Анализ дифференциальной экспрессии генов глицининов и β-конглицининов сортов сои европейской и канадской селекции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Соя (Glycine max (L.) Merr.) является одним из основных источников высококачественного белка для пищевых и кормовых целей. Запасные белки семян - глицинин (11S) и β-конглицинин (7S) - различаются по аминокислотному составу и функциональным свойствам, а их соотношение выступает ключевым фактором качества сои. Цель исследования - оценить белковый профиль сортов сои европейской и канадской селекции на основе анализа дифференциальной экспрессии генов глицининов и β-конглицининов. Шесть сортов сои (ЕСГ 1813, РТЖ Спида, Ме 5, Мю 5 - Франция; Н.С. Катя - Сербия; Кассиди - Канада) выращивали в 2023-2024 гг. на базе ФГБНУ ФНЦ ВНИИ сои (Амурская область). Из зрелых семян выделяли тотальную РНК, синтезировали кДНК и анализировали уровень экспрессии генов Gy1-Gy5, Gy7, Cg1, Cg3 и Cg4 методом количественной ПЦР в реальном времени. В качестве референтного гена использовали Tubulin. Относительную экспрессию рассчитывали методом 2-ΔΔCt. Все праймеры показали высокую специфичность, подтвержденную единичными пиками плавления. Экспрессия гена Gy7 не обнаружена ни у одного из сортов, что согласуется с его утратой или супрессией в процессе селекции. Большинство сортов характеризовались консервативными профилями экспрессии генов Gy1, Gy2 и Gy3. У двух сортов выявлены уникальные паттерны экспрессии: Кассиди (Канада) - достоверно повышенная экспрессия гена Gy4, Мю 5 (Франция) - достоверно повышенная экспрессия гена Gy5 (p < 0,05). Сорт РТЖ Спида (Франция) продемонстрировал достоверно повышенную экспрессию гена Cg3. По суммарному соотношению транскриптов глицининов и β-конглицининов сорта четко разделились на высокоглицининовые (Мю 5 - 86 %, Кассиди - 82 %, Ме 5 - 64 %) и высоко-β-конглицининовые (Н.С. Катя - 67 %, РТЖ Спида - 63 %, ЕСГ 1813 - 53 %). Выявленный диапазон соотношения 11S/7S (0,5…6,1) существенно превышает ранее опубликованные данные для американских и бразильских сортов. Идентифицированные сорта-доноры (Кассиди - высокая экспрессия Gy4, Мю 5 - высокая экспрессия Gy5, РТЖ Спида - высокая экспрессия Cg3) представляют собой ценный генетический материал для российских селекционных программ. Они могут быть использованы для интрогрессии регуляторных аллелей, обеспечивающих направленное изменение состава запасных белков, что позволит создавать новые сорта сои с оптимизированным качеством белка и улучшенными технологическими свойствами, адаптированные к агроклиматическим условиям Российской Федерации.

Об авторах

Анастасия Андреевна Катрушенко

Всероссийский научно-исследовательский институт сои

Автор, ответственный за переписку.
Email: lsi@vniisoi.ru
ORCID iD: 0009-0008-3104-1696
SPIN-код: 8077-7588

младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии

Российская Федерация, 675027, Амурская область, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, д. 19

Алена Андреевна Иваний

Всероссийский научно-исследовательский институт сои

Email: iaa@vniisoi.ru
ORCID iD: 0009-0004-7304-7771
SPIN-код: 2512-8754

младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии

Российская Федерация, 675027, Амурская область, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, д. 19

Андрей Андреевич Пензин

Всероссийский научно-исследовательский институт сои

Email: paa@vniisoi.ru
ORCID iD: 0000-0002-8578-9818
SPIN-код: 1467-9500

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией биотехнологии

Российская Федерация, 675027, Амурская область, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, д. 19

Анна P. Галиченко

Всероссийский научно-исследовательский институт сои

Email: gap@vniisoi.ru
ORCID iD: 0000-0002-4445-3779
SPIN-код: 5274-8503

старший научный сотрудник лаборатории селекции

Российская Федерация, 675027, Амурская область, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, д. 19

Павел Дмитриевич Тимкин

Всероссийский научно-исследовательский институт сои

Email: tpd@vniisoi.ru
ORCID iD: 0000-0001-6655-1049
SPIN-код: 2729-2815

младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии

Российская Федерация, 675027, Амурская область, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, д. 19

Список литературы

  1. Duan Z, Li Q, Wang H, He X, Zhang M. Genetic regulatory networks of soybean seed size, oil, and protein content. Frontiers in Plant Science. 2023;14:1160418. doi: 10.3389/fpls.2023.1160418
  2. Liu S, Liu Z, Hou X, Li X. Genetic mapping and functional genomics of soybean seed protein. Molecular Breeding. 2023;43(4):29. doi: 10.1007/s11032-023-01373-5 EDN: JNNPZF
  3. Liu S, Zhang M, Feng F, Tian Z. Toward a “green revolution” for soybean. Molecular Plant. 2020;13(5):688-697. doi: 10.1016/j.molp.2020.03.002 EDN: QYFLTY
  4. Cabanos C, Matsuoka Y, Maruyama N. Soybean proteins/peptides: a review on their importance, biosynthesis, vacuolar sorting, and accumulation in seeds. Peptides. 2021;143:170598. doi: 10.1016/j.peptides.2021.170598 EDN: LYDRAD
  5. Kim W, Nott J, Kim S, Krishnan HB. Soybean seed proteomics: Methods for the isolation, detection, and identification of low abundance proteins. In: Jez J. (ed.) Methods in Enzymology. Volume 676. Academic Press; 2022. p.325-345. doi: 10.1016/bs.mie.2022.07.001
  6. Wijewardana C, Reddy KR, Bellaloui N. Soybean seed physiology, quality, and chemical composition under soil moisture stress. Food Chemistry. 2019;278:92-100. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.11.035
  7. Hu Y, Liu Y, Wei JJ, Zhang WK, Chen SY, Zhang JS. Regulation of seed traits in soybean. aBIOTECH. 2023;4(4):372-385. doi: 10.1007/s42994-023-00122-8
  8. Zhang S, Du H, Ma Y, Li H, Kan G, Yu D. Linkage and association study discovered loci and candidate genes for glycinin and β-conglycinin in soybean (Glycine max L. Merr.). Theoretical and Applied Genetics. 2021;134(4):1201-1215. doi: 10.1007/s00122-021-03766-6 EDN: XKUIJX
  9. Guo B, Sun L, Jiang S, Ren H, Sun R, Wei Z, et al. Soybean genetic resources contributing to sustainable protein production. Theoretical and Applied Genetics. 2022;135(11):4095-4121. doi: 10.1007/s00122-022-04222-9 EDN: FZJUTT
  10. Song B, An L, Han Y, Gao H, Ren H, Zhao X, et al. Transcriptome profile of near-isogenic soybean lines for β-conglycinin α-subunit deficiency during seed maturation. PLoS One. 2016;11(8): e0159723. doi: 10.1371/journal.pone.0159723
  11. Lee S, Van K, Sung M, Nelson R, LaMantia J, McHale LK, et al. Genome-wide association study of seed protein, oil and amino acid contents in soybean from maturity groups I to IV. Theoretical and Applied Genetics. 2019;132(6):1639-1659. doi: 10.1007/s00122-019-03304-5 EDN: OTMCPE
  12. Diamond JS. Explanatory chapter: quantitative PCR. In: Methods in Enzymology. Volume 529. Academic Press; 2013. p.279-289. doi: 10.1016/B978-0-12-418687-3.00023-9
  13. Assfaw AT, Bunmi O, Paterne A, Chigeza G, Mushoriwa H. Genetic diversity and population structure analysis of soybean [Glycine max (L.) Merrill] genotypes based on agro-morphological traits and SNP markers. PLoS One. 2025;20(10):e0332895. doi: 10.1371/journal.pone.0332895 EDN: OSNCCJ
  14. Libault M, Thibivilliers S, Bilgin DD, Radwan O, Benitez M, Clough SJ, et al. Identification of four soybean reference genes for gene expression normalization. Plant Genome. 2008;1(1):44-54. doi: 10.3835/plantgenome2008.02.0091
  15. Rao X, Huang X, Zhou Z, Lin X. An improvement of the 2ˆ(-delta delta CT) method for quantitative real-time polymerase chain reaction data analysis. Biostatistics, Bioinformatics and Biomathematics. 2013;3(3):71-85.
  16. Li C, Zhang YM. Molecular evolution of glycinin and β-conglycinin gene families in soybean (Glycine max L. Merr.). Heredity. 2011;106(4):633-641. doi: 10.1038/hdy.2010.97
  17. Beilinson V, Chen Z, Shoemaker R, Fischer R, Goldberg R, Nielsen N. Genomic organization of glycinin genes in soybean. Theoretical and Applied Genetics. 2002;104:1132-1140. doi: 10.1007/s00122-002-0884-6 EDN: BDTIRL
  18. Kim WS, Gillman JD, Krishnan HB. Identification of a plant introduction soybean line with genetic lesions affecting two distinct glycinin subunits and evaluation of impacts on protein content and composition. Molecular Breeding. 2013;32(2):291-298. doi: 10.1007/s11032-013-9870-8
  19. Hou Y, Huang L, Xing G, Yuan X, Zhang X, Dai D, et al. Structure and functional properties of proteins from different soybean varieties as affected by the 11S/7S globulin ratio. Foods. 2025;14(5):755. doi: 10.3390/foods14050755 EDN: IHRJWH
  20. Galão OF, Teixeira AI, Moreira MA, Carrão-Panizzi MC, Visentainer JV. Variation in genetic and environmental effects of beta-conglycinin (7S) and glycinin (11S) protein fractions in conventional and GM soybean cultivars grown in Southern Brazil. Semina: Ciências Agrárias. 2013;34(2):683-692.
  21. Lakhssassi N, El Baze A, Knizia D, Salhi Y, Embaby MG, Anil E, et al. A sucrose-binding protein and β-conglycinins regulate soybean seed protein content and control multiple seed traits. Plant Physiology. 2024;196(2):1298-1321. doi: 10.1093/plphys/kiae307 EDN: FHSBTJ
  22. Yang Z, Li D, Chen L, Zhang W, Jiang L, Huang Z, et al. Structural characteristics, techno-functionalities, innovation applications and future prospects of soybean β-conglycinin/glycinin: a comprehensive review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2025;65(29):6410-6427. doi: 10.1080/10408398.2024.2440601
  23. Yang Y, Zhang L, Zuo H, Yang Y, Hu D, Zhang S, et al. GmGASA12 coordinates hormonal dynamics to enhance soybean water-soluble protein accumulation and seed size. Journal of Integrative Plant Biology. 2025;67(9):2401-2415. doi: 10.1111/jipb.13952 EDN: CKJKRX

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Катрушенко А.А., Иваний А.А., Пензин А.А., Галиченко А.P., Тимкин П.Д., 2026

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.