик, 360004

А. Д. Хаудов

Институт сельского хозяйства – филиал Кабардино-Балкарского научного центра Российской академии наук

Email: shchennikova@yandex.ru
Россия, Нальчик, 360004

А. В. Щенникова

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук

Email: shchennikova@yandex.ru
Россия, Москва, 119071

Е. З. Кочиева

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shchennikova@yandex.ru
Россия, Москва, 119071; Москва, 119234

Список литературы

  1. Chandrasekharan N., Ramanathan N., Pukalenthy B. et al. Development of β-carotene, lysine, and tryptophan-rich maize (Zea mays) inbreds through marker-assisted gene pyramiding // Sci. Rep. 2022. V. 12(1). 8551. doi: 10.1038/s41598-022-11585-y
  2. Singh J., Sharma S., Kaur A. et al. Marker-assisted pyramiding of lycopene-ε-cyclase, β-carotene hydroxylase1 and opaque2 genes for development of biofortified maize hybrids // Sci. Rep. 2021. V. 11(1). 12642. doi: 10.1038/s41598-021-92010-8
  3. Abdel-Rahman M.M., Bayoumi S.R., Barakat M.N. Identification of molecular markers linked to Fusarium ear rot genes in maize plants Zea mays L. // Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2016. V. 30(4). P. 692–699. doi: 10.1080/13102818.2016.1181987
  4. Yang D.E., Zhang C.L., Zhang D.S. et al. Genetic analysis and molecular mapping of maize (Zea mays L.) stalk rot resistant gene Rfg1 // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 108(4). P. 706–711. doi: 10.1007/s00122-003-1466-y
  5. Filyushin M.A., Kochieva E.Z., Shchennikova A.V. ZmDREB2.9 gene in maize (Zea mays L.): genome-wide identification, characterization, expression, and stress response // Plants (Basel). 2022. V. 11(22). doi: 10.3390/plants11223060
  6. Yu J.K., Moon Y.S. Corn starch: quality and quantity improvement for industrial uses // Plants (Basel). 2021. V. 11(1). doi: 10.3390/plants11010092
  7. Palaisa K.A., Morgante M., Williams M. et al. Contrasting effects of selection on sequence diversity and linkage disequilibrium at two phytoene synthase loci // Plant Cell. 2003. V. 15(8). P. 1795–1806. doi: 10.1105/tpc.012526
  8. Ranilla L.G., Zolla G., Afaray-Carazas A. et al. Integrated metabolite analysis and health-relevant in vitro functionality of white, red, and orange maize (Zea mays L.) from the Peruvian Andean race Cabanita at different maturity stages // Front. Nutr. 2023. V. 10. doi: 10.3389/fnut.2023.1132228
  9. Burt A.J., Grainger C.M., Smid M.P. et al. Allele mining of exotic maize germplasm to enhance macular carotenoids // Crop Science. 2011. V. 51(3). P. 991–1004. doi: 10.2135/cropsci2010.06.0335
  10. Sierra J., McQuinn R.P., Leon P. The role of carotenoids as a source of retrograde signals: Impact on plant development and stress responses // J. Exp. Bot. 2022. V. 73(21). P. 7139–7154. doi: 10.1093/jxb/erac292
  11. Buckner B., Kelson T.L., Robertson D.S. Cloning of the y1 locus of maize, a gene involved in the biosynthesis of carotenoids // Plant Cell. 1990. V. 2(9). P. 867–876. doi: 10.1105/tpc.2.9.867
  12. Buckner B., Miguel P.S., Janick-Buckner D. et al. The y1 gene of maize codes for phytoene synthase // Genetics. 1996. V. 143(1). P. 479–488. doi: 10.1093/genetics/143.1.479
  13. Egesel C.E.M., Wong J.C., Lambert R.J. et al. Gene dosage effects on carotenoid concentration in maize grain // Maydica. 2003. V. 48(3). P. 183–190.
  14. Филюшин М.А., Джос Е.А., Щенникова А.В. и др. Зависимость окраски плодов перца от соотношения основных пигментов и профиля экспрессии генов биосинтеза каротиноидов и антоцианов // Физиология растений. 2020. Т. 67. C. 644–653. doi: 10.31857/S0015330320050048
  15. Fu Z., Yan J., Zheng Y. et al. Nucleotide diversity and molecular evolution of the PSY1 gene in Zea mays compared to some other grass species // Theor. Appl. Genet. 2010. V. 120(4). P. 709–720. doi: 10.1007/s00122-009-1188-x
  16. Shumskaya M., Bradbury L.M., Monaco R.R. et al. Plastid localization of the key carotenoid enzyme phytoene synthase is altered by isozyme, allelic variation, and activity // Plant Cell. 2012. V. 24. P. 3725–3741. doi: 10.1105/tpc.112.10417
  17. You M.K., Kim J.H., Lee Y.J. et al. Plastoglobule-targeting competence of a putative transit peptide sequence from rice phytoene synthase 2 in plastids // Int. J. Mol. Sci. 2016. V. 18(1). doi: 10.3390/ijms18010018
  18. Zita W., Bressoud S., Glauser G. et al. Chromoplast plastoglobules recruit the carotenoid biosynthetic pathway and contribute to carotenoid accumulation during tomato fruit maturation // PLoS One. 2022. V. 17(12). doi: 10.1371/journal.pone.0277774

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Выравнивание участка кДНК ZmPSY1 (а) и аминокислотной последовательности гомологов ZmPSY1 (б) у двух желтозерных (2452-2, 5580-1) и двух белозерных (5254-3, 6097-1) инбредных линий кукурузы в сравнении с референсом Z. mays var. B73 (LOC100136882; MN128624.1). Стрелкой указан участок нуклеотидной последовательности, выбранный для прямого праймера (на анализ аллельного варианта гена ZmPSY1). В аминокислотной последовательности выделен рамкой полиморфный участок транзитного пептида, содержащий замещения ао L47I, W52S, E53D и A54V, подчеркнуты консенсусы SQS и PSY (сплошными линиями) и участки YAKTF и RAYV, ограничивающие каталитически активный сайт (двойными линиями), а также указаны радикальные замещения ао (стрелками).

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электрофорез в 2.5%-ном агарозном геле продуктов (394 пн) ПЦР-амплификации на геномной ДНК 44 инбредных линий кукурузы с праймерами, разработанными для аллелей дикого (PSY155R/PSY155FG; верх каждого геля) и мутантного (PSY155R/PSY155FC; низ каждого геля) типа. а – белозерные линии (1–22). У девяти образцов обнаружен аллель ZmPSY1 дикого типа, и 13 образцов содержали мутантный аллель; б – желтозерные линии (23–44). У всех 22 образцов показано присутствие аллельного варианта ZmPSY1 дикого типа. Нанесение образцов соответствует порядковым номерам линий в таб. 1; М – маркер длин ДНК GeneRuler Low Range (первые четыре полосы сверху вниз: 700, 500, 400, 300 пн).

Скачать (300KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024