danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2022-66-4-414-424dan-1080Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYИзучение полиморфизма генов R2R3 Myb транскрипционных факторов культур семейства Solanaceae и гена Myb114 рода Brassica в связи с регуляцией биосинтеза антоциановInvestigating of the polymorphism of Solanaceae R2R3 Myb and Brassica Myb114 genes of transcription factors in connection with the anthocyanin biosynthesis regulationБабакО. Г.BabakO. G.

Бабак Ольга Геннадьевна – кандидат биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Babak Olga G. – Ph. D. (Biology), Assistant Professor, Leading Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

babak_olga@mail.ruАнисимоваН. В.AnisimovaN. A.

Анисимова Наталья Владимировна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Anisimova Natalia V. – Ph. D. (Biology), Senior Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

n.anisimova@igc.byНикитинскаяТ. В.NikitinskayaT. V.

Никитинская Татьяна Владимировна – научный сотрудник. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Nikitinskaya Tatiana V. – Researcher. I

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

nikitinskaja@yandex.ruНекрашевичН. А.NekrashevichN. A.

Некрашевич Наталья Александровна – научный сотрудник. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Nikitinskaya Tatiana V. – Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

n.nekrashevich@igc.byЯцевичК. К.YatsevichK. K.

Яцевич Констанция Константиновна – научный сотрудник. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Yatsevich Konstanciya K. – Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

yakon-kon@yandex.ruДроздЕ. В.DrozdL. V.

Дрозд Елизавета Валерьевна – младший научный сотрудник. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Drozd Lizaveta V. – Junior Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

drozd.liza@bk.ruФатеевД. А.FateevD. A.

Фатеев Дмитрий Андреевич – младший научный сотрудник.

ул. Большая Морская, 42-44, 190000, Санкт-Петербург

Fateev Dmitry A. – Junior Researcher.

42–44, Bolshaya Morskaya Str., 190000, Saint Petersburg

dmtfateev@gmail.comБеренсенФ. А.BerensenF. A.

Беренсен Федор Алексеевич – научный сотрудник.

ул. Большая Морская, 42-44, 190000, Санкт-Петербург

Berensen Fedor A. – Researcher.

42–44, Bolshaya Morskaya Str., 190000, Saint Petersburg

fberensen@gmail.comАртемьеваА. М.ArtemyevaA. M.

Артемьева Анна Маевна – кандидат сельскохозяйственный наук, ведущий научный сотрудник.

ул. Большая Морская, 42-44, 190000, Санкт-Петербург

Artemyeva Anna M. – Ph. D. (Agrarian), Leading Researcher.

42–44, Bolshaya Morskaya Str., 190000, Saint Petersburg

akme11@yandex.ruКильчевскийА. В.KilchevskyA. V.

Кильчевский Александр Владимирович – академик, доктор биологических наук, профессор, научный руководитель лаборатории. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

 

 

Kilchevsky Alexander V. – Academician, D. Sc. (Biology), Professor, Scientific Director.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

kilchev@presidium.bas-net.byИнститут генетики и цитологии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Science of BelarusВсероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. ВавиловаN. I. Vavilov Institute of Plant Genetic Resources202208092022664414424Copyright © Бабак О.Г., Анисимова Н.В., Никитинская Т.В., Некрашевич Н.А., Яцевич К.К., Дрозд Е.В., Фатеев Д.А., Беренсен Ф.А., Артемьева А.М., Кильчевский А.В., 20222022Бабак О.Г., Анисимова Н.В., Никитинская Т.В., Некрашевич Н.А., Яцевич К.К., Дрозд Е.В., Фатеев Д.А., Беренсен Ф.А., Артемьева А.М., Кильчевский А.В.Babak O.G., Anisimova N.A., Nikitinskaya T.V., Nekrashevich N.A., Yatsevich K.K., Drozd L.V., Fateev D.A., Berensen F.A., Artemyeva A.M., Kilchevsky A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1080

На основе сравнения генов R2R3 Myb транскрипционных факторов у овощных пасленовых (S. lycopersicum: Ant1, Ant2, S. melongena: Myb1, C. annuum: Myb113-like1 и Myb113-like2) и капустных культур выполнен поиск ортологичных последовательностей. Выявлены наиболее близкие по нуклеотидной структуре к ранее изученным генам у пасленовых последовательности, кодирующие Myb114 ТФ у Brassica oleracea и Brassica rapa. Изучен полиморфизм в промоторной области гена Myb113-like1 Capsicum annuum, регулирующего биосинтез антоцианов: дополнительный повтор размером 148 п. н. и вставка 2 (1) п. н. у форм с нарушенным синтезом антоцианов в плодах. Установлена связь между наличием вставки в промоторе (Myb113-like1pr+148) с полиморфизмами в экзонных областях генов Myb113-like1delT и Myb113-like2C/А, связанными с нарушением синтеза антоцианов. Выявлен ряд полиморфизмов гена Myb114 у овощных культур семейства капустных (Brassica oleracea, Brassica rapa), тесно коррелирующих с высоким/низким накоплением антоцианов в листьях. У B. oleracea выявлены SNP, которые ведут к замене двух аминокислот, расположенных в области ДНК-связывающих доменов, что приводит к изменению эффективности связывания данного транскрипционного фактора с промоторами структурных генов биосинтеза. Белковая последовательность, кодируемая геном Myb114, у образцов B. rapa разновидности репа листовая с высоким накоплением антоцианов в листьях отличалась от таковой у образцов с отсутствием антоцианов в листьях пятью аминокислотами, при этом области ДНК-связывающих доменов были одинаковыми у форм с различным накоплением антоциана.

Based on comparison of R2R3 Myb genes in Solanaceae (S. lycopersicum: Ant1, Ant2, S. melongena: Myb1, C. annuum: Myb113-like1 and Myb113-like2) and Brassicaceae crops, a search for orthologous sequences was The sequences encoding Myb114 TF in Brassica oleracea and Brassica rapa was found to be the closest in a nucleotide structure to the previously investigated genes in Solanaceae. Тhе polymorphism in the promoter region of the Capsicum annuum Myb113-like1 gene that regulates anthocyanin biosynthesis: an additional 148 bp repeat and 2(1) bp insertion in the forms with impaired anthocyanin synthesis in fruits was studied. A relationship between the presence of an insert in the promoter (Myb113-like1pr+148) and polymorphisms in the exon regions of Myb113-like1delTand Myb113-like2C/Аgenes associated with impaired anthocyanin synthesis was established. A number of polymorphisms of the Myb114 gene in vegetable crops of the cabbage family (Brassica oleracea, Brassica rapa), which closely correlate with high/low accumulation of anthocyanins in leaves, were identified. In B. oleracea, SNPs that lead to the replacement of two amino acids located in the region of DNAbinding domains were found, which leads to a change in the efficiency of binding of this transcription factor and the promoters of structural biosynthesis genes. A protein sequence encoded by the Myb114 gene in accessions of the leafy turnip (B. rapa) with a high accumulation of anthocyanins in the leaves differed from the accessions without anthocyanin accumulation in the leaves by five amino acids, while the regions of DNA-binding domains were the same in the forms with various anthocyanin accumulation.

генетическая регуляция биосинтеза антоциановR2R3 Myb-транскрипционные факторыДНК-маркерыSolanaceaeCapsicumBrassicagene regulation of anthocyanin synthesisR2R3 MYB-transcription factorsDNA markersSolanaceaeCapsicumBrassicaРабота выполнена при поддержке БРФФИ (грант Б20Р-285), а также РФФИ (грант № 20-51600017Бел_а).The work is supported by the BRFFR (grant No. Б20Р-285), and by the RFBR (grant No. 20-51600017Бел_а).ReferencesMiddleton, E. Jr. The effects of plant flavonoids on mammalian cells: Implications for inflammation, heart disease and cancer / E. Jr. Middleton, C. Kandaswami, T. C. Theoharides // Pharmacol. Rev. – 2000. – Vol. 52. – P. 673–751.Middleton E. Jr., Kandaswami C., Theoharides T. C. The effects of plant flavonoids on mammalian cells: Implications for inflammation, heart disease, and cancer. Pharmacological Reviews, 2000, vol. 52, pp. 673–751.Хлесткина, Е. К. Гены биосинтеза флавоноидов пшеницы / Е. К. Хлесткина, О. Ю. Шоева, Е. И. Гордеева // Вавиловский журн. генетики и селекции. – 2014. – Т. 18, № 4/1. – С. 784–796.Khlestkina E. K., Shoeva O. Yu., Gordeeva E. I. Flavonoid biosynthesis genes in wheat. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii [Vavilov Journal of Genetics and Breeding], 2014, vol. 18, no. 4/1, pp. 784–796 (in Russian).Anthocyanin biosynthesis and degradation mechanisms in Solanaceous Vegetables: a review / Y. Liu [et al.] // Frontiers in Chemistry. – 2018. – Vol. 6. – P. 1–17. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00052Liu Y., Tikunov Yu., Schouten R. E., Marcelis L. F. M., Visser R. G. F., Bovy A. Anthocyanin biosynthesis and degradation mechanisms in Solanaceous Vegetables: a review. Frontiers in Chemistry, 2018, vol. 6, pp. 1–17. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00052Naing, A. H. Roles of R2R3-MYB transcription factors in transcriptional regulation of anthocyanin biosynthesis in horticultural plants / A. H. Naing, C. K. Kim // Plant Mol. Biol. – 2018. – Vol. 98, N 1–2. – P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s11103-018-0771-4Naing A. H., Kim C. K. Roles of R2R3-MYB transcription factors in transcriptional regulation of anthocyanin biosynthesis in horticultural plants. Plant Molecular Biology, 2018, vol. 98, no. 1–2, pp. 1–18. https://doi.org/10.1007/s11103-018-0771-4Stommel, J. R. Coordinated regulation of biosynthetic and regulatory genes coincides with anthocyanin accumulation in developing eggplant fruit / J. R. Stommel, J. M. Dumm // J. Amer. Soc. Horticult. Sci. – 2015. – Vol. 140, N 2. – P. 129–135. https://doi.org/10.21273/jashs.140.2.129Stommel J. R., Dumm J. M. Coordinated regulation of biosynthetic and regulatory genes coincides with anthocyanin accumulation in developing eggplant fruit. Journal of the American Society for Horticultural Science, 2015, vol. 140, no. 2, pp. 129–135. https://doi.org/10.21273/jashs.140.2.129Lightbourn, G. J. Epistatic interactions influencing anthocyanin gene expression in Capsicum annuum / G. J. Lightbourn, J. R. Stommel, R. J. Griesbach // J. Amer. Soc. Horticult. Sci. – 2007. – Vol. 132, N 6. – P. 824–829. https://doi.org/10.21273/jashs.132.6.824Lightbourn G. J., Stommel J. R., Griesbach R. J. Epistatic interactions influencing anthocyanin gene expression in Capsicum annuum. Journal of the American Society for Horticultural Science, 2007, vol. 132, no. 6, pp. 824–829. https://doi.org/10.21273/jashs.132.6.824A non-LTR retrotransposon activates anthocyanin biosynthesis by regulating a MYB transcription factor in Capsicum annuum / S. Jung [et al.] // Plant Science. – 2019. – Vol. 287. – Art. 110181. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.110181Jung S., Venkatesh J., Kang M.-Y., Kwon J.-K., Kang B.-C. A non-LTR retrotransposon activates anthocyanin biosynthesis by regulating a MYB transcription factor in Capsicum annuum. Plant Science, 2019, vol. 287, art. 110181. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.110181Изучение полиморфизма генов Myb-факторов на основе сравнительной геномики овощных пасленовых культур (томат, перец, баклажан) для поиска ДНК-маркеров, дифференцирующих образцы по накоплению антоцианов / О. Г. Бабак [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2019. – Т. 63, № 6. – С. 721–729. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-6-721-729Babak O. G., Nekrashevich N. A., Nikitinskaya T. V., Yatsevich K. K., Kilchevsky A. V. Study of the Myb-factor polymorphism based on comparative genomics of vegetable Solanaceae crops (tomato, pepper, eggplant) to search for DNA markers that differentiate samples by the anthocyans accumulation. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2019, vol. 63, no. 6, pp. 721–729 (in Russian). https://doi.org/10.29235/15618323-2019-63-6-721-729Identification of DNA Markers of Anthocyanin Biosynthesis Disorders Based on the Polymorphism of Anthocyanin 1 Tomato Ortholog Genes in Pepper and Eggplant / O. Babak [et al.] // Crop. Breed Genet. Genom. – 2020. – Vol. 2, N 3. – Art. e200011. https://doi.org/10.20900/cbgg20200011Babak O., Nikitinskaya T., Nekrashevich N., Yatsevich K., Kilchevsky A. Identification of DNA Markers of Anthocyanin Biosynthesis Disorders Based on the Polymorphism of Anthocyanin 1 Tomato Ortholog Genes in Pepper and Eggplant. Crop Breeding, Genetics and Genomics, 2020, vol. 2, no. 3, art. e200011. https://doi.org/10.20900/cbgg20200011Fine mapping the BjPl1 gene for purple leaf color in B2 of Brassica juncea L. through comparative mapping and whole-genome re-sequencing / Z. Zhao [et al.] // Euphytica. – 2017. – Vol. 213, N 4. – P. 80–90. https://doi.org/10.1007/s10681017-1868-6Zhao Z., Xiao L., Xu L., Xing X., Tang G., Du D. Fine mapping the BjPl1 gene for purple leaf color in B2 of Brassica juncea L. through comparative mapping and whole-genome re-sequencing. Euphytica, 2017, vol. 213, no. 4, pp. 80–90. https://doi.org/10.1007/s10681-017-1868-6Identification and characterization of anthocyanin biosynthesis-related genes in Kohlrabi / M. A. Rahim [et al.] // Appl. Biochem. Biotechnol. – 2018. – Vol. 184, N 4. – P. 1120–1141. https://doi.org/10.1007/s12010-017-2613-2Rahim M. A., Robin A. H. K., Natarajan S., Jung H.-J., Lee J., Kim H., Kim H.-T., Park J.-I., Nou I.-S. Identification and characterization of anthocyanin biosynthesis-related genes in Kohlrabi. Applied Biochemistry and Biotechnology, 2018, vol. 184, no. 4, pp. 1120–1141. https://doi.org/10.1007/s12010-017-2613-2Wang, J. Molecular characterization of BrMYB73: a candidate gene for the purple-leaf trait in Brassica rapa / J. Wang, T. B. Su, Y. J. Yu // Int. J. Agric. Biol. – 2019. – Vol. 22. – P. 122–130. https://doi.org/10.17957/IJAB/15.1041Wang J., Su T. B., Yu Y. J. Molecular characterization of BrMYB73: a candidate gene for the purple-leaf trait in Brassica rapa. International Journal of Agriculture and Biology, 2019, vol. 22, pp. 122–130. https://doi.org/10.17957/IJAB/15.1041QTL-Seq and sequence assembly rapidly mapped the gene BrMYBL2.1 for the purple trait in Brassica rapa / X. Zhang [et al.] // Sci. Rep. – 2020. – Vol. 10, N 1. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58916-5Zhang X., Zhang K., Wu J., Guo N., Liang J., Wang X., Cheng F. QTL-Seq and sequence assembly rapidly mapped the gene BrMYBL2.1 for the purple trait in Brassica rapa. Scientific Reports, 2020, vol. 10, no. 1. https://doi.org/10.1038/s41598020-58916-5Primer-BLAST: A tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction / J. Ye [et al.] // BMC Bioinformatics. – 2012. – Vol. 13, N 1. – Art. 134. https://doi.org/10.1186/1471-2105-13-134Ye J., Coulouris G., Zaretskaya I., Cutcutache I., Rozen S., Madden T. L. Primer-BLAST: A tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. BMC Bioinformatics, 2012, vol. 13, no. 1, art. 134. https://doi.org/10.1186/1471-2105-13-134Molecular Evolutionary Genetics Analysis [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.megasoftware.net/. – Date of access: 12.02.2022.Molecular Evolutionary Genetics Analysis. Available at: https://www.megasoftware.net/ (accessed 12 February 2022).Vector NTI [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.thermofisher.com/by/en/home/life-science/cloning/vector-nti-software.html. – Date of access: 05.02.2022.Vector NTI. Available at: https://www.thermofisher.com/by/en/home/life-science/cloning/vector-nti-software.html (accessed 5 February 2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.