1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 59, № 5, 2023

Генетика, 2023, T. 59, № 5, стр. 517-529

Характеристика генов антоцианидин-3-О-глюкозилтрансфераз перца (Capsicum spp.) и их роль в биосинтезе антоцианов

М. А. Филюшин 1, *, А. В. Щенникова 1, Е. З. Кочиева 1

1 Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук
119071 Москва, Россия

* E-mail: michel7753@mail.ru

Поступила в редакцию 26.07.2022
После доработки 22.08.2022
Принята к публикации 31.08.2022

Аннотация

В растении перца (Capsicum spp.) антоцианы важны не только для защиты фотолабильных соединений, но и для регуляции паттерна окраски плода. Ключевая роль в биосинтезе стабильных антоцианов принадлежит антоцианидин-3-О-глюкозилтрансферазам (UFGT). В данной работе охарактеризована структура и филогения трех генов-гомологов UFGT перца. Биохимический анализ сортов C. annuum (Сиреневый куб, Отелло и Сибиряк) и сорта C. frutescens (Самоцвет), различающихся паттерном пигментации плода в процессе созревания, показал наличие антоцианов в листьях и кожице плода всех образцов (кроме плода сорта Сибиряк). Наибольшее содержание обнаружено в фиолетовых листьях сорта Самоцвет. В кожице плода всех образцов содержание антоцианов падало по мере созревания. Экспрессионный анализ тех же тканей показал, что транскрипты генов UFGT1 (LOC107843659) и UFGT2 (LOC107843660) присутствуют в листьях всех сортов. В кожице плода транскрипты UFGT1 детектированы на стадиях созревания 1 (Сиреневый куб и Отелло) и 1–3 (Самоцвет), тогда как транскрипты UFGT2 – во всех образцах с наибольшим значением у сорта Сибиряк, где антоцианы отсутствовали. Транскрипты генов MBW-комплекса (anthocyanin2, MYC и WD40), регулирующего биосинтез антоцианов, присутствовали в листьях всех сортов с максимумом в фиолетовых листьях сорта Самоцвет. Сопоставление биохимических и экспрессионных данных выявило положительную корреляцию количества антоцианов в кожице плодов и в листьях с уровнем транскриптов гена UFGT1. Для гена UFGT2 корреляции не выявлено. Секвенирование и анализ гена UFGT1, включая промоторную область, у 18 сортов перца, различающихся паттерном окраски плода, обнаружил инвариантность последовательности, независимо от окраски незрелого плода. Анализ промоторов генов UFGT1 и UFGT2 показал различия в составе cis-регуляторных элементов, вовлеченных в ответ на стрессы, гормоны и связывание с транскрипционными факторами семейств MYB и MYC.

Ключевые слова: Capsicum spp., сорта перца, биосинтез антоцианов, антоцианидин-3-О-глюкозилтрансфераза, UFGT, содержание антоцианов, экспрессия гена.

Список литературы

  1. Mateos R.M., Jiménez A., Román P. et al. Antioxidant systems from pepper (Capsicum annuum L.): Involvement in the response to temperature changes in ripe fruits // Int. J. Mol. Sci. 2013. V.14. P. 9556–9580 https://doi.org/10.3390/ijms14059556

  2. Moscone E.A., Scaldaferro M.A., Grabiele M. et al. The evolution of chili peppers (Capsicum – Solanaceae): A cytogenetic perspective // Acta Hortic. 2007. V. 745. P. 137–170. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2007.745.5

  3. García C.C., Barfuss M.H., Sehr E.M. et al. Phylogenetic relationships, diversification and expansion of chili peppers (Capsicum, Solanaceae) // Ann. Bot. 2016. V. 118. № 1. P. 35–51. https://doi.org/10.1093/aob/mcw079

  4. Borovsky Y., Oren-Shamir M., Ovadia R. et al. The A locus that controls anthocyanin accumulation in pepper encodes a MYB transcription factor homologous to Anthocyanin2 of Petunia // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 109. P. 23–29. https://doi.org/10.1007/s00122-004-1625-9

  5. Aza-González C., Herrera-Isidrón L., Núñez-Palenius H.G. et al. Anthocyanin accumulation and expression analysis of biosynthesis-related genes during chili pepper fruit development // Biol. Plant. 2013. V. 57. P. 49–55. https://doi.org/10.1007/s10535-012-0265-1

  6. Филюшин М.А., Джос Е.А., Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Зависимость окраски плодов перца от соотношения основных пигментов и профиля экспрессии генов биосинтеза каротиноидов и антоцианов // Физиол. растений. 2020. Т. 67. С. 644–653. https://doi.org/10.31857/S0015330320050048

  7. Tanaka Y., Sasaki N., Ohmiya A. Biosynthesis of plant pigments: Anthocyanins, betalains and carotenoids // Plant J. 2008. V. 54. P. 733–749. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2008.03447.x

  8. Ma Y., Ma X., Gao X. et al. Light induced regulation pathway of anthocyanin biosynthesis in plants // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. https://doi.org/10.3390/ijms222011116

  9. Naing A.H., Kim C.K. Roles of R2R3-MYB transcription factors in transcriptional regulation of anthocyanin biosynthesis in horticultural plants // Plant Mol. Biol. 2018. V. 98. P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s11103-018-0771-4

  10. Zhao Z.C., Hu G.B., Hu F.C. et al. The UDP glucose: Flavonoid-3-O-glucosyltransferase (UFGT) gene regulates anthocyanin biosynthesis in litchi (Litchi chinesis Sonn.) during fruit coloration // Mol. Biol. Rep. 2012. V. 6. P. 6409–6415.

  11. Liu Y., Tikunov Y., Schouten R.E. et al. Anthocyanin biosynthesis and degradation mechanisms in Solanaceous vegetables: A review // Front. Chem. 2018. V. 6. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00052

  12. Villa-Rivera M.G., Ochoa-Alejo N. Transcriptional regulation of ripening in chili pepper fruits (Capsicum spp.) // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. https://doi.org/10.3390/ijms222212151

  13. Филюшин М.А., Джос Е.А., Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Особенности экспрессии гена фактора транскрипции anthocyanin2 и его влияния на содержание антоцианов у образцов Capsicum chinense Jacq. с различной окраской плода // Генетика. 2020. Т. 56. С. 1161–1170. https://doi.org/10.31857/S0016675820090064

  14. Wang Y., Liu S., Wang H. et al. Identification of the regulatory genes of UV-B-induced anthocyanin biosynthesis in pepper fruit // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. https://doi.org/10.3390/ijms23041960

  15. Liu J., Ai X., Wang Y. et al. Fine mapping of the Ca3GT gene controlling anthocyanin biosynthesis in mature unripe fruit of Capsicum annuum L. // Theor. Appl. Genet. 2020. V. 133(9). P. 2729–2742. https://doi.org/10.1007/s00122-020-03628-7

  16. Kobayashi S., Yamamoto N.G., Hirochika H. Association of VvmybA1 gene expression with anthocyanin production in grape (Vitis vinifera) skin – color mutants // J. Jpn. Soc. Hortic. Sci. 2005. V. 74. P. 196–203.

  17. Solovchenko A.E., Chivkunova O.B., Merzlyak M.N., Reshetnikova I.V. A spectrophotometric analysis of pigments in apples // Rus. J. Plant Phys. 2001. V. 48. № 5. P. 693–700.

  18. Cappellini F., Marinelli A., Toccaceli M. et al. Anthocyanins: From mechanisms of regulation in plants to health benefits in foods // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.748049

  19. Cui Z.H., Bi W.L., Hao X.Y. et al. Drought stress enhances up-regulation of anthocyanin biosynthesis in grapevine leafroll-associated virus 3-infected in vitro grapevine (Vitis vinifera) leaves // Plant Dis. 2017. V. 101(9). P. 1606–1615. https://doi.org/10.1094/PDIS-01-17-0104-RE

  20. Sicilia A., Catara V., Scialò E., Lo Piero A.R. Fungal infection induces anthocyanin biosynthesis and changes in DNA methylation configuration of blood orange [Citrus sinensis L. (Osbeck)] // Plants (Basel). 2021. V. 10(2). https://doi.org/10.3390/plants10020244

  21. Gutha L.R., Casassa L.F., Harbertson J.F., Naidu R.A. Modulation of flavonoid biosynthetic pathway genes and anthocyanins due to virus infection in grapevine (Vitis vinifera L.) leaves // BMC Plant Biol. 2010. V. 10. https://doi.org/10.1186/1471-2229-10-187

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал