RAS BiologyРастительные ресурсы Vegetation Resources

  • ISSN (Print) 0033-9946
  • ISSN (Online) 3034-5723

Chemical Composition of Glycine soja (Fabaceae) Seeds from the Amur Region Territory

PII
10.31857/S0033994623010065-1
DOI
10.31857/S0033994623010065
Publication type
Status
Published
Authors
Volume/ Edition
Volume 59 / Issue number 1
Pages
38-53
Abstract
Abstract— Wild soybean Glycine soja Sieb. & Zucc., the wild ancestor of the cultivated soybean Glycine max (L.) Merr., is the source of many valuable genes missing in the genotype of cultivated soybean, including stress resistance to adverse environmental factors. The biochemical parameters (protein, oil, ascorbic acid, carotene, higher fatty acids, specific activity and multiple forms of enzymes of the oxidoreductase and hydrolase classes) of five forms of wild soybeans from the collection of the All-Russian Research Institute of Soybean, which are unique natural gene banks, were studied. The wild seeds were collected for in three districts of the Amur Region (Arkharinsky, Blagoveshchensk, Belogorsky) and grown on the crop rotation field. The obtained results of enzymatic activity (superoxide dismutase, catalase, peroxidase, polyphenol oxidase, ribonuclease, acid phosphatase, esterase and amylase) and biochemical parameters of the studied seeds of wild soybean forms allowed us to identify the form KA-1413 with high biochemical parameters (protein, oleic and linolenic acids), a low specific polyphenol oxidase activity, and an increased activity of superoxide dismutases, esterases and ribonucleases. Thus, the wild soybean form KA-1413 can be recommended as a source of dominant genes, which will help to increase the adaptive potential of new soybean varieties. The increased heterogeneity of multiple forms of SOD, AML, RNase and esterase in wild soybean seeds can be used as adaptation markers to environmental conditions.
Keywords
<i>Glycine soja</i> аскорбиновая кислота каротин высшие жирные кислоты оксидоредуктазы гидролазы удельная активность множественные формы ферментов
Date of publication
01.01.2023
Year of publication
2023
Number of purchasers
0
Views
51

References

  1. 1. Kofsky J., Zhang H., Song B.H. 2018. The Untapped Genetic Reservoir: The Past, Current, and Future Applications of the Wild Soybean (Glycine soja). – Front. Plant Sci. 9: 949. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00949
  2. 2. Zhuang Y., Li X., Hu J., Xu R., Zhang D. 2022. Expanding the gene pool for soybean improvement with its wild relatives. – aBIOTECH. 3(2): 115–125. https://doi.org/10.1007/s42994-022-00072-7
  3. 3. Тучкова Т.П., Душко О.С. 2016. Изучение хозяйственно ценных признаков у диких форм сои в Приамурье. – Дальневосточный аграрный вестник. 4(40): 80–85. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30682421
  4. 4. Ала А.Я. 2000. Изучение коллекции дикой сои по хозяйственно ценным и морфологическим признакам. – Вопросы биологии и технологии возделывания сои на Дальнем Востоке России. Благовещенск. С. 26–31.
  5. 5. Nawaz M.A., Yang S.H., Rehman H.M., Baloch F.S., Lee J.D., Park J.H., Chung G. 2017. Genetic diversity and population structure of Korean wild soybean (Glycine soja Sieb. and Zucc.) inferred from microsatellite markers. – Biochem.Sys. Ecol. 71: 87–96. https://doi.org/10.1016/j.bse.2017.02.002
  6. 6. Недолужко А.В. 2008. Исследование генетической структуры популяций дикой сои, как элемент изучения биобезопасности генетически модифицированных растений в центрах происхождения и разнообразия вида: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М. 26 с.
  7. 7. Козак М.Ф. 2004. Вопросы эволюционной морфологии и цитогенетики сои. Астрахань. 166 с. https://science.asu.edu.ru/index.php/files/download/3646
  8. 8. Тихонов А.В., Мартынов В.В., Дорохов Д.Б. 2011. Изучение взаимовлияния субпопуляций дикой сои (Glycine soja) в долине реки Цукановки на юге Дальнего Востока России. – Цитологія і генетика. 45(4): 16–22. https://doi.org/10.3103/S0095452711040116
  9. 9. Nawaz M.A., Yang S.H., Chung G. 2018. Wild Soybeans: An Opportunistic Resource for Soybean Improvement. – In: Rediscovery of Landraces as a Resource for the Future. InTech. https://doi.org/10.5772/intechopen.74973
  10. 10. Xavier A., Jarquin A.D., Howard R., Ramasubramanian V., Specht J.E., Graef G.L., Beavis W.D., Diers B.W., Song Q., Cregan P.B., Nelson R., Mian R., Shannon J.G., McHale L., Wang D., Schapaugh W., Lorenz A.J., Xu S., Muir W.M., Rainey M. 2018. Genome-Wide analysis of grain yield stability and environmental interactions in a multiparental soybean population. – G3: Genes Genomes Genetics. 8(2): 519–529. https://doi.org/10.1534/g3.117.300300
  11. 11. Zhou Z., Jiang Y., Wang Z., Gou Z., Lyu J., Li W., Yu Y., Shu L., Zhao Y., Ma Y., Fang C., Shen Y., Liu T., Li C., Li Q., Wu M., Wang M., Wu Y., Dong Y., Wan W., Wang X., Ding Z., Gao Y., Xiang H., Zhu B., Lee S.H., Wang W., Tian X. 2015. Resequencing 302 wild and cultivated accessions identifies genes related to domestication and improvement in soybean. – Nature Biotechnology. 33(4): 408–415. https://doi.org/10.1038/nbt.3096
  12. 12. Hyten D.L., Song Q., Zhu Y., Choi I.Y., Nelson R.L., Costa J.M., Specht J.E., Shoemaker R.C., Cregan P.B. 2006. Impacts of genetic bottlenecks on soybean genome diversity. – PNAS. 103(45): 16666–16671. https://doi.org/10.1073/pnas.0604379103
  13. 13. Ала А.Я. 2001. Использование генофонда дикой и культурной сои в генетико-селекционных исследованиях. – В сб.: Генетические ресурсы культурных растений: Мат. межд. научн. конф. Санкт-Петербург. С. 195–196.
  14. 14. Ала B.C. 2006. Передача наследственной информации от родителей к потомкам у межвидовых гибридов сои G. max × G. soja. – В сб.: Научное обеспечение соеводства Дальнего Востока и Сибири: сб. науч. трудов. Благовещенск. С. 35–41. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36293445
  15. 15. Козак М.Ф. 2018. Результаты исследований гибридов культурной и дикорастущей сои. Естественные науки. 1(62): 7–27.
  16. 16. Минькач Т.В., Селихова О.А. 2019. Селекционно-генетический анализ межвидовых гибридов сои первого поколения. – Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 8(178): 48–54. http://vestnik.asau.ru/index.php/vestnik/article/view/830/817
  17. 17. Калицкая Н.Г., Синеговская В.Т., Кобозева Т.П. 2021. Оценка межвидовых и внутривидовых гибридов сои первого поколения. – Вестник российской сельскохозяйственной науки. 6: 4–7. https://doi.org/10.30850/vrsn/2021/6/4-7
  18. 18. Chen Q., Wang X., Yuan X., Shi J., Zhang C., Yan N., Jing C. 2021. Comparison of phenolic and flavonoid compound profiles and antioxidant and α-glucosidase inhibition properties of cultivated soybean (Glycine max) and wild soybean (Glycine soja). – Plants. 10(4): 813. https://doi.org/10.3390/plants10040813
  19. 19. Li Y.H., Li W., Zhang C., Yang L., Chang R.Z., Gaut B.S., Qiu L.J. 2010. Genetic diversity in domesticated soybean (Glycine max) and its wild progenitor (Glycine soja) for simple sequence repeat and single-nucleotide polymorphism loci. – New Phytol. 188(1): 242–253. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2010.03344.x
  20. 20. Ала А.Я., Ала В.С., Тучкова Т.П., Ван Лан. 2009. Характеристика генофонда дикой и культурной сои рода Clycine Willd. – Состояние и перспективы научного обеспечения АПК Дальнего Востока. С. 65–71.
  21. 21. Иваченко Л.Е., Коничев А.С. 2016. Роль биологически активных веществ сои в адаптации к условиям выращивания. М. 154 с.
  22. 22. Kambhampati S., Aznar-Moreno J.A., Hostetler C., Caso T., Bailey S.R., Hubbard A.H., Durrett T.P., Allen D.K. 2020. On the Inverse Correlation of Protein and Oil: Examining the Effects of Altered Central Carbon Metabolism on Seed Composition Using Soybean Fast Neutron Mutants. – Metabolites. 10(1): 18. https://doi.org/10.3390/metabo10010018
  23. 23. Asekova S., Chae J.H., Ha B.K., Dhakal K.H., Chung G., Shannon J.G., Lee J.D. 2014. Stability of elevated α-linolenic acid derived from wild soybean (Glycine soja Sieb. & Zucc.) across environments. – Euphytica. 195(3): 409–418. https://doi.org/10.1007/s10681-013-1004-1
  24. 24. Иваченко Л.Е., Селихова О.А., Ала А.Я., Ала В.С. 2011. Влияние погодных условий выращивания на биохимический состав семян и морфологические показатели дикорастущей сои. – Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 4(158): 67–72. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20598576
  25. 25. Lavrent’yeva S.I., Ivachenko L.Y., Golokhvast K.S., Nawaz M.A. 2019. Ribonuclease activity of Glycine max and Glycine soja sprouts as a marker adaptation to copper sulphate and zinc sulphate toxicity. – Biochemical Systematics and Ecology. 83: 66–70. https://doi.org/10.1016/j.bse.2019.01.007
  26. 26. Chang Y., Zhang J., Bao G., Yan B., Qu Y., Zhang M., Tang W. 2020. Physiological Responses of Highland Barley Seedlings to NaCl, Drought, and Freeze-Thaw Stress. – Journal of Plant Growth Regulation. 40(1): 154–161. https://doi.org/10.1007/s00344-020-10085-5
  27. 27. Chaudhary J., Deshmukh R., Mir Z.A., Bhat J.A. 2019. Metabolomics: An Emerging Technology for Soybean Improvement. – In: Biotechnology Products in Everyday Life. EcoProduction. Springer. P. 175–186. https://doi.org/10.1007/978-3-319-92399-4_12
  28. 28. Шарова Е.И., Медведев С.С., Демидчик В.В. 2020. Аскорбат в апопласте: метаболизм и функции. – Физиология растений. 67(2): 115–129. https://doi.org/10.31857/S0015330320020153
  29. 29. Маханова Р.С. 2011. К вопросу изучения перекисного окисления липидов. – Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 1(29): 231–234. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15613202
  30. 30. Тютяев Е.В. 2015. Состояние фотосинтетических пигментов в листьях инбредных линий и гибридов кукурузы. – Физиология растений и генетика. 47(2): 147–159.
  31. 31. Хайрулина Т.П., Семенова Е.А. 2013. Действие температурного и водного стрессоров на содержание низкомолекулярных антиоксидантов в семенах сои. – Вестник КрасГАУ. 2(77): 22–26. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18964545
  32. 32. Колесникова М.В. 2018. Активность ферментов полифенолоксидазы и пероксидазы под влиянием совместной запашки соломы озимой пшеницы и штамма Нumicola fuscoatra ВНИИСС 016. – Научный альманах. 4–3(42): 200–204. http://ucom.ru/doc/na.2018.04.03.200.pdf
  33. 33. Xin J., Zhao X.H., Tan Q.L., Sun X.C., Zhao Y.Y., Hu C.X. 2019. Effects of cadmium exposure on the growth, photosynthesis, and antioxidant defense system in two radish (Raphanus sativus L.) cultivars. – Photosynthetica. 57(4): 967–973. https://doi.org/10.32615/ps.2019.076
  34. 34. Никерова К.М., Галибина Н.А., Мощенская Ю.Л., Новицкая Л.Л., Подгорная М.Н., Софронова И.Н. 2018. Ферменты антиоксидантной системы – индикаторы разных сценариев ксилогенеза: в раннем онтогенезе и во взрослом состоянии (на примере Betula pendula Roth). – Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 6: 68–80. https://doi.org/10.17076/eb787
  35. 35. Kawano T. 2003. Roles of the reactive oxygen species-generating peroxidase reactions in plant defense and growth induction. – Plant cell reports. 21(9): 829–837. https://doi.org/10.1007/s00299-003-0591-z
  36. 36. Луцкий Е.О., Сундырева М.А., Хаблюк В.В. 2019. Влияние водного и температурного стресса на активность антиоксидантных ферментов винограда. – Плодоводство и виноградарство Юга России. 56(02): 110–121. https://doi.org/10.30679/2219-5335-2019-2-56-110-121
  37. 37. Jumrani K., Bhatia V.S. 2019. Interactive effect of temperature and water stress on physiological and biochemical processes in soybean. – Physiol. Mol. Biol. Plants. 25(3): 667–681. https://doi.org/10.1007/s12298-019-00657-5
  38. 38. Li Z., Kitov P.I., Kitova E.N., Mozenah F., Rodrigues E., Chapla D.G., Moremen K.W., Macauley M.S., Klassen J.S. 2020. CUPRA-ZYME: An Assay for Measuring Carbohydrate-Active Enzyme Activities, Pathways, and Substrate Specificities. – Anal. Chem. 92(4): 3228–3236. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b05007
  39. 39. Zhou Q., Xiao Q., Zhang Y., Wang X., Xiao Y., Shi D. 2019. Pig liver esterases PLE1 and PLE6: heterologous expression, hydrolysis of common antibiotics and pharmacological consequences. – Scientific reports. 9: 15564. https://doi.org/10.1038/s41598-019-51580-4
  40. 40. Конарев В.Г. 1983. Белки растений как генетические маркеры. М. 320 с.
  41. 41. Глазко В.И. 2000. Генетически детерминированный полиморфизм ферментов у некоторых сортов сои (Glycine max) и дикой сои (Glycine soja). – Цитология и генетика. 34(2): 83–90.
  42. 42. Коничев А.С., Попов А.П., Цветков И.Л., Филков П.В. 2005. Ферменты как биохимические маркеры загрязнения воды. – Приложение к Вестнику МГОУ. Серия “Естественные науки”. География, экология, экономика: актуальные проблемы науки и образования. М. С. 151–153.
  43. 43. Мухина Ж.М., Дубина Е.В. 2011. Молекулярные маркеры и их использование в селекционно-генетических исследованиях. – Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 66(02): 97–107. http://ej.kubagro.ru/2011/02/pdf/09.pdf
  44. 44. Sharma A., Tripathi M.K., Tiwari S., Gupta N., Tripathi N., Mishra N. 2021. Evaluation of Soybean (Glycine max L.) Genotypes on the Basis of Biochemical Contents and Anti-oxidant Enzyme Activities. – Legume Res. – An International Journal. 44(12): 1419–1429. https://doi.org/10.18805/LR-4678
  45. 45. Mohan M., Nair S., Bhagwat A., Krishna T.G., Yano M., Bhatia C., Sasaki T. 1997. Genome mapping, molecular markers and marker-assisted selection in crop plants. – Molecular Breeding. 3(2): 87–103. https://doi.org/10.1023/A:1009651919792
  46. 46. Иваченко Л.Е. 2011. Ферменты как маркеры адаптации сои к условиям выращивания. Благовещенск. 192 с.
  47. 47. Samadi N., Saeidi-sar S., Abbaspour H., Masoudian N. 2020. Measuring Genes Expression Involved in Enzymatic Defense and ABA Biosynthesis in Solanum lycopersicum L. (Red Cloud Cultivar) under Cold Stress. – Russian Journal of Plant Physiology. 67(1): 131–138. https://doi.org/10.1134/S1021443720010173
  48. 48. Castañeda-Álvarez N.P., Khoury C.K., Achicanoy H.A., Bernau V., Dempewolf H., Eastwood R.J., Guarino L., Harker R.H., Jarvis A., Maxted N., Müller J.V., Ramirez-Villegas J., Sosa C.C., Struik P.C., Vincent H., Toll J. 2016. Global conservation priorities for crop wild relatives. – Nature plants. 2: Article ID 16022. https://doi.org/10.1038/nplants.2016.22
  49. 49. Бондаренко О.Н., Блинова А.А., Иваченко Л.Е., Лаврентьева С.И. 2022. Подбор микросателлитных локусов ДНК для создания молекулярно-генетических паспортов диких форм и сортов сои амурской селекции. – Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2(222): 37–48. https://doi.org/10.37102/0869-7698_2022_222_02_3
  50. 50. Система земледелия Амурской области: производственно-практический справочник. 2016. Благовещенск. 570 с.
  51. 51. Рогожин В.В., Рогожина Т.В. 2016. Практикум по биохимии сельскохозяйственной продукции: учеб. пособие для вузов. СПб. 480 с.
  52. 52. Коробко В.В., Касаткин М.Ю. 2017. Физиология растений: большой практикум. Саратов. 120 с.
  53. 53. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. 1951. Protein measurement with the Folin phenol reagent. – J. Biol. Chem. 193(1): 265–275. https://doi.org/10.1016/S0021-9258 (19)52451-6
  54. 54. Плешков Б.П. 1985. Практикум по биохимии растений. М. 175 с.
  55. 55. Ермаков А.И. 1987. Методы биохимического исследования растений. Л. 430 с.
  56. 56. Иваченко Л.Е., Кашина В.А., Маскальцова Е.С., Разанцвей В.И., Стасюк Е.М., Трофимцова И.А. 2008. Методы изучения полиморфизма ферментов сои: учебное пособие. Благовещенск. 142 с.
  57. 57. Стручкова И.В., Кальясова Е.А. 2012. Теоретические и практические основы проведения электрофореза белков в полиакриламидном геле: Электронное учебно-методическое пособие. Нижний Новгород. 60 с. http://www.unn.ru/pages/e-library/methodmaterial/files/Struchkova_Kalyasova.pdf
  58. 58. Левитес Е.В. 1986. Генетика изоферментов растений. Новосибирск. 145 с.
  59. 59. Wendel J.F., Weeden N.F. 1989. Visualization and Interpretation of Plant Isozymes. – In Isozymes in Plant Biology. Springer. P. 5–45. https://doi.org/10.1007/978-94-009-1840-5_2
  60. 60. Сибгатуллина Г.В., Хаертдинова Л.Р., Гумерова Е.А., Акулов А.Н., Костюкова Ю.А., Никонорова Н.А., Румянцева Н.И. 2011. Методы определения редокс-статуса культивируемых клеток растений: учебно-методическое пособие. Казань. 61 с.
  61. 61. Лаврентьева С.И., Якименко М.В. 2013. Влияние агроэкологических условий выращивания на рибонуклеазную активность сои. Благовещенск. 128 с.
  62. 62. Кочетов Г.А. 1980. Практическое руководство по энзимологии. Учебное пособие для студентов биологических специальностей вузов. М. 272 с.
  63. 63. Xu W., Zhang N., Zhang Z., Jing P. 2019. Effects of dietary cyanidin-3-diglucoside-5-glucoside complexes with rutin/Mg(II) against H2O2-induced cellular oxidative stress. – Food research international. 126: Article ID. 108591. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2019.108591
  64. 64. Розова М.А., Зиборов А.И. 2016. Корреляционные связи урожайности яровой твердой пшеницы с элементами ее структуры в зависимости от уровня продуктивности генотипов и погодных условий в Приобской лесостепи Алтайского края. – Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2(136): 44–49. https://www.asau.ru/files/vestnik/2016/2/044-049.pdf
  65. 65. Akond M., Liu S., Boney M., Kantartzi S.K., Meksem K., Bellaloui N., Lightfoot D.A., Kassem M.A. 2014. Identification of Quantitative Trait Loci (QTL) Underlying Protein, Oil, and Five Major Fatty Acids’ Contents in Soybean. – Am. J. Pant Sci. 5(1): 158–167. https://doi.org/10.4236/ajps.2014.51021
  66. 66. Ohlrogge J.B., Browse J. 1995. Lipid biosynthesis. – The Plant Cell. 7(7): 957–970. https://doi.org/10.1105/tpc.7.7.957
  67. 67. Takagi Y., Hossain A.M., Yanagita T., Kusaba S. 1989. High linolenic acid mutant in soybean induced by X-ray irradiation. – Jpn. J. Breed. 39(4): 403–409. https://doi.org/10.1270/jsbbs1951.39.403
  68. 68. Сангаев С.С. 2010. Изучение роли экстраклеточных рибонуклеаз на модели трансгенных растений табака (Nicotiana tabacum L.): Автореф. дис. … канд. биол. наук. Новосибирск. 16 с. https://www.dissercat.com/content/izuchenie-roli-ekstrakletochnykh-ribonukleaz-na-modeli-transgennykh-rastenii-tabaka
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library