danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2019-63-6-721-729dan-831Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYИзучение полиморфизма генов Myb-факторов на основе сравнительной геномики овощных пасленовых культур (томат, перец, баклажан) для поиска ДНК-маркеров, дифференцирующих образцы по накоплению антоциановStudy 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 accumulationБабакО. Г.BabakO. G.

Бабак Ольга Геннадьевна – канд. биол. наук, доцент, вед. науч. сотрудник. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Babak Olga Gennadievna – Ph. D. (Biology), Assistant professor, Leading researcher. 

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

babak_olga@mail.ruНекрашевичН. А.NekrashevichN. A.

Некрашевич Наталья Александровна – науч. со трудник. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Nekrashevich Nataliya Alexandrovna – Researcher. 

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

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

Никитинская Татьяна Владимировна – науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Nikitinskaya Tatiana Vladimirovna –  Researcher. 

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

nikitinskaja@yandex.ruЯцевичК. К.YatsevichK. K.

Яцевич Констанция Константиновна – науч. сотрудник. 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Yatsevich Konstanciya Konstantinovna – Researcher. 

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

КильчевскийА. В.KilchevskyA. V.

Кильчевский Александр Владимирович – академик, д-р биол. наук, профессор, научный руководитель лаборатории.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Kilchevsky Alexander Vladimirovich – Academician, D. Sc. (Biology),  Professor, Scientific leader of the Laboratory. 

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

Институт генетики и цитологии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Science of Belarus201905012020636721729Copyright © Бабак О.Г., Некрашевич Н.А., Никитинская Т.В., Яцевич К.К., Кильчевский А.В., 20202020Бабак О.Г., Некрашевич Н.А., Никитинская Т.В., Яцевич К.К., Кильчевский А.В.Babak O.G., Nekrashevich N.A., Nikitinskaya T.V., Yatsevich K.K., 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/831

Одной из групп вторичных метаболитов, накапливаемых в плодах овощных пасленовых культур, являются антоцианы, выполняющие защитные функции от абиотических и биотических стрессов растений и характеризующиеся высокой ценностью как антиоксиданты для человека. Объектом исследований являлись овощные культуры семейства Solanaceae (томат, перец, баклажан) с широким внутривидовым разнообразием по накоплению антоцианов в плодах. Цель исследований – поиск молекулярных маркеров на основе выявленного полиморфизма генов, регулирующих накопление антоцианов в плодах перца и баклажана для повышения эффективности селекции на высокие биохимические и технологические качества. На основе анализа секвенированных последовательностей генов у форм с контрастной антоциановой окраской плодов впервые выявлен аллельный полиморфизм Myb113-like факторов mRNA XM_016689227 и mRNA NM_001324618 перца сладкого и myb1 mRNA kF72747 баклажана. Изучены особенности влияния выявленных полиморфизмов на экспрессию м-РНК и формирование функционального белка. Разработаны праймеры для ДНК-типирования выявленных полиморфизмов, изучена их связь с фенотипическим проявлением антоциановой окраски плодов. По результатам оценки предложены оптимальные SCAR- и CAPSмаркеры, позволяющие идентифицировать ряд генетических полиморфизмов изучаемых myb-like факторов, вы- зывающих нарушение синтеза антоцианов в плодах Capsicum annuum и Solanum melongena. Образцы C. annuum и S. melongena с различным сочетанием аллельного полиморфизма отобраны как модельные для дальнейшего изучения генетической регуляции накопления антоцианов в плодах и повышения эффективности создания ценных сортов и гибридов для сельского хозяйства.

Anthocyanins are high-value plant antioxidants; they also determine biotic and abiotic stress resistance. The aim of our research was to study the allelic polymorphism of Antocyanin 1 orthologs in the vegetable Solanaceae crops of C. annuum and S. melongena. The search revealed the following closest genes in C. annuum: Myb113-like1 TF and Myb113like2 transcription factors and Myb1 in S. melongena. Exon amplicons of those genes were obtained and then sequenced in the pepper and eggplant samples with contrasting anthocyanin fruit coloration. Primers to the identified polymorphisms were developed and their correlation with the anthocyanin accumulation in fruits was studied. A close correlation was found between a minimum accumulation or the complete absence of anthocyanin synthesis in fruits with a single nucleotide deletion (Myb113-like1), and in the pepper samples, 2 SNP (Myb113-like2) was detected using the CAPS marker Myb 113-AccI. In the eggplant samples, the deletions of 6 and 26 bp were detected using the SCAR marker MybMel and the CAPS marker MybmelPst1. The disturbance of anthocyanin synthesis in pepper forms with 1Indel in Myb113-like1 TF was determined by a shift in the reading frame and SNPs in Myb113-like2 TF lead to amino acid substitutions: Lys → Arg and Thr → Lys. In the eggplant, a deletion of 6 bp leads to the loss of ala and arg in the protein; a deletion of 26 bp causes disorder during the mRNA maturation. The developed markers allow identifying the Myb-like TF alleles under study, resulting in anthocyanin synthesis disturbance in fruits. C. annuum and S. melongena samples with different alleles were selected for a further study and new varieties in agriculture. 

Solanum lycopersicumCapsicum annuumSolanum melongenaрегуляция синтеза антоцианаДНК маркерыSolanum lycopersicumCapsicum annuumSolanum melongenaregulation of anthocyanin synthesisDNA markersReferencesAnthocyanin biosynthesis and degradation mechanisms in Solanaceous Vegetables: a review / Y. Liu [et al.] // Frontiers in Chemistry. – 2018. – Vol. 6, art. 52. – P. 1–17. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00052Liu Y., Tikunov Y., Schouten R. E., Marcelis L., Visser R., Bovy A. Anthocyanin biosynthesis and degradation mechanisms in Solanaceous Vegetables: a review. Frontiers in Chemistry, 2018, vol. 6, art. 52, pp. 1–17. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00052Molecular Aspects of Anthocyanin fruit Tomato in Relation to high pigment-1 / M. Sapir [et al.] // Journal of Heredity. – 2008. – Vol. 99, N 3. – P. 292–303. https://doi.org/10.1093/jhered/esm128Sapir M., Oren-Shamir M., Ovadia R., Reuveni M., Evenor D., Tadmor Y., Nahon S., Shlomo H., Chen L., Meir A., Levin I. Molecular Aspects of Anthocyanin fruit Tomato in Relation to high pigment-1. Journal of Heredity, 2008, vol. 99, no. 3, pp. 292–303. https://doi.org/10.1093/jhered/esm128GenBank [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/. – Date of access: 01.08.2019.GenBank. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/ (accessed 1 August 2019).Solgenomics [Electronic resource]. – Mode of access: https://solgenomics.net/. Date of access: 01.08.2019.Solgenomics. Available at: https://solgenomics.net/ (accessed 1 August 2019).Stommel, J. R. Coordinated regulation of biosynthetic and regulatory genes coincides with anthocyanin accumulation in developing eggplant fruit / J. R. Stommel, J. M. Dumm // Journal of the American Society for Horticultural Science. – 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 // Journal of the American Society for Horticultural Science. – 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. – P. 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, pp. 110181. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.110181Primer-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. – P. 1–11. https://doi.org/10.1186/1471-2105-13-134Ye J., Coulouris G., Zaretskaya I., Cutcutache I., Rozen S., Madden T. Primer-BLAST: A tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. BMC Bioinformatics, 2012, vol. 13, no. 1, art. 134, pp. 1–11. https://doi.org/10.1186/1471-2105-13-134

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