Профили экспрессии генов, вовлеченных в синтез лигнанов, в развивающихся семенах льна

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Семена льна являются богатейшим растительным источником лигнанов, препятствующих развитию многих заболеваний. Среди лигнанов в семени культивируемого вида Linum usitatissimum преобладает диглюкозид секоизоларицирезинола (SDG). Нами выполнено секвенирование транскриптомов семян льна на пяти стадиях развития для восьми сортов/линий, различающихся по содержанию лигнанов, для трех вариантов условий выращивания и проведена оценка экспрессии генов PLR1 и UGT74S1, играющих ключевую роль в синтезе SDG. Выявлены коэкспрессия генов PLR1 и UGT74S1 и изменение уровня экспрессии этих генов в десятки и сотни раз в процессе развития семян, что подтверждает их роль в синтезе SDG льняного семени. Пониженная температура (16 °С) и избыточный полив приводили к сдвигу максимального уровня экспрессии обоих генов на более поздние сроки (14-й день после раскрытия цветка) по сравнению с условиями недостаточного полива и повышенной температуры (24 °С) и оптимальными условиями (20 °С) (7-й день после раскрытия цветка). При этом при повышенной температуре и недостаточном поливе уровень экспрессии генов PLR1 и UGT74S1 был ниже, чем при оптимальных условиях. Не выявлено ассоциации между содержанием лигнанов в семенах исследованных сортов/линий льна и уровнем экспрессии генов PLR1 и UGT74S1. Наши результаты дают важную информацию о вкладе генотипа и среды в экспрессию ключевых генов синтеза SDG, что в том числе необходимо для разработки оптимальных подходов для получения семян льна с высоким содержанием лигнанов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Н. Пушкова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: mnv-4529264@yandex.ru
Россия, 119991, Москва

Е. М. Дворянинова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: mnv-4529264@yandex.ru
Россия, 119991, Москва

Л. П. Повхова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: mnv-4529264@yandex.ru
119991, Москва

Т. А. Рожмина

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук; Федеральный научный центр лубяных культур

Email: mnv-4529264@yandex.ru
Россия, 119991, Москва; 172002, Торжок

Р. О. Новаковский

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: mnv-4529264@yandex.ru
Россия, 119991, Москва

Е. А. Сигова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: mnv-4529264@yandex.ru
Россия, 119991, Москва

А. А. Дмитриев

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: mnv-4529264@yandex.ru
Россия, 119991, Москва

Н. В. Мельникова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: mnv-4529264@yandex.ru
Россия, 119991, Москва

Список литературы

  1. Goyal A., Sharma V., Upadhyay N. et al. Flax and flaxseed oil: An ancient medicine & modern functional food // J. Food Sci. and Technology. 2014. V. 51. P. 1633–1653. https://doi.org/10.1007/s13197-013-1247-9
  2. Fombuena V., Petrucci R., Dominici F. et al. Maleinized linseed oil as epoxy resin hardener for composites with high bio content obtained from linen byproducts // Polymers. 2019. V. 11. P. https://doi.org/10.3390/polym11020301
  3. Corino C., Rossi R., Cannata S. et al. Effect of dietary linseed on the nutritional value and quality of pork and pork products: Systematic review and meta-analysis // Meat Science. 2014. V. 98. P. 679–688. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2014.06.041
  4. Singh K.K., Mridula D., Rehal J. et al. Flaxseed: A potential source of food, feed and fiber // Crit. Rev. in Food Sci. and Nutrition. 2011. V. 51. https://doi.org/10.1080/10408390903537241
  5. Akter Y., Junaid M., Afrose S.S. et al. A comprehensive review on Linum usitatissimum medicinal plant: Its phytochemistry, pharmacology, and ethnomedicinal uses // Mini Rev. in Med. Chemistry. 2021. V. 21. P. 2801–2834. https://doi.org/10.2174/1389557521666210203153436
  6. Imran M., Ahmad N., Anjum F.M. et al. Potential protective properties of flax lignan secoisolariciresinol diglucoside // Nutrition J. 2015. V. 14. P. 71. https://doi.org/10.1186/s12937-015-0059-3
  7. Parikh M., Netticadan T., Pierce G.N. Flaxseed: Its bioactive components and their cardiovascular benefits // Am. J. of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 2018. V. 314. P. H146–H159. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00400.2017
  8. Kezimana P., Dmitriev A.A., Kudryavtseva A.V. et al. Secoisolariciresinol diglucoside of flaxseed and its metabolites: Biosynthesis and potential for nutraceuticals // Front. in Genetics. 2018. V. 9. https://doi.org/10.3389/fgene.2018.00641
  9. Mali A.V., Padhye S.B., Anant S. et al. Anticancer and antimetastatic potential of enterolactone: Clinical, preclinical and mechanistic perspectives // Europ. J. Pharmacology. 2019. V. 852. P. 107–124. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2019.02.022
  10. Cullis C.A. Genetics and Genomics of Linum. Cham, Switzerland: Springer Int. Publ., 2019. 270 р.
  11. Muir A.D., Westcott N.D. Flax: The genus Linum. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2003. 320 р.
  12. Locke A., Schneiderhan J., Zick S.M. Diets for health: goals and guidelines // Am, Family Physician. 2018. V. 97. P. 721–728.
  13. Tse T.J., Guo Y., Shim Y.Y. et al. Availability of bioactive flax lignan from foods and supplements // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2023. V. 63. P. 9843–9858. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2072807
  14. Chhillar H., Chopra P., Ashfaq M.A. Lignans from linseed (Linum usitatissimum L.) and its allied species: Retrospect, introspect and prospect // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2021. V. 61. P. 2719–2741. https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1784840
  15. Johnsson P., Kamal-Eldin A., Lundgren L.N. et al. HPLC method for analysis of secoisolariciresinol diglucoside in flaxseeds // J. Agricultural and Food Chemistry. 2000. V. 48. P. 5216–5219. https://doi.org/10.1021/jf0005871
  16. Ezzat S.M., Shouman S.A., Elkhoely A. et al. Anticancer potentiality of lignan rich fraction of six flaxseed cultivars // Sci. Reports. 2018. V. 8. P. 544. https://doi.org/10.1038/s41598-017-18944-0
  17. Garros L., Drouet S., Corbin C. et al. Insight into the influence of cultivar type, cultivation year, and site on the lignans and related phenolic profiles, and the health-promoting antioxidant potential of flax (Linum usitatissimum L.) seeds // Molecules. 2018. V. 23. https://doi.org/10.3390/molecules23102636
  18. Diederichsen A., Fu Y.-B. Flax genetic diversity as the raw material for future success // Genus. 2008. V. 32. P. 33.
  19. Markulin L., Corbin C., Renouard S. et al. Pinoresinol-lariciresinol reductases, key to the lignan synthesis in plants // Planta. 2019. V. 249. P. 1695–1714. https://doi.org/10.1007/s00425-019-03137-y
  20. Hemmati S., von Heimendahl C.B., Klaes M. et al. Pinoresinol-lariciresinol reductases with opposite enantiospecificity determine the enantiomeric composition of lignans in the different organs of Linum usitatissimum L. // Planta Medica. 2010. V. 76. P. 928–934. https://doi.org/10.1055/s-0030-1250036
  21. Hano C., Martin I., Fliniaux O. et al. Pinoresinol-lariciresinol reductase gene expression and secoisolariciresinol diglucoside accumulation in developing flax (Linum usitatissimum) seeds // Planta. 2006. V. 224. P. 1291–1301. https://doi.org/10.1007/s00425-006-0308-y
  22. Von Heimendahl C.B., Schafer K.M., Eklund P. et al. Pinoresinol-lariciresinol reductases with different stereospecificity from Linum album and Linum usitatissimum // Phytochemistry. 2005. V. 66. P. 1254–1263. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2005.04.026
  23. Hemmati S., Schmidt T.J., Fuss E. (+)-Pinoresinol/(−)-lariciresinol reductase from Linum perenne Himmelszelt involved in the biosynthesis of justicidin B // FEBS Letters. 2007. V. 581. P. 603–610. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2007.01.018
  24. Ghose K., Selvaraj K., McCallum J. et al. Identification and functional characterization of a flax UDP-glycosyltransferase glucosylating secoisolariciresinol (SECO) into secoisolariciresinol monoglucoside (SMG) and diglucoside (SDG) // BMC Plant Biology. 2014. V. 14. https://doi.org/10.1186/1471-2229-14-82
  25. Fofana B., Ghose K., McCallum J. et al. UGT74S1 is the key player in controlling secoisolariciresinol diglucoside (SDG) formation in flax // BMC Plant Biology. 2017. V. 17. P. 35. https://doi.org/10.1186/s12870-017-0982-x
  26. Wang L., Stegemann J.P. Extraction of high quality RNA from polysaccharide matrices using cetyltrimethylammonium bromide // Biomaterials. 2010. V. 31. P. 1612–1618. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.11.024
  27. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina sequence data // Bioinformatics. 2014. V. 30. P. 2114–2120. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170
  28. Krasnov G.S., Dmitriev A.A., Kudryavtseva A.V. et al. PPLine: An automated pipeline for SNP, SAP, and splice variant detection in the context of proteogenomics // J. of Proteome Res. 2015. V. 14. P. 3729–3737. https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.5b00490
  29. Dmitriev A.A., Pushkova E.N., Novakovskiy R.O. et al. Genome sequencing of fiber flax cultivar Atlant using Oxford Nanopore and Illumina platforms // Front, Genetics. 2020. V. 11. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.590282
  30. Dalisay D.S., Kim K.W., Lee C. et al. Dirigent protein-mediated lignan and cyanogenic glucoside formation in flax seed: Integrated omics and MALDI mass spectrometry imaging // J, Nat, Products. 2015. V. 78. P. 1231–1242. https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.5b00023

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Профили экспрессии генов UGT74S1 и PLR1 при развитии семян льна (3, 7, 14, 21 и 28 ДПЦ) для сортов/линий AGT 427, Atalante, AGT 981, Entre-Rios, Raciol, AGT 422, Lola, AGT 1535, выращенных при 16 °С и избыточном поливе (16 °С), 20 °С и оптимальном поливе (20 °С), 24 °С и недостаточном поливе (24 °С). Отсутствуют данные для AGT 422 для 21 и 28 ДПЦ при 24 °С и для Lola для 28 ДПЦ при 24 °С.

Скачать (670KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024