Динамика экспрессии генов десатуразы в процессе формирования семян масличного льна

   Масличный лен (Linum usitatissimum L.) – многоцелевая культура, используемая во многих отраслях промышленности. Состав масла семян традиционных сортов льна характеризуется высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот типа Omega-3. В процессе биосинтеза липидов в клетке важным этапом является десатурация жирных кислот, определяющая итоговое соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в масле. Основными ферментами, определяющими эффективность десатурации, являются мембраносвязанные десатуразы (FAD) и растворимые десатуразы (SAD).

   Цель данной работы – исследование экспрессии генов десатураз в процессе развития семян различных сортов льна масличного.

   Материалом для исследования послужили восемь сортов льна масличного с различным жирнокислотным составом масла. Образцы выращивали в растильной камере до цветения. На 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 35-й день после цветения проводили отбор коробочек с растений с последующим извлечением РНК из семян. Выполняли обратную транскрипцию и полуколичественную RT-PCR. Полученные в результате реакции продукты разделяли с использованием 1,2 %-го агарозного геля. Ген аденин фосфорибозилтрансферазы-1 (APT1) использовали как эталоннный. В результате исследования получены данные по экспрессии шести генов десатураз льна: SAD1, SAD2, FAD2A, FAD2B, FAD3A и FAD3B. Оценка экспрессии генов SAD1 и SAD2 у всех исследованных сортов на всех изученных стадиях развития семени не выявила различий. Экспрессия генов десатуразы семейства FAD2 зависела от стадии развития семян. В течение изученного периода формирования семян уровень экспрессии был высоким, что указывает на интенсивность биосинтеза и накопления α-линоленовой и линолевой кислот. Экспрессия генов десатураз FAD3, контролирующих заключительный этап превращения ненасыщенных жирных кислот льна, незначительно зависела от времени после цветения. Выявлена пропорциональная зависимость содержания α-линоленовой кислоты в масле от уровня экспрессии генов десатураз FAD3. Полученные данные указывают на динамику в процессе метаболизма жирных кислот при формировании семян льна. Определена генотип-специфичность при оценке экспрессии десатураз семейства FAD в семенах льна масличного.

1. Markulin L., Makhno Y., Drouet S., Zare S., Anjum S., Tungmunnithum D., Sabzalian M., Abbasi B.H., Lainé E., Levchuk H., Hano C. On “the most useful” oleaginous seeds: Linum usitatissimum L., a genomic view with emphasis on important flax seed storage compounds // Oil Crop Genomics. 2021. P. 135–157. DOI: 10.1007/978-3-030-70420-9_8.

2. Поморова Ю.Ю., Овсепян С.К., Серова Ю.М. Химико-биологические свойства и потенциальная ценность семян масличного льна (обзор) // Масличные культуры. 2023. № 1 (193). С. 73–84. DOI: 10.25230/2412-608X-2023-1-193-73-84.

3. Yang J., Wen C., Duan Y., Deng Q., Peng D., Zhang H., Ma H. The composition, extraction, analysis, bioactivities, bioavailability and applications in food system of flaxseed (Linum usitatissimum L.) oil : A review // Trends in Food Science & Technology. 2021. Vol. 118. P. 252–260. DOI: 10.1016/j.tifs.2021.09.025.

4. Dmitriev A.A., Kezimana P., Rozhmina T.A., Zhuchenko A.A., Povkhova L.V., Pushkova E.N., Novakovskiy R.O., Pavelek M., Vladimirov G.N., Nikolaev E.N., Kovaleva O.A., Kostyukevich Yu.I., Chagovets V.V., Romanova E.V., Snezhkina A.V., Kudryavtseva A.V., Krasnov G.S., Melnikova N.V. Genetic diversity of SAD and FAD genes responsible for the fatty acid composition in flax cultivars and lines // BMC Plant Biology. 2020. Vol. 20. P. 1–12. DOI: 10.1186/s12870-020-02499-w.

5. Pushkova E.N., Povkhova L.V., Dvorianinova E.M., Novakovskiy R.O., Rozhmina T.A., Gryzunov A.A., Sigova E.A., Zhernova D.A., Borkhert E.V., Turba A.A., Yablokov A.G., Bolsheva N.L., Dmitriev A.A., Melnikova N.V. Expression of FAD and SAD genes in developing seeds of flax varieties under different growth conditions // Plants. 2024. Vol. 13. N 7. P. 956. DOI: 10.3390/plants13070956.

6. Бражников В.Н., Бражникова О.Ф. Конкурсное сортоиспытание и жирнокислотный состав масла сортообразцов льна масличного (Linum usitatissimum L.) // Международный сельскохозяйственный журнал. 2020. №. 2. С. 67–71. DOI: 10.24411/2587-6740-2020-12034.

7. Al-Madhagy S., Ashmawy N.S., Mamdouh A., Eldahshan O.A., Farag M.A. A comprehensive review of the health benefits of flaxseed oil in relation to its chemical composition and comparison with other omega-3-rich oils // European journal of medical research. 2023. Vol. 28. N 1. P. 240. DOI: 10.1186/s40001-023-01203-6.

8. Noreen S., Tufail T., Ul Ain H.B., Awuchi C.G. Pharmacological, nutraceutical, and nutritional properties of flaxseed (Linum usitatissimum): An insight into its functionality and disease mitigation // Food Science & Nutrition. 2023. Vol. 11. N 11. P. 6820–6829. DOI: 10.1002/fsn3.3662.

9. Tang Z.X., Ying R.F., Lv B.F., Yang L.H., Xu Z., Yan L.Q., Wei Y.S. Flaxseed oil: extraction, health benefits and products // Quality Assurance and Safety of Crops & Foods. 2021. Vol. 13. N 1. P. 1–19. DOI: 10.15586/qas.v13i1.783.

10. Brühl L., Bonte A., N'Diaye K., Matthäus B. Oxidation of Cyclo‐Lino Peptides in Linseed Oils during Storage // European Journal of Lipid Science and Technology. 2022. Vol. 124. N 12. P. 2200137. DOI: 10.1002/ejlt.202200137.

11. Miklaszewska M., Zienkiewicz K., Inchana P., Zienkiewicz A. Lipid metabolism and accumulation in oilseed crops // OCL. 2021. Vol. 28. P. 50. DOI: .1051/ocl/2021039.

12. Porokhovinova E.A., Matveeva T.V., Khafizova G.V., Bemova V.D., Doubovskaya A.G., Kishlyan N.V., Podolnaya L.P., Gavrilova V.A. Fatty acid composition of oil crops: genetics and genetic engineering // Genetic Resources and Crop Evolution. 2022. Vol. 69. N 6. P. 2029–2045. DOI: 10.1007/s10722-022-01391-w.

13. Povkhova L.V., Melnikova N.V., Rozhmina T.A., Novakovskiy R.O., Pushkova E.N., Dvorianinova E.M., Zhuchenko A.A., Kamionskaya A.M., Krasnov G.S., Dmitriev A.A. Genes associated with the flax plant type (oil or fiber) identified based on genome and transcriptome sequencing data // Plants. 2021. Vol. 10. N 12. P. 2616. DOI: 10.3390/plants10122616.

14. Cao S., Zhang J., Cheng H., Aslam M., Lv H., Dong W., Hu A., Guo M., Liu Q., Qin Y. Identification and evolutionary analysis of FAD2 gene family in green plants // Tropical Plant Biology. 2021. Vol. 14. P. 239–250. DOI: 10.1007/s12042-020-09276-x.

15. Ma X., Gao Y., Ma X., Wu B., Yan B., Li Y., Wang Y., Xu P., Wen M., Wang H., Wang Y., Guo L. Effect of Different Types of Organic Manure on Oil and Fatty Acid Accumulation and Desaturase Gene Expression of Oilseed Flax in the Dry Areas of the Loess Plateau of China // Agronomy. 2024. Vol. 14. N 2. P. 381. DOI: 10.3390/agronomy14020381.