Новый тест для селекционеров
Разработка ученых ИЦиГ СО РАН позволяет быстро определить, какие полифенольные соединения накапливаются в зерне, и облегчает отбор перспективных сортов.
Ученые Института цитологии и генетики СО РАН разработали новый гистохимический метод, позволяющий быстро и относительно просто определять наличие в зерне злаков и зернобобовых культур полифенольных соединений – антоцианов, меланинов и проантоцианидинов. Разработка станет полезным инструментом для селекционеров, создающих сорта с заданными свойствами – от функционального питания до пивоварения.
Результаты исследования опубликованы в свежем номере «Вавиловского журнала генетиков и селекционеров».
Полифенолы играют важную роль как для самого растения, так и для человека. Антоцианы и меланины защищают зерно от неблагоприятных условий среды и патогенов, а также обладают выраженной антиоксидантной активностью. Проантоцианидины влияют на технологические свойства сырья: например, в пивоварении их избыток может приводить к помутнению напитка, тогда как в других случаях они, напротив, желательны. Поэтому для селекционеров принципиально важно понимать, какие именно соединения накапливаются в конкретном образце зерна.
Традиционно для такого анализа используют высокоэффективную жидкостную хроматографию и другие химические методы. Они точны, но трудоемки и дороги, особенно если нужно проверить сотни и тысячи образцов на этапе предварительного отбора. Новый подход, предложенный исследователями ИЦиГ СО РАН, позволяет проводить качественную оценку значительно быстрее – с использованием криосрезов зерна и серии стандартных химических обработок с последующей микроскопией.
«Обычно, если речь идет о химическом анализе, делают хроматографию и определяют индивидуальные соединения. Но когда нужно массово проанализировать большое количество образцов, это долго и дорого. Наш метод позволяет, приготовив срезы и посмотрев их под микроскопом, сказать, присутствуют ли в зерне антоцианы, меланины или проантоцианидины», – объяснила старший научный сотрудник сектора функциональной генетики злаков ИЦиГ СО РАН, кандидат биологических наук Олеся Шоева.
Особенность работы заключается в том, что исследователи адаптировали для растительных тканей реактивы, ранее применявшиеся главным образом в медицине – например, аммиачное серебро для выявления меланина. В результате удалось создать протокол, который позволяет различать даже те пигменты, которые внешне выглядят одинаково: например, коричневое зерно может содержать как меланины, так и антоцианы, и без микроскопического анализа их трудно отличить.
«Бывает, что в одном образце одновременно присутствуют несколько групп соединений. Визуально зерно просто коричневое, и непонятно, что именно в нем накопилось. А при анализе срезов видно, в каких тканях и какие классы пигментов присутствуют. Это позволяет качественно определить состав и уже потом отобрать образцы для более детального химического анализа», – отметила Олеся Шоева.
Метод уже проверен на линиях ячменя с различным пигментным составом, а также успешно применен к зернам пшеницы и вики. Важное преимущество – для анализа достаточно одного зерна, что особенно ценно при работе с редким селекционным материалом.
По словам ученых, метод особенно востребован в проектах по созданию сортов для функционального питания – антоцианы и меланины рассматриваются как перспективные компоненты с высокой антиоксидантной активностью. В то же время для пивоваренной промышленности или кормовых целей, напротив, важно отбирать линии без определенных полифенолов.
Разработанный подход может стать эффективным этапом предварительного скрининга в селекции зерновых и зернобобовых культур, существенно сокращая затраты времени и ресурсов при поиске доноров ценных признаков.