eISSN: 2221-6197 DOI: 10.31301/2221-6197

Biomics

Архив номеров

Индексирование
  1. Главная
  2. →
  3. 2015
  4. →
  5. Том 7, № 4
  6. →
  7. Статьи
  8. →
  9. Амарант: особенности культуры, применение, перспективы возделывания в России и создания трансгенных отечественных сортов

Амарант: особенности культуры, применение, перспективы возделывания в России и создания трансгенных отечественных сортов

Год: 2015

Страницы: 284-299

Номер: Том 7, № 4

Тип: научная статья

Рубрика: Статьи

Авторы: Кулуев Булат Разяпович, Таипова Рагида Мухтаровна

Скачать pdf

Аннотация:

Данный обзор посвящен перспективному для России культурному растению - амаранту. Из 75 видов амарантов в качестве овощных, кормовых, зерновых, лекарственных и декоративных растений культивируются 12 видов, из которых наибольшее распространение получили Amaranthus caudatus, Amaranthus cruentus и Amaranthus tricolor. Отличительной особенностью амаранта от многих других сельскохозяйственных культур является повышенная стрессоустойчивость этого растения, которая способствует сохранению его высокой продуктивности даже в таких условиях среды, при которых у многих других культур получение урожая невозможно. В связи с этим, амарант рассматривается как перспективное для генной инженерии растение, которое может стать потенциальным донором генов при создании стрессоустойчивых трансгенных растений. В листьях и зернах амаранта содержатся вещества, несущие высокую питательную ценность и в первую очередь это белки, сбалансированные по содержанию незаменимых аминокислот, поэтому амарант имеет большие перспективы для использования в качестве кормовой культуры и для пищевых целей. Амарант также может найти применение в медицинских целях, так как экстракты этого растения обладают антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Отечественные селекционеры ведут довольно интенсивные работы по выведению новых зерновых, силосных, овощных и декоративных сортов этой культуры, однако для увеличения продуктивности амаранта могут быть использованы не только методы селекции, но и современные методы генной инженерии. Методы трансформации амаранта пока остаются в основном неразработанными, в литературе имеются данные лишь о трех работах по созданию трансгенных растений амаранта. Нами в свою очередь была освоена и отработана технология трансформации амаранта методом погружения цветков. Овладение такой методикой позволяет планировать работы по созданию отечественных ГМ-сортов амаранта, которые должны характеризоваться, в первую очередь, повышенной холодоустойчивостью, улучшенными параметрами роста вегетативных органов, а также повышенной урожайностью зерна и, в особенности, увеличением содержания масла в семенах.

Ключевые слова:

Amaranthus caudatus, A. cruentus, A. tricolor, A. retroflexus, незаменимые аминокислоты, селекция амаранта, трансформация амаранта, трансгенный амарант, продуктивность, урожайность, стрессоустойчивость.

Библиографический список:

  1. Бобылев В.С. Амарант метельчатый -  перспективная    кормовая    культура    для Центрального Черноземья // Аграрная наука. 2009. №8. С. 20-22.
  2. Буянкин В.И. Слово об амаранте // Научно-агрономический журнал. 2014. № 2 (95). С. 26-31.
  3. Быков А.И. Проблема кормового белка в Зауралье и основные пути ее решения // Аграрный вестник Урала. 2008. № 4 (46). С. 71-72.
  4. Веселовський И.В., Лисенко А.К., Манько Ю.П. Атлас - визначник бур'янiв Киев: Урожай. 1988.
  5. Высочина    Г.И.    Амарант (Amaranthus L.): химический состав и перспективы использования (обзор) // Химия растительного сырья. 2013. № 2. С. 5-14..
  6. Высочина Г.И., Кукушкина Т.А.,   Железнова Н.Б., Железнов А.В. Биологически активные вещества амаранта (Amaranthus L.) из коллекции Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. С. 679-685.
  7. Гинс М.С., Лапо О.А. Обогащение чая черного байхового антиоксидантными веществами листьев амаранта // Научно- практический журнал "Овощи России". 2014. № 2 (23). С. 37-39.
  8. Гинс М.С., Торрес Миньо К.Х., Гинс Е.М. Изучение свойств красящего экстракта из соцветий и листьев амаранта и перспективы его использования // Научно-практический журнал "Овощи России". 2014. № 4 (25). С. 84-87.
  9. Дерканосова Н.М., Гинс В.К., Лупанова О.А., Андропова И.И. Разработка способов получения и применения натурального пищевого красителя // Техника и технология пищевых производств. 2015. № 1. С. 18-23.
  10. Дроздов С.Н., Холопцева Е.С., Коломейченко В.В. Свето-температурные характеристики фотосинтеза у двух видов амаранта // Сельскохозяйственная биология. 2014. № 5. С. 96- 101.
  11. Железнов А.В. Амарант - хлеб, зрелище и лекарство // Химия и жизнь. 2005. № 6. С. 56-61.
  12. Журавская А.Н., Воронов И. В., Поскачина Е. Р. Определение компонентного состава семян и листьев представителей рода Amaranthus L., произрастающих в условиях Центральной Якутии // Вестник СВФУ. 2012. Т.9. №3. С. 47-51.
  13. Кононков П.Ф., Гинс В.К., Гинс М.С. Освоение амаранта в России // Аграрное обозрение. 2013. №4 (38). С. 22-28.
  14. Кононков П.Ф., Гинс М.С. Интродукция амаранта в России // Научно- практический журнал "Овощи России". 2008. №1-2. С. 79-82.
  15. Кононков П.Ф., Сергеева В.А. Амарант - ценная овощная и кормовая культура многопланового использования // Аграрный вестник Урала. 2011. №4 (83). С. 63-64
  16. Коренская И.М., Фурса Н.С., Мирошниченко Л.А. Изучение аминокислотного и углеводного состава семян сорта Воронежский амаранта печального, выращиваемого в Воронежской области // Вестник ВГУ. 2011. №2. С. 192-198.
  17. Коренская И.М., Фурса Н.С., Мирошниченко Л.А. Состав жирных кислот масла семян амаранта печального // Фармация. 2011. №8. С. 16-17.
  18. Кузнецов И.Ю. Проблемы и перспективы внедрения амаранта в производство в Республике Башкортостан // материалы 7-й международной НПК. 2011. Т.20. С.79-82.
  19. Кулуев Б.Р., Князев А.В., Ильясова А.А., Чемерис А.В. Эктопическая экспрессия генов PnANTL1 и PnANTL2 тополя черного в трансгенных растениях табака // Генетика. 2012а. Т. 48. №10. С. 1162-1170.
  20. Кулуев Б.Р., Князев А.В., Лебедев Я.П., Чемерис А.В. Морфофизиологическая характеристика трансгенных растений табака, экспрессирующих гены экспансинов AtEXPA10 арабидопсиса и PnEXPA1 тополя // Физиология растений. 2012б. Т. 59. №1. С. 108-117.
  21. Кулуев Б.Р., Князев А.В., Чемерис А.В., Вахитов В.А. Морфологические особенности трансгенных растений табака, экспрессирующих ген AINTEGUMENTA рапса под контролем промотора вируса мозаики георгина // Онтогенез. 2013а. Т. 44. №2. С. 110-114.
  22. Кулуев Б.Р., Князев А.В., Сафиуллина М.Г., Чемерис А.В. Влияние конститутивной экспрессии гена ARGOS-LIKE на размеры клеток и органов трансгенных растений табака // Генетика. 2013б. Т.49. №5. С. 587-594. 
  23. Кулуев Б.Р., Сафиуллина М.Г., Князев А.В., Чемерис А.В. Влияние эктопической экспрессии гена NtEXPA5 на размеры клеток и рост органов трансгенных растений табака // Онтогенез. 2013в. Т. 44. №1. С. 34-41.
  24. Кулуев Б.Р., Князев А.В., Никоноров Ю.М., Чемерис А.В. Роль генов NtEXPA1 и NtEXPA4 в регуляции клеточного растяжения при росте листьев табака // Генетика. 2014. Т. 50. №5. С. 560-569.
  25. Мирошниченко Л.А., Белоусов В.И., Шаталов Е.П. Пища должна быть лекарством, а лекарство пищей // Межрегиональный информационно-аналитический и научно- популярный журнал "Аграрная тема". 2012. №9 (38). С. 28-30.
  26. Мирошниченко Л.А., Золоедов В.И., Жаркова И.М. О реализации проекта "Амарант" на воронежских черноземах // Инновационные фирмы и проекты. ИнВестРегион. 2007. № 3. С. 52-53.
  27. Михайлова Е.В., Кулуев Б.Р. Создание трансгенного рапса (Brassica napus L.) с конститутивной экспрессией гена ARGOS-LIKE Arabidopsis thaliana методом погружения цветков // Биотехнология. 2015. №5. С. 49-58. 
  28. Михеева Л.А., Брынских Г.Т., Терехина Н.В., Безрукова С.С. Хроматографическое определение аминокислотного  состава  семян   растения амарант // Ульяновский медико- биологический журнал. 2014. №4. С. 98-101.
  29. Михеева Л.А., Брынских Г.Т., Якубова А.Р. Экстракция амарантового масла и изучение его физико-химических свойств // Ульяновский медико-биологический журнал. 2014. №3. С. 129-134.
  30. Офицеров Е.Н. Амарант - перспективное сырье для фармацевтической промышленности // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2001. №5. С. 1-4.
  31. Сошникова О.В., Яцюк В.Я. Исследование химического состава Amaranthus retroflexus L. // Российский медико-биологический вестник им. академика И.П.Павлова. 2010. №2. C. 135-141. 
  32. Уажанова Р.У., Кизатова М.Ж. Хлеб "Илийский" функционального назначения // Вестник КрасГАУ. 2010. №9. С. 177-180.
  33. Цицилин А.Н. Лекарственные растения на даче и вокруг нас. Полная энциклопедия. М.: Эксмо, 2014. 400с.
  34. Чиркова Т.В. Амарант - культура XXI века // Соросовский образовательный журнал. 1999. №10. С. 22-27.
  35. Шанцер И.А. Растения средней полосы Европейской России. Полевой атлас. 2-е изд. М.: Т-во научных изданий КМК, 2007. 470 с. 
  36. Школьник Ю.К. Растения. Полная энциклопедия М.: Эксмо, 2007. 256 с.
  37. Шор М.Ф., Жужукин В.И. Изменчивость содержания питательных веществ при интродукции амаранта в Нижнем Поволжье // Кормопроизводство. 2010. №11. С. 28-31. 
  38. Электронный ресурс: http://kdspb2007.narod.ru/publ/amarant1-3.htm 
  39. Юсифов Н.М., Дашдемиров К.Ш., Амиров Ш.А., Керимова Т.Г. Зерно амаранта - источник функционального питания // Наука и современность. 2014. С. 119-121.
  40. Amornrit W., Santiyanont R. Effect of Amaranthus on advanced glycation end-products induced cytotoxicity and proinflammatory cytokine gene expression in SH-SY5Y cells // Molecules. 2015. V. 20. P. 17288-17308. 
  41. Artus N.N., Uemura M., Steponkus P.L., Gilmour S.J., Lin C., Thomashow M.F. Constitutive  expression  of the cold- regulated Arabidopsis thaliana COR15a gene affects both chloroplast and protoplast freezing tolerance. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P. 13404- 13409.
  42. Bae J.M., Kwak M.S., Noh S.A., Oh M.J., Kim  Y.S., Shin  J.S.  Overexpression  of sweetpotato expansin cDNA (IbEXP1) increases seed yield in Arabidopsis // Transgenic Res. 2014. V. 23. P. 657-67.
  43. Bastaki N.K., Cullis C.A. Floral-dip transformation of flax (Linum usitatissimum) to generate transgenic progenies with a high transformation rate // Journal of Visualized Experiments. 2014. V. 94. e52189.
  44. Chakraborty S., Chakraborty N., Datta A. Increased nutritive value of transgenic potato by expressing a nonallergenic seed albumin gene from Amaranthus hypochondriacus // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. P. 3724–3729.
  45. Chakraborty S., Chakraborty N., Agrawal L., Ghosh S., Narula K., Shekhar S., Naik P.S., Pande P.C., Chakrborti S.K., Datta A. Next-generation protein-rich potato expressing the seed protein gene AmA1 is a result of proteome rebalancing intransgenic tuber // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. V. 107. P. 17533-17538.
  46. Chen S., Lei Y., Xu X., Huang J., Jiang H., Wang J., Cheng Z., Zhang J., Song Y., Liao B., Li Y. The Peanut (Arachis hypogaea L.) gene AhLPAT2 increases the lipid content of transgenic Arabidopsis seeds // PLoS One. 2015.
  47. Cho H.T., Cosgrove D.J. Altered expression of expansin modulates leaf growth and pedicel abscission in Arabidopsis thaliana // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. P. 9783–9788. 
  48. Clough S.J., Bent A.F. Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana // The Plant Journal. 1998. V. 16. P. 735-743.
  49. Confalonieri M., Carelli M., Galimberti V., Macovei A., Panara F., Biggiogera M., Scotti C., Calderini O. Seed-specific expression of AINTEGUMENTA in Medicago truncatula led to the production of larger seeds and improved seed germination // Plant Molecular Biology Reporter. 2014. V. 32. P. 957–970.
  50. Curti I.S., Nam H. Transgenic radish (Raphanus sativus L. longipinnatus Bailey) by floral dip method plant development and surfactant are important in optimizing transformation efficiency // Transgenic Res. 2001. V. 10. P. 363-371.
  51. Dal Santo S., Fasoli M., Cavallini E. PhEXPA1, a Petunia hybrida expansin, is involved in cell wall metabolism and in plant architecture specification // Plant Signal Behav. 2011. V. 6. P. 2031– 2034.
  52. Feng G., Qin Z., Yan J. Arabidopsis ORGAN SIZE RELATED1 regulates organ growth and final organ size in orchestration with ARGOS and ARL // New Phytologist. 2011. V. 191. P. 635–646.
  53. Gray-Mitsumune M., Blomquist K., McQueen-Mason S. Ectopic expression of a wood- abundant expansin PttEXPA1 promotes cell expansion in primary and secondary tissues in aspen // Plant Biotechnol. J. 2008. V. 6. P. 62-72.
  54. Sanghera G.S., Wani S.H., Hussain W., Singh N.B. Engineering cold stress tolerance in crop plants // Curr. Genomics. 2011. V. 12. P. 30–43.
  55. Hu Y., Xie Q., Chua N. The Arabidopsis auxin-inducible gene ARGOS controls lateral organ size // Plant Cell. 2003. V. 15. P. 1951– 1961.
  56. Hu Y., Poh H.M., Chua N.H. The Arabidopsis ARGOS-LIKE gene regulates cell expansion during organ growth // Plant. 2006. V. 47. P. 1–9.
  57. ISAAA's GM Approval Database. Updated  24.12.2015.  URL: http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase .
  58. Jofre-Garfias A.E., Villegas- Sepulveda N., Cabrera-Ponce J.L. Agrobacterium- mediated transformation of Amaranthus hypochondriacus: light- and tissue-specific expression of a pea chlorophyll a/b-binding protein promoter // Plant Cell Rep. 1997. V.16. P. 847-852.
  59. Jaglo-Ottosen K.R., Gilmour S.J., Zarka D.G., Schabenberger O., Thomashow M.F. Arabidopsis CBF1 overexpression induces COR genes and enhances freezing tolerance // Science. 1998. V. 280. P. 104–106.
  60. Kuluev B.R., Avalbaev A.M., Nurgaleeva E.Z., Knyazev A.V., Nikonorov Y.M., Chemeris A.V. Role of AINTEGUMENTA-like gene NtANTL in the regulation of tobacco organ growth // J. Plant Physiol. 2015. V. 189. P. 11-23.
  61. Kushwaha S., Chawla P., Kochhar A. Effect of supplementation of drumstick (Moringa oleifera) and amaranth (Amaranthus tricolor) leaves powder on antioxidant profile and oxidative status among postmenopausal women // J. Food. Sci. Technol. 2014. V. 2. 
  62. Lado M.B., Burini J., Rinaldi G., Anon M.C., Tironi V.A. Effects of the dietary addition of Amaranth (Amaranthus mantegazzianus) protein isolate on antioxidant status, lipid profiles and blood pressure of rats // Plant Foods Hum. Nutr. 2015. V. 70. P. 371-379.
  63. Li T., Jiang J., Zhang S., Shu H., Wang Y., Lai J., Du J., Yang C. OsAGSW1, an ABC1- like kinase gene, is involved in the regulation of grain size and weight in rice // J. Exp. Bot. 2015. V. 66. P. 5691-5701.
  64. Maldonado-Cervantes E., Jeong H.J., Leon-Galvan F., Barrera-Pacheco A., De Leon- Rodriguez A, Gonzalez de Mejia E., de Lumen B.O., Barba de la Rosa A.P. Amaranth lunasin-like peptide         internalizes into the cell nucleus and inhibits chemical carcinogen-inducedtransformation of NIH-3T3 cells // Peptides. 2010. V. 31. P. 1635-1642.
  65. Massange-Sanchez J.A., Palmeros- Suarez P.A., Martinez-Gallardo N.A., Castrillon- Arbelaez P.A., Aviles-Arnaut H., Alatorre-Cobos F., Tiessen A., Delano-Frier J.P. The novel and taxonomically restricted Ah24 gene from grain amaranth (Amaranthus hypochondriacus) has a dual role in development and defense // Front Plant Sci. 2015. V. 6.
  66. Mizukami Y., Fischer R.L. Plant organ size control: AINTEGUMENTA regulates growth and cell numbers during organogenesis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. P. 942–947.
  67. Munusamy U., Abdullah S.A., Aziz M.A., Khazaai H. Female reproductive system of Amaranthus as the target for Agrobacterium-mediated transformation // Advances in Bioscience and Biotechnology. 2013. V. 4. P. 188–192.
  68. Murata N., Ishizaki-Nishizawa O., Higashi S., Hayashi S., Tasaka Y., Nishida I. Genetically engineered alteration in the chilling sensitivity of plants // Nature. 1992. V. 356. P. 710–713.
  69. Pal A., Swain S.S., Das A.B. Stable germ line transformation of a leafy vegetable crop amaranth (Amaranthus tricolor L.) mediated by Agrobacterium tumefaciens // In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. 2013. V. 49. P.114-128.
  70. Palmeros-Suarez PA., Massange- Sánchez J.A., Martínez-Gallardo N.A., Montero-Vargas J.M., Gomez-Leyva J.F., Delano-Frier J.P. The overexpression of an Amaranthus hypochondriacus NF- YC gene modifies growth and confers water deficit stress resistance in Arabidopsis // Plant Sci. 2015. V. 240. P. 25-40.
  71. Qin Z., Zhang X., Zhang X., Feng G., Hu Y. The Arabidopsis ORGAN SZE RELATED 2 is involved in regulation of cell expansion during organ growth // BMC Plant Biology. 2014. V. 14. P. 349.
  72. Rascon-Cruz Q., Sinagawa-Garcia S., Osuna-Castro J.A., Bohorova N., Paredes-Lopez O. Accumulation, assembly, and digestibility of amarantin expressed in transgenic tropical maize // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 108. P. 335-342.
  73. Sabbione A.C., Rinaldi G., Anon M.С., Scilingo A.A. Antithrombotic effects of Amaranthus hypochondriacus proteins in rats // Plant Foods Hum. Nutr. 2015.
  74. Sen Gupta A., Heinen J.L., Holady   A.S., Burke J.J., Allen R.D. Increased resistance to oxidative stress in transgenic plants that over-express chloroplastic Cu/Zn superoxide dismutase // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. V. 90. P. 1629–1633
  75. Tamas C., Kisgyorgy B.N., Rakszegi M., Wilkinson M.D., Yang M.S., Lang L., Tamas L., Bedo Z. Transgenic approach to improve wheat (Triticum aestivum L.) nutritional quality // Plant Cell Rep. 2009. V. 7. P. 1085-1094.
  76. Tufts H.R., Harris C.S., Bukania Z.N., Johns T. Antioxidant and anti-inflammatory activities of Kenyan leafy green vegetables, wild fruits, and medicinal plants with potential relevance for kwashiorkor // Evid. Based Complement Alternat. Med. 2015.
  77. van Erp H., Kelly A.A., Menard G., Eastmond P.J. Multigene engineering of triacylglycerol metabolism boosts seed oil content in Arabidopsis // Plant Physiol. 2014. V. 165. P. 30-36.
  78. Velez-Jimenez E., Tenbergen K., Santiago P. D., Cardador-Martínez M.A. Functional attributes of Amaranth // Austin J. Nutr. Food Sci. 2014. V. 2.
  79. Wang L., Lu Q., Wen X., Lu C. Enhanced sucrose loading improves rice yield by increasing grain size // Plant Physiol. 2015. V. 169. P. 2848-2862.
  80. Wang W.C., Menon G., Hansen G. Development of a novel Agrobacterium-mediated transformation method to recover transgenic Brassica napus plants // Plant Cell Rep. 2003. V. 22. P. 274-281.
  81. Wang S., Li S., Liu Q., Wu K., Zhang J., Wang S., Wang Y., Chen X., Zhang Y., Gao C., Wang F., Huang H., Fu X. The OsSPL16-GW7 regulatory module determines grain shape and simultaneously improves rice yield and grain quality // Nat. Genet. 2015. V. 47. P. 949-954.
  82. Xia L., Demao J. Transgenic rice overexpressing C_(4) photosynthetic genes and their application in breeding // Europe PubMed Central. 2005. V. 3. P. 550–556.
  83. Xing S.C., Li F., Guo Q.F. The involvement of an expansin gene TaEXPB23 from wheat in regulating plant cell growth // Biologia Plantarum. 2009. V. 53. P. 429–434.
  84. Xu H., Wei Y., Zhu Y., Lian L., Xie H., Cai Q., Chen Q., Lin Z., Wang Z., Xie H., Zhang J. Antisense suppression of LOX3 gene expression in rice endosperm enhances seed longevity // Plant Biotechnol. J. 2015. V. 13. P. 526-539.
Скачать pdf
наверх
eISSN: 2221-6197 DOI: 10.31301/2221-6197