Biomics

This review focuses on the perspective crop for Russia - amaranth. Of the 75 species of amaranth in as vegetables, fodder, grain, medicinal and ornamental plants cultivated 12 species, of which the most widely used Amaranthus caudatus, Amaranthus cruentus and Amaranthus tricolor. A distinctive feature of amaranth from many other crops is the increased stress tolerance which helps to preserve its high productivity even in environments in which many other crops yield is impossible. In this regard, amaranth considered as promising for genetic engineering, which may be a potential donor of genes when making a stress-resistant transgenic plants. The leaves and grains of amaranth contain substances that carry a high nutritional value and are primarily proteins, balanced in terms of essential amino acids, so this plant has great potential for use as a forage and food crop. Amaranth may also find use in medical applications, since this plant extracts have antioxidant and anti-inflammatory properties. Russian plant breeders are working intensively on the development of new grain, silage, vegetable and ornamental varieties of this crop. However, to increase the productivity of amaranth can be used not only selection methods, but also modern techniques of genetic engineering. Methods for transformation of amaranth are still largely undeveloped, there are only three papers, where describes the development of transgenic amaranth. We have mastered the technology of amaranth transformation by floral dip. Mastering this technique allows to plan works to develop of Russian GM varieties of amaranth. Russian GM varieties of amaranth should be characterized by increased cold resistance, improved growth parameters of vegetative organs, as well as increased yield of grain and increased content of oil in seeds.

Amaranthus caudatus, A. cruentus, A. tricolor, A. retroflexus, essential amino acids, selection of amaranth, amaranth transformation, transgenic amaranth, productivity, yield, stress tolerance.

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 ): 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 ) 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-regulatedArabidopsis thaliana COR15a gene affects both chloroplast and protoplast freezing tolerance. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 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) 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. 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. V. 32. P. 957–970.
50. Curti I.S., Nam H. Transgenic radish (Raphanus sativus 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. 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 // 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. 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. 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. 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 // 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. 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 // 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) 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. 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. XingC., 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.