danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2020-64-6-702-712dan-931Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYАнализ полиморфизма гена SlMYB12, детерминирующего биосинтез халкон-нарингенина в кожице плодов томата, и его влияния на накопление ликопинаAnalysis of SlMYB12 gene polymorphism determining chalcone-naringenin biosynthesis in the skin of tomato fruits and its effect on the lycopene accumulation.БабакО. Г.BabakO. G.

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

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

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

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

o.babak@igc.byИгнатоваС. И.IgnatovaS. I.

Игнатова Светлана Ильинична – д-р с.-х. наук, профессор, гл. науч. сотрудник

дер. Верея, стр. 500, 140153, Раменский р-н, Московская область

Ignatova Svetlana I. – D. Sc. (Agrarian), Professor, Chief researcher

500, Vereya village, 140153, Ramensky district, Moscow region

svil@bk.ruГолубкинаН. А.GolubkinaN. A.

Голубкина Надежда Александровна – д-р с.-х. наук, гл. науч. сотрудник

ул. Селекционная, д. 14, 143072, поселок ВНИИССОК, Одинцовский район, Московская обл.

Golubkina Nadezhda A. – D. Sc. (Agrarian), Chief researcher

14, Selektsionnaya Str., 143072, VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region

segolubkina45@gmail.comНекрашевичН. А.NekrashevichN. A.

Некрашевич Наталья Александровна – науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Nekrashevich Nataliya A. – Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

n.nekrashevich@igc.byАнисимоваН. В.AnisimovaN. V.

Анисимова Наталья Владимировна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Anisimova Nataliya Vladimirovna – Ph. D. (Biology), Senior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

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

Никитинская Татьяна Владимировна – науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Nikitinskaya Tatiana V. – Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

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

Яцевич Констанция Константиновна – науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Yatsevich Konstanciya K. – Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

yakon-kon@yandex.ruКильчевскийА. В.KilchevskyA. V.

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

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

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

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 BelarusФедеральный научный центр овощеводстваFederal State Scientific Center for Vegetable Crops202031122020646702–712Copyright © Бабак О.Г., Игнатова С.И., Голубкина Н.А., Некрашевич Н.А., Анисимова Н.В., Никитинская Т.В., Яцевич К.К., Кильчевский А.В., 20202020Бабак О.Г., Игнатова С.И., Голубкина Н.А., Некрашевич Н.А., Анисимова Н.В., Никитинская Т.В., Яцевич К.К., Кильчевский А.В.Babak O.G., Ignatova S.I., Golubkina N.A., Nekrashevich N.A., Anisimova N.V., 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/931

Оценена эффективность выявления форм томата с отсутствием флавоноида халкон-нaрингенина в розовоплодных и желтоплодных формах с помощью ДНК-маркеров к различным полиморфизмам гена SlMYB12. Показана наиболее тесная связь между фенотипом с прозрачной кожицей плодов и делецией в промоторной области гена SlMYB12. Установлена наибольшая эффективность выявления рецессивного аллеля y регуляторного гена SlMYB12, приводящего к нарушению синтеза халкон-нaрингенина и прозрачности кожицы, сочетанием маркеров MYB12-603del-aF1/603del-aR6 (Myb-603del aF1/R6) и MYB12-603del-aF1/603del-aR5 (Myb12 aF1/R5). Показаны особенности окраски плодов в зависимости от комбинации структурных аллелей пути биосинтеза каротиноидов и аллелей гена SlMYB12. Сочетание данного аллеля у с аллелями гена ликопин-β-циклазы bеta (b) и old gold crimson (ogc ) позволяет отобрать розовые и малиновые формы соответственно. У образцов томата с желтой и оранжевой окраской плодов аллель у обеспечивает бледные оттенки основных окрасок, обусловленных генами биосинтеза каротиноидов (yellow flesh (r), tangerine (t), Beta (B)). Выявлено наличие SNP Т → С гена SlMYB12 (позиция 71476848 хромосомы 1) у 80 % образцов с прозрачной кожицей плодов оцениваемой коллекции. Показано влияние рецессивного аллеля y гена SlMYB12 на увеличение концентрации ликопина в плодах томата в комбинации с аллелями b, ogc . С использованием методов МАС по генам качества плодов, в том числе по гену SlMYB12, создан и включен в Государственный реестр сорт томата черри Малиновый коктейль с высоким накоплением ликопина.

Efficiency in detecting of tomato forms with no chalcone-naringenin flavonoid in pink-fruited and yellow-fruited forms was evaluated using DNA markers for various polymorphisms of the SlMYB12 gene. The closest relationship between a phenotype with the transparent skin of fruits and a deletion in the promoter region of the SlMYB12 gene was shown. The highest efficiency in the detection of the recessive y allele of the regulatory SlMYB12 gene, leading to the chalcone-naringenin synthesis disruption and skin transparency, was established by a combination of markers MYB12-603delaF1/603del-aR6 (Myb-603del aF1/R6) and MYB12-603del-aF1/603del-aR5 (Myb12 aF1/R5). Fruit coloration peculiarities were shown depending on a combination of the structural alleles of a carotenoid biosynthesis pathway and SlMYB12 gene alleles. A combination of this y allele with the alleles of the gene of the lycopene-β-cyclase beta (b) and old gold crimson (ogc ) allows selecting pink and raspberry forms respectively. In tomato accessions with yellow and orange fruits, the y allele provides pale shades of the main coloration determined by carotenoid biosynthesis genes (yellow flesh (r), tangerine (t), Beta (B)). The presence of SNP T → C of the SlMYB12 gene (171476848 position of chromosome 1) was identified in 80 % of accessions with the transparent skin of fruits of the evaluated collection. The effect of the recessive y allele of the SlMYB12 gene on an increase in the lycopene concentration of tomato fruits in a combination with b, ogc alleles was shown. Using MAC methods by fruit quality genes, including the SlMYB12 gene, the cherry tomato variety Malinovyj koktel with a high lycopene accumulation was developed and included in the State Register

томатгенетические маркерыкаротиноидыхалкон-нарингенинtomatogenetic markerscarotenoidschalcone-naringeninReferencesТомат / А. В. Кильчевский [и др.] // Генетические основы селекции растений: в 4 т. – Минск, 2010. – Т. 2. – С. 422–508.Kilchevsky A. V., Khotyleva L. V., Dobrodkin M. M., Skorina V. V., Kogotko L. G., Nikonovich T. V., Babak O. G., Pugacheva I. G., Leschina N. Yu., Ivantsova E. Yu., Tarutina L. A., Schur A. V., Kruk A. V., Malyshev S. V., Mishin L. A., Bazhanov D. P., Nekrashevich N. A., Bazhanova A. A., Lemesh V. A., Grushetskaya Z. E. Tomato. Genetic basis of plant breeding. Vol. 2. Minsk, 2010, pp. 422–508 (in Russian).ДНК-типирование генов качества плодов и устойчивости к болезням томата. Методические рекомендации / А. В. Кильчевский [и др.]. – Минск: Право и экономика, 2016. – 41 с.Kilchevsky A. V., Babak O. G., Malyshev S. V., Adzhieva V. F., Nekrashevich N. A., Yatsevich K. K., Kondratyuk A. V. DNA typing of genes for fruit quality and resistance to tomato diseases. Guidelines. Minsk, Pravo i ekonomika Publ., 2016. 41 p. (in Russian).Genetic bases of tomatо marker-assisted selection in Belarus / O. G. Babak [et al.] // Eurobiotech J. – 2018. – Vol. 2, N 2. – P. 128–135. https://doi.org/10.2478/ebtj-2018-0017Babak O. G., Nekrashevich N. A., Yatsevich K. K., Мalyshev S. V., Kilchevsky A. V. Genetic bases of tomatо marker-assisted selection in Belarus. Eurobiotech Journal, 2018, vol. 2, no. 2, pp. 128–135. https://doi.org/10.2478/ebtj-2018-0017Biochemical and Molecular Analysis of Pink Tomatoes: Deregulated Expression of the Gene Encoding Transcription Factor SlMYB12 Leads to Pink Tomato Fruit Color / A.-R. Ballester [et al.] // Plant Physiol. – 2010. – Vol. 152, N 1. – P. 71–84. https://doi.org/10.1104/pp.109.147322Ballester A.-R., Molthoff J., de Vos R., Hekkert B., Orzaez D., Fernández-Moreno J., Tripodi P., Grandillo S., Martin C., Heldens J., Ykema M., Granell A., Bovy A. Biochemical and Molecular Analysis of Pink Tomatoes: Deregulated Expression of the Gene Encoding Transcription Factor SlMYB12 Leads to Pink Tomato Fruit Color. Plant Physiology, 2010, vol. 152, no. 1, pp. 71–84. https://doi.org/10.1104/pp.109.147322Genomic analyses provide insights into the history of tomato breeding / T. Lin [et al.] // Nat. Genet. – 2014. – Vol. 46, N 11. – P. 1220–1226. https://doi.org/10.1038/ng.3117Lin T., Zhu G., Zhang J., Xu X., Yu Q., Zheng Z., Zhang Z., Lun Y., Li S., Wang X., Huang Z., Li J., Zhang C., Wang T., Zhang Y., Wang A., Zhang Y., Lin K., Li C., Xiong G., Xue Y., Mazzucato A., Causse M., Fei Z., Giovannoni J. J., Chetelat R. T., Zamir D., Städler T., Li J., Ye Z., Du Y., Huang S. Genomic analyses provide insights into the history of tomato breeding. Nature Genetics, 2014, vol. 46, no. 11, pp. 1220–1226. https://doi.org/10.1038/ng.3117Sequence Variation in SlMYB12 is Associated with Fruit Peel Color in Pink Tomato Cultivars / K. Veerappan [et al.] // Hortic. Environ. Biotechnol. – 2016. – Vol. 57, N 3. – P. 274–279. https://doi.org/10.1007/s13580-016-0041-9Veerappan K., Jung H. J., Hwang I., Kho K. H., Chung M. Y., Nou I. S. Sequence Variation in SlMYB12 is Associated with Fruit Peel Color in Pink Tomato Cultivars. Horticulture, Environment and Biotechnology, 2016, vol. 57, no. 3, pp. 274–279. https://doi.org/10.1007/s13580-016-0041-9New SNPs and InDel Variations in SlMYB12 Associated with Regulation of Pink Color in Tomato / H. J. Jung [et al.] // Tropical Plant Biology. – 2017. – Vol. 10, N 1–2. – P. 126–133. https://doi.org/10.1007/s12042-017-9191-xJung H. J., Veerappan K., Hwang I., Goswami G., Chung M. Y., Nou I. S. New SNPs and InDel Variations in SlMYB12 Associated with Regulation of Pink Color in Tomato. Tropical Plant Biology, 2017, vol. 10, no. 2–3, pp. 126–133. https://doi.org/10.1007/s12042-017-9191-xSingle Nucleotide Polymorphisms linked to the SlMYB12 Gene that Controls Fruit Peel Color in Domesticated Tomatoes (Solanum lycopersicum L.) / B. Kim [et al.] // Kor. J. Hort. Sci. Technol. – 2015. – Vol. 33, N 4. – P. 566–574. https://doi.org/10.7235/hort.2015.15032Kim B., Kim N., Kang J., Choi Y., Sim S.-C., Min S. R., Park Y. Single Nucleotide Polymorphisms linked to the SlMYB12 Gene that Controls Fruit Peel Color in Domesticated Tomatoes (Solanum lycopersicum L.). Korean Journal of Horticultural Sciences Technology, 2015, vol. 33, no. 4, pp. 566–574. https://doi.org/10.7235/hort.2015.15032An alternative pathway to b-carotene formation in plant chromoplasts discovered by map-based cloning of Beta and old-gold color mutations in tomato / G. Ronen [et al.] // PNAS. – 2000. – Vol. 97, N 20. – P. 11102–11107. https://doi.org/10.1073/pnas.190177497Ronen G., Carmel-Goren L., Zamir D., Hirschberg J. An alternative pathway to b-carotene formation in plant chromoplasts discovered by map-based cloning of Beta and old-gold color mutations in tomato. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2000, vol. 97, no. 20, pp. 11102–11107. https://doi.org/10.1073/pnas.190177497A MADS-box gene necessary for fruit ripening at the tomato ripening-inhibitor (Rin) locus / J. Vrebalov [et al.] // Science. – 2002. – Vol. 296, N 5566. – P. 343–345. https://doi.org/10.1126/science.1068181Vrebalov J., Ruezinsky D., Padmanabhan V., White R., Medrano D., Drake R., Schuch W., Giovannoni J. A MADS-box gene necessary for fruit ripening at the tomato ripening-inhibitor (Rin) locus. Science, 2002, vol. 296, no. 5566, pp. 343–345. https://doi.org/10.1126/science.1068181Transcriptional profiling of high pigment-2dg tomato mutant links early fruit plastid biogenesis with its overproduction of phytonutrients / I. Kolotilin [et al.] // Plant Physiol. – 2007. – Vol. 145, N 2. – P. 389–401. https://doi.org/10.1104/pp.107.102962Kolotilin I., Koltai H., Tadmor Y., Bar-Or C., Reuveni M., Meir A., Nahon S., Shlomo H., Chen L., Levin I. Transcriptional profiling of high pigment-2dg tomato mutant links early fruit plastid biogenesis with its overproduction of phytonutrients. Plant Physiology, 2007, vol. 145, no. 2, pp. 389–401. https://doi.org/10.1104/pp.107.102962Amino acid substitutions in homologs of the Stay-Green protein are responsible for the green-flesh and chlorophyll retainer mutations of tomato and pepper / C. S. Barry [et al.] // Plant Physiol. – 2008. – Vol. 147, N 1. – P. 179–187. https://doi.org/10.1104/pp.108.118430Barry C. S., McQuinn R. P., Chung M.-Y., Besuden A., Giovannoni J. J. Amino acid substitutions in homologs of the Stay-Green protein are responsible for the green-flesh and chlorophyll retainer mutations of tomato and pepper. Plant Physiology, 2008, vol. 147, no. 1, pp. 179–187. https://doi.org/10.1104/pp.108.118430Количественная тонкослойная хроматография в оценке каротиноидного состава томата Solanum lycopersicum / Н. А. Голубкина [и др.] // Овощи России. – 2017. – № 5. – С. 96–99. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2017-5-96-99Golubkina N. A., Mоlchanova A. V., Tareeva M. M., Babak O. G., Nekrashevich N. A., Kondratyeva I. Yu. Quantitative thing layer chromatography for evaluation of carotenoid composition of tomatoes Solanum lycopersicum. Ovoshchi Rossii = Vegetable crops of Russia, 2017, no. 5, pp. 96–99 (in Russian). https://doi.org/10.18619/2072-9146-2017-5-96-99Генетические коллекции сельскохозяйственных культур. Томат (Solanum lycopersicum L.) и перец (Capsicum annuum L.) / А. В. Кильчевский [и др.] // Генетические ресурсы растений в Беларуси: мобилизация, сохранение, изучение и использование. – Минск, 2019. – С. 167–175.Kilchevsky A. V., Babak O. G., Adzhieva V. F., Nikitinskaya T. V., Nekrashevich N. A., Yatsevich K. K. Genetic collections of crops. Tomato (Solanum lycopersicum L.) and Pepper (Capsicum annuum L.). Geneticheskie resursy rastenii v Belarusi: mobilizatsiya, sokhranenie, izuchenie i ispol’zovanie [Plant genetic resources in Belarus: mobilization, conservation, study and use]. Minsk, 2019, pp. 167–175 (in Russian).

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