RUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesRUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство2312-797X2312-7988Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba1952510.22363/2312-797X-2019-14-4-390-402Genetics and plant breedingГенетика и селекция растенийResearch ArticleQuantitative determination of trypsin inhibitor as a breeding marker in maize varieties with different resistance to fungal diseasesОпределение количества ингибитора трипсина как маркера селекции сортов кукурузы с различной устойчивостью к грибковым заболеваниямShekhvatovaGalina VladimirovnaШехватоваГалина Владимировна

Senior Researcher

старший научный сотрудник

shgal06@gmail.comAshinViktor VasilievichАшинВиктор Васильевич

Candidate of Biological sciences, Junior Researcher, Laboratory of Adaptation of Microorganisms

кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории адаптации микроорганизмов

shgal06@gmail.comSotchenkoElena FedorovnaСотченкоЕлена Федоровна

Candidate of Biological sciences, leading researcher, Department of Selection for immunity

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник отдела селекции на иммунитет

shgal06@gmail.comScientific Research Production Company GammaНаучно-производственная фирма «Гамма»Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms RASИнститут биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАНRussian Research Institute of MaizeВсероссийский научно-исследовательский институт кукурузы15122019144VOL 14, NO4 (2019)ТОМ 14, №4 (2019)39040229122019Copyright ©; 2019, Shekhvatova G.V., Ashin V.V., Sotchenko E.F.Copyright ©; 2019, Шехватова Г.В., Ашин В.В., Сотченко Е.Ф.2019Shekhvatova G.V., Ashin V.V., Sotchenko E.F.Шехватова Г.В., Ашин В.В., Сотченко Е.Ф.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/19525

Determination of plant resistance to fungal pathogens is an important breeding component. Thus, the study of protein profiles from corn kernels (13 genotypes) revealed a constitutively pronounced 14 kDa protein, trypsin inhibitor (TI), which is present at a relatively high level of concentration in seven Aspergíllus flavus - resistant maize lines, but at low concentrations or is absent in six sensitive lines. The 14 kDa trypsin inhibitor (TI) also showed antifungal activity against other mycotoxicogenic species. In this regard, the task was to determine the content of TI in varieties of maize with known properties, resistance, or sensitivity to such fungal pathogens of maize as head smut, common smut, and Fusarium stalk rot. According to the data obtained, the content of TI varies in different varieties and can vary by 4 times. However, in disease-resistant varieties its content is increased, which may be the primary marker of resistance of the variety to fungal pathogens.

Устойчивость растений к патогенным грибам является важной селекционной составляющей. Механизмы устойчивости очень разнообразны и могут включать в себя взаимодействия ферментов и их ингибиторов. В связи с этим проведено сравнение содержания ингибитора трипсина (ИТ), как возможного маркера селекции, в зрелых зернах сортов кукурузы с известной устойчивостью к пыльной головне, пузырчатой головне и стеблевой гнили. В качестве изучаемых объектов взяты 6 устойчивых и 12 чувствительных сортов. Для гарантированного извлечения из экстрактов молотых зерен кукурузы только ИТ применялась колоночная аффинная хроматография на трипсин-агарозе в аналитическом варианте. В результате выяснилось, что содержание ИТ варьирует внутри обеих групп сортов кукурузы: в устойчивой группе - максимум 347 и минимум 162 мкг/г, в чувствительной группе - максимум 200 и минимум 84 мкг/г. Соотношения максимумов к минимумам (2,3) одинаковы в обеих группах, но максимальное и минимальное содержание почти в два раза выше в группе устойчивых сортов кукурузы. В среднем в устойчивых сортах кукурузы содержание ИТ выше в 1,7 раза. Полученные данные подтверждают возможность использования содержащегося в кукурузных зернах ИТ в качестве маркера при выведении новых сортов кукурузы, устойчивых к пыльной головне, пузырчатой головне и стеблевой гнили.

maizetrypsin inhibitortrypsin-agarosefungal pathogenshead smutcommon smutFusarium stalk rotкукурузаингибитор трипсинатрипсин-агарозагрибковые патогеныпыльная головняпузырчатая головнястеблевые гнилиChen ZY, Brown RL, Lax AR, Guo BZ, Cleveland TE, Russin JS. Resistance to Aspergillus flavus in corn kernels is associated with a 14-kDa protein. Phytopathology. 1998; 88(4):276- 281. doi: 10.1094/PHYTO.1998.88.4.276Chen Z.-Y., Brown R. L., Lax A.R., Guo B.Z., Cleveland T.E., Russin J.S. Resistance to Aspergillus flavus in corn kernels is associated with a 14-kDa Protein // Phytopathology. 1998. Vol. 88. No. 4. P. 276—281. doi: 10.1094/PHYTO.1998.88.4.276Chen ZY, Brown RL, Lax AR, Cleveland TE, Russin JS. Inhibition of plant-pathogenic fungi by a corn trypsin inhibitor overexpressed in Escherichia coli. Appl Environ Microbiol. 1999; 65(3):1320-1324.Chen Z-Y., Brown R.L., Lax A.R., Cleveland T.E., Russin J.S. Inhibition of plant-pathogenic fungi by a corn trypsin inhibitor overexpressed in Escherichia coli // Appl. Environ. Microbiol. 1999. No. 65. P. 1320—1324.Selitrennikoff CP. Antifungal proteins. Appl Environ Microbiol, 2001; 67(7):2883-2894. doi: 10.1128/AEM.67.7.2883-2894.2001Selitrennikoff C.P. Antifungal proteins // Appl. Environ. Microbiol. 2001. Vol. 67. No 7. P. 2883—2894. doi: 10.1128/AEM.67.7.2883-2894.2001Zaynutdinova GF. Belkovye ingibitory ekzogennykh proteinaz v tkanyakh rastenii i ikh fiziologicheskaya rol' [Protein inhibitors of exogenous proteinases in plant tissues and their physiological role]. [Dissertation] Ufa; 2001. (In Russ).Зайнутдинова Г.Ф. Белковые ингибиторы экзогенных протеиназ в тканях растений и их физиологическая роль: автореф. дис.. канд. биол. наук. Уфа, 2001.Chen ZY, Brown RL, Russin JS, Lax AR, Cleveland TE. A corn trypsin inhibitor with antifungal activity inhibits Aspergillus flavus α-amylase. Phytopathology. 1999; 89:902-907. doi: 10.1094/PHYTO.1999.89.10.902Chen Z-Y., Brown R.L., Russin J.S., Lax A.R., Cleveland T.E. A corn trypsin inhibitor with antifungal activity inhibits Aspergillus flavus α-amylase // Phytopathology. 1999. No 89. P. 902— 907. doi: 10.1094/PHYTO.1999.89.10.902Hajare SS, Hajare SN, Sharma A. Screening of Indian corn varieties for aflatoxin resistance. BARC News Letter, Founder’s Day Special Issue. 2006; (273):218-230.Hajare S.S., Hajare S.N., Sharma A. Screening of indian corn varieties for aflatoxin resistance // Founder's day. 2006. No. 273. P. 218—230.Lei MG, Reeck GR. Combined use of trypsin-agarose affinity chromatography and reversed - phase high-performance liquid chromatography for the purification of single-chain protease inhibitor from corn seeds. Journal of Chromatography. 1986; 363(2):315-321. doi: 10.1016/S0021-9673(01)83751-1Lei M.-G., Reeck G.R. Combined use of trypsin-agarose affinity chromatography and reversed — phase high-performance liquid chromatography for the purification of single-chain protease inhibitor from corn seeds // J. Chrom. 1986. No. 363. P. 315—321. doi: 10.1016/S00219673(01)83751-1Chen ZY, Brown RL, Damann KE, Cleveland TE. Proteomics analysis of kernel embryo and endosperm proteins of corn genotypes resistant or susceptible to Aspergillus flavus infection. In: Robens J, Cary JW, Campbell BC. (eds.) Proceedings of the USDA-ARS Aflatoxin Elimination Workshop held at Yosemite. 2000. p. 88.Chen Z-Y., Brown R.L., Damann K.E., Cleveland T.E. Proteomics analysis of kernel embryo and endosperm proteins of corn genotypes resistant or susceptible to Aspergillus flavus infection // Proceedings of the USDA-ARS Aflatoxin Elimination Workshop held at Yosemite / eds Robens J., Cary J.W., Campbell B.C. CA, 2000. P. 88.Chen ZY, Brown RL, Damann KE, Cleveland TE. Identification of unique or elevated levels of kernel proteins in aflatoxin-resistant maize genotypes through proteome analysis. Phytopathology. 2002; 92(10):1084-1094. doi: 10.1094/PHYTO.2002.92.10.1084Chen Z-Y., Brown R.L., Damann K.E., Cleveland T.E. Identification of unique or elevated levels of kernel proteins in aflatoxin-resistant maize genotypes through proteome analysis // Phytopathology. 2002. No. 92. P. 1084—1094. doi: 10.1094/PHYTO.2002.92.10.1084Mosolov VV, Valueva TA. Proteinase inhibitors and their function in plants: a review. Applied Biochemistry and Microbiology. 2005; 41(3):227-246. doi: 10.1007/s10438-005-0040-6Mosolov V.V., Valueva T.A. Proteinase inhibitors and their function in plants: review // Appl Biochtv Microbiol. 2005. No 41. P. 227—246. doi: 10.1007/s10438-005-0040-6