bioselБиотехнология и селекция растенийPlant Biotechnology and Breeding2658-62662658-6258VIR10.30901/2658-6266-2021-3-o4biosel-127Research ArticleРАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ СЕЛЕКЦИИDEVELOPMENT OF MODERN BREEDING METHODSСодержание антоцианов в образцах зерновок ячменя и овса из коллекции ВИРAnthocyanin content in grains of barley and oat accessions from the VIR collectionhttps://orcid.org/0000-0001-5477-8684ЛукинаК. А.LukinaK. A.

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44;  Отдел генетических ресурсов овса, ржи и ячменя, м.н.с.; аспирантка ВИР

42, 44, Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

k.lukina@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5289-8631ШоеваО. Ю.ShoevaO. Y.

10, Acad. Lavrentieva Ave., Novosibirsk 630090, Russia

olesya_ter@bionet.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3990-6526КовалеваО. Н.KovalevaO. N.

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44, Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

o.kovaleva@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9250-7225ЛоскутовИ. Г.LoskutovI. G.

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44, Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

i.loskutov@vir.nw.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. ВавиловаN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesФедеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЦиГ СО РАН)Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ICG SB RAS)Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова 190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources20212312202143514Copyright © Лукина К.А., Шоева О.Ю., Ковалева О.Н., Лоскутов И.Г., 20212021Лукина К.А., Шоева О.Ю., Ковалева О.Н., Лоскутов И.Г.Lukina K.A., Shoeva O.Y., Kovaleva O.N., Loskutov I.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://biosel.elpub.ru/jour/article/view/127

Актуальность. Ячмень (Hordeum vulgare L.) и овес (Avena sativa L.) – зерновые культуры, относящиеся к одним из основных источников питания и кормов в Российской Федерации. Они содержат белки, различные группы витаминов, жиры, углеводы, β-глюканы, минеральные вещества и разнообразные биологически активные соединения, в том числе антоцианы. Антоцианы привлекают все больше внимания в связи с широким спектром полезных свойств для человека. Все это позволяет рассматривать зерно ячменя и овса как потенциально перспективный экономический продукт и компонент функционального питания. Цель данной работы оценить относительное содержание антоцианов в образцах ячменя и овса с различной пигментацией зерновки и цветковых чешуй. Материалы и методы. Изучено 32 образца ячменя и 11 образцов овса спектрофотометрическим методом. Экстрагирование антоцианов из зерновок ячменя и овса проводилось 1% раствором HCl в метаноле. Результаты и обсуждение. В результате изучения выделены образцы и разновидности с наибольшим содержанием антоцианов: ячмень − к-15904 (Китай), к-19906 (Монголия), к-18709 (Япония), к-18723, к-18729 (Канада), к-17725 (Турция), относящиеся к разновидности var. violaceum; к-29568 (Япония) – var. densoviolaceum; к-8690 (Эфиопия) – var. griseinigrum; к-28205 (Германия) – var. nudidubium; овес − к-15527 (A. ayssinica Hochst. var. braunii Koern., Эфиопия) и к-15245 (A. strigosa Schreb. subsp. brevis var. tephera Mordv. ex Sold. et Rod., Польша). Заключение. Полученные результаты показывают, что коллекция ВИР включает потенциально ценные образцы для разработки сортов с повышенным содержанием антоцианов, которые могут быть использованы для расширения ассортимента функциональных продуктов.

Background. Barley (Hordeum vulgare L.) and oat (Avena sativa L.) are grain crops belonging to one of the main sources of food and forage in the Russian Federation. They contain proteins, various groups of vitamins, fats, carbohydrates, β-glucans, minerals and different bioloactive compounds, including anthocyanins. Recently, much attention has been given to anthocyanins due to their various valuable properties. Therefore, the grain of barley and oat is a potentially promising economic product and a component of functional nutrition. The aim of this work was to estimate the content of anthocyanins in barley and oat accessions with different pigmentation of kernels and lemma. Materials and methods. 32 barley and 11 oat accessions were studied by spectrophotometry. Anthocyanins were extracted from barley and oat kernels with a 1% HCl solution in methanol. Results and discussion. As a result of the study, accessions and varieties with the highest content of anthocyanins were identified: for barley these are k-15904 (China), k-19906 (Mongolia), k-18709 (Japan), k-18723, k-18729 (Canada), k-17725 (Turkey) belonging to var. violaceum; k-29568 (Japan) – var. densoviolaceum; k-8690 (Ethiopia) – var. griseinigrum; k-28205 (Germany) – var. nudidubium; and for oat these are k-15527 (A. ayssinica Hochst. var. braunii Koern., Ethiopia) and k-15245 (A. strigosa Schreb. subsp. brevis var. tephera Mordv. ex Sold. et Rod., Poland). Conclusion. The obtained results demonstrated that the VIR collection includes accessions with potential value for the development of varieties with an increased anthocyanin content, which can be used as functional food products.

Hordeum vulgare L.Avena sativa L.антоцианыспектрофотометрический методгенетические ресурсы растенийHordeum vulgare L.Avena sativa L.anthocyaninsspectrophotometric methodplant genetic resourcesРабота выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования России в рамках соглашения № 075-15-2020-911 от 16.11.2020 о предоставлении гранта в форме субсидий из федерального бюджета на осуществление государственной поддержки создания и развития научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего».The work was carried out with the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation in the framework of Agreement No. № 075-15-2020-911 of 16.11.2020 on providing a grant in the form of subsidies from the federal budget for the implementation of state support for the creation and development of the world-class scientific center “Agrotechnologies for the futureˮ.ReferencesAbdel-Aal E., Hucl P. A rapid method for quantifying total anthocyanins in blue aleurone and purple pericarp wheats. Cereal Chemistry. 1999;76:350-354.Abdel-Aal E., Hucl P. A rapid method for quantifying total anthocyanins in blue aleurone and purple pericarp wheats. Cereal Chemistry. 1999;76:350-354.Abdel-Aal E.S.M., Young J.C., Rabalski I. Anthocyanin composition in black, blue, pink, purple, and red cereal grains. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2006;54:4696-4704. DOI: 10.1021/jf0606609Abdel-Aal E.S.M., Young J.C., Rabalski I. Anthocyanin composition in black, blue, pink, purple, and red cereal grains. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2006;54:4696-4704. DOI: 10.1021/jf0606609Adzhieva V.F., Babak O.G., Shoeva O.Y., Kilchevsky A.V., Khlestkina E.K. Molecular genetic mechanisms of the development of fruit and seed coloration in plants. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2016;6(5):537-552. DOI: 10.1134/S2079059716050026.Adzhieva V.F., Babak O.G., Shoeva O.Y., Kilchevsky A.V., Khlestkina E.K. Molecular genetic mechanisms of the development of fruit and seed coloration in plants. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2016;6(5):537-552. DOI: 10.1134/S2079059716050026.Bellido G.G., Beta T. Anthocyanin composition and oxygen radical scavenging capacity (ORAC) of milled and pearled purple, black, and common barley. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009;57(3):1022-1028. DOI: 10.1021/jf802846xBellido G.G., Beta T. Anthocyanin composition and oxygen radical scavenging capacity (ORAC) of milled and pearled purple, black, and common barley. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009;57(3):1022-1028. DOI: 10.1021/jf802846xCastañeda-Ovando A., de Lourdes Pacheco-Hernández M., Páez-Hernández M.E., Rodríguez J.A., Galán-Vidal C.A. Chemical studies of anthocyanins: A review. Food Chemistry. 2009;113(4):859-871. DOI: 10.1016/j.foodchem.2008.09.001Castañeda-Ovando A., de Lourdes Pacheco-Hernández M., Páez-Hernández M.E., Rodríguez J.A., Galán-Vidal C.A. Chemical studies of anthocyanins: A review. Food Chemistry. 2009;113(4):859-871. DOI: 10.1016/j.foodchem.2008.09.001Francavilla A., Joye I.J. Anthocyanins in whole grain cereals and their potential effect on health. Nutrients. 2020;12(10):2922. DOI: 10.3390/nu12102922Francavilla A., Joye I.J. Anthocyanins in whole grain cereals and their potential effect on health. Nutrients. 2020;12(10):2922. DOI: 10.3390/nu12102922Grace M.H., Ribnicky D.M., Kuhn P., Poulev A., Logendra S., Yousef G.G., Raskin I., Lila M.A. Hypoglycemic activity of a novel anthocyanin-rich formulation from lowbush blueberry, Vaccinium angustifolium Aiton. Phytomedicine. 2009;16:406-415. DOI: 10.1016/j.phymed.2009.02.018Grace M.H., Ribnicky D.M., Kuhn P., Poulev A., Logendra S., Yousef G.G., Raskin I., Lila M.A. Hypoglycemic activity of a novel anthocyanin-rich formulation from lowbush blueberry, Vaccinium angustifolium Aiton. Phytomedicine. 2009;16:406-415. DOI: 10.1016/j.phymed.2009.02.018Harlan H.V. Some distinctions in our cultivated barleys with reference to their use in plant breeding. Washington, D.C.: U.S. Department of Agriculture; 1914. 38 p. (Bulletin of the U.S. Department of Agriculture; No. 137). DOI: 10.5962/bhl.title.109258Harlan H.V. Some distinctions in our cultivated barleys with reference to their use in plant breeding. Washington, D.C.: U.S. Department of Agriculture; 1914. 38 p. (Bulletin of the U.S. Department of Agriculture; No. 137). DOI: 10.5962/bhl.title.109258Kang S.Y., Seeram N.P., Nair M.G., Bourquin L.D. Tart cherry anthocyanins inhibit tumor development in ApcMin mice and reduce proliferation of human colon cancer cells. Cancer Letters. 2003;194(1):13-19.Kang S.Y., Seeram N.P., Nair M.G., Bourquin L.D. Tart cherry anthocyanins inhibit tumor development in ApcMin mice and reduce proliferation of human colon cancer cells. Cancer Letters. 2003;194(1):13-19.Karaaslan M., Ozden M., Vardin H., Turkoglu H. Phenolic fortification of yogurt using grape and callus extracts. LWT-Food Science and Technology. 2011;44(4):1065-1072.Karaaslan M., Ozden M., Vardin H., Turkoglu H. Phenolic fortification of yogurt using grape and callus extracts. LWT -Food Science and Technology. 2011;44(4):1065-1072.Khlestkina E.K. The adaptive role of flavonoids: emphasis on cereals. Cereal Research Communications. 2013;41:185-198. DOI: 10.1556/CRC.2013.0004Khlestkina E.K. The adaptive role of flavonoids: emphasis on cereals. Cereal Research Communications. 2013;41:185-198. DOI: 10.1556/CRC.2013.0004Jurgoński A., Juśkiewicz J., Zduńczyk Z. Ingestion of black chokeberry fruit extract leads to intestinal and systemic changes in a rat model of prediabetes and hyperlipidemia. Plant Foods for Human Nutrition. 2008;63:176-182. DOI: 10.1007/s11130-008-0087-7Jurgoński A., Juśkiewicz J., Zduńczyk Z. Ingestion of black chokeberry fruit extract leads to intestinal and systemic changes in a rat model of prediabetes and hyperlipidemia. Plant Foods for Human Nutrition. 2008;63:176-182. DOI: 10.1007/s11130-008-0087-7Kim M.J., Hyun J.N., Kim J.A., Park J.C., Kim M.Y., Kim J.G., Lee S.J., Chun S.C., Chung I.M. Relationship between phenolic compounds, anthocyanins content and antioxidant activity in colored barley germplasm. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007;55(12):4802-4809. DOI: 10.1021/jf0701943.Kim M.J., Hyun J.N., Kim J.A., Park J.C., Kim M.Y., Kim J.G., Lee S.J., Chun S.C., Chung I.M. Relationship between phenolic compounds, anthocyanins content and antioxidant activity in colored barley germplasm. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007;55(12):4802-4809. DOI: 10.1021/jf0701943.Lin S., Guo H., Gong J.D.B., Lu M., Lu M.-Y., Wang L., Zhang Q., Qin W., Wu D.-T. Phenolic profiles, β-glucan contents, and antioxidant capacities of colored Qingke (Tibetan hulless barley) cultivars. Journal of Cereal Science. 2018;81:69-75. DOI: 10.1016/j.jcs.2018.04.001.Lin S., Guo H., Gong J.D.B., Lu M., Lu M.-Y., Wang L., Zhang Q., Qin W., Wu D.-T. Phenolic profiles, β-glucan contents, and antioxidant capacities of colored Qingke (Tibetan hulless barley) cultivars. Journal of Cereal Science. 2018;81:69-75. DOI: 10.1016/j.jcs.2018.04.001.Loskutov I.G., Khlestkina E.K. Wheat, barley, and oat breeding for health benefit components in grain. Plants. 2021;10(1):86. DOI: 10.3390/plants10010086Loskutov I.G., Khlestkina E.K. Wheat, barley, and oat breeding for health benefit components in grain. Plants. 2021;10(1):86. DOI: 10.3390/plants10010086Lundqvist U., Franckowiak J.D. Diversity of barley mutants. In: Von Bothmer R., van Hintum T., Knüpffer H., Sato K. (eds.) Diversity in barley (Hordeum vulgare). Amsterdam: Elsevier; 2003 p.77-96.Lundqvist U., Franckowiak J.D. Diversity of barley mutants. In: Von Bothmer R., van Hintum T., Knüpffer H., Sato K. (eds.) Diversity in barley (Hordeum vulgare). Amsterdam: Elsevier; 2003 p.77-96.Nam S.H., Choi S.P., Kang M.Y., Koh H.J., Kozukue N., Friedman M. Antioxidative activities of bran extracts from twenty one pigmented rice cultivars. Food Chemistry. 2006;94:613-620.Nam S.H., Choi S.P., Kang M.Y., Koh H.J., Kozukue N., Friedman M. Antioxidative activities of bran extracts from twenty one pigmented rice cultivars. Food Chemistry. 2006;94:613-620.Prior R.L., Wu X. Anthocyanins: structural characteristics that result in unique metabolic patterns and biological activities. Free Radical Research. 2006;40(10):1014-1028. DOI: 10.1080/10715760600758522Prior R.L., Wu X. Anthocyanins: structural characteristics that result in unique metabolic patterns and biological activities. Free Radical Research. 2006;40(10):1014-1028. DOI: 10.1080/10715760600758522Riaz M., Zia-ul-haq M., Saad B. Anthocyanins as natural colours. In: Anthocyanins and human health: Biomolecular and therapeutic aspects. New York: Springer International; 2016 p.47-55.Riaz M., Zia-ul-haq M., Saad B. Anthocyanins as natural colours. In: Anthocyanins and human health: Biomolecular and therapeutic aspects. New York: Springer International; 2016 p.47-55.Шоева О.Ю., Стрыгина К.В., Хлесткина Е.К. Гены, контролирующие синтез флавоноидных и меланиновых пигментов ячменя. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(3):333-342. DOI 10.18699/VJ18.369.Shoeva O.Y., Strygina K.V., Khlestkina E.K. Genes determining the synthesis of flavonoid and melanin pigments in barley. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(3):333-342. DOI: 10.18699/VJ18.369. [in Russian]. DOI 10.18699/VJ18.369.Shvachko N.A., Loskutov I.G., Semilet T.V., Popov V.S., Kovaleva O.N., Konarev A.V. Bioactive components in oat and barley grain as a promising breeding trend for functional food production. Molecules. 2021;26(8);2260. DOI: 10.3390/molecules26082260Shvachko N.A., Loskutov I.G., Semilet T.V., Popov V.S., Kovaleva O.N., Konarev A.V. Bioactive components in oat and barley grain as a promising breeding trend for functional food production. Molecules. 2021;26(8);2260. DOI: 10.3390/molecules26082260Siebenhandl S., Grausgruber H., Pellegrini N., Del Rio D., Fogliano V., Pernice R., Berghofer E. Phytochemical profile of main antioxidants in different fractions of purple and blue wheat, and black barley. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007;55(21):8541-8547. DOI: 10.1021/jf072021jSiebenhandl S., Grausgruber H., Pellegrini N., Del Rio D., Fogliano V., Pernice R., Berghofer E. Phytochemical profile of main antioxidants in different fractions of purple and blue wheat, and black barley. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007;55(21):8541-8547. DOI: 10.1021/jf072021jСтрыгина К.В. Синтез флавоноидных пигментов в зерновке у представителей Poaceae: общие закономерности и исключения в гомологических рядах Н.И. Вавилова. Генетика. 2020;56(11):1304-1319. DOI: 10.1134/S1022795420110095Strygina K.V. Synthesis of flavonoid pigments in grain of representatives of Poaceae: general patterns and exceptions in N.I. Vavilov’s Homologous Series. Russian Journal of Genetics. 2020;56(11):1345-1358. [in Russian]. DOI: 10.1134/S1022795420110095Тихвинский С.Ф. Антоциановые формы культурных растений и их использование в селекции. Сборник трудов Кировского СХИ; 1991:3-6.Tikhvinsky S.F. Anthocyanin forms of cultivated plants and their use in breeding (Antotsianovye formy kulturnykh rasteniy i ikh ispolzovaniye v selektsii). Sbornik trudov Kirovskogo SKHI = Proceedings of the Kirov Agricultural Institute. 1991;3-6 [in Russian].Тихвинский С.Ф., Доронин С.В. Антоциановые пигменты растений и их роль в адаптивной селекции сельскохозяйственных культур. Теоретическая и прикладная экология. 2007;3:15-19.Tikhvinsky S.F., Doronin S.V. Anthocyan pigments of plants and their role in adaptive selection of agricultures. Theoretical and applied ecology. 2007;3:15-19. [in Russian].Tsuda T., Horio F., Osawa T. Cyanidin 3-O-β-D-glucoside suppresses nitric oxide production during a zymosan treatment in rats. Journal of Nutritional Science and Vitaminology (Tokyo). 2002;48(4):305-310. DOI: 10.3177/jnsv.48.305Tsuda T., Horio F., Osawa T. Cyanidin 3-O-β-D-glucoside suppresses nitric oxide production during a zymosan treatment in rats. Journal of Nutritional Science and Vitaminology (Tokyo). 2002;48(4):305-310. DOI: 10.3177/jnsv.48.305Varga M., Berkesi O., Darula Z., May N., Palágyi A. Structural characterization of allomelanin from black oat. Phytochemistry. 2016;130:313-320. DOI: 10.1016/j.phytochem.2016.07.002.Varga M., Berkesi O., Darula Z., May N., Palágyi A. Structural characterization of allomelanin from black oat. Phytochemistry. 2016;130:313-320. DOI: 10.1016/j.phytochem.2016.07.002.Варгач Ю.И., Лоскутов И.Г., Мертвищева М.Е. Антиоксидантная активность зерновок овса (Avena L.). В кн.: Идеи Н.И. Вавилова в современном мире: тезисы докладов IV Вавиловской международной научной конференции, Санкт-Петербург, 20–24 ноября 2017 г. Санкт-Петербург: ВИР; 2017. С.234-235.Vargach J.I., Loskutov I.G., Mertvishcheva M.E. Antioxidant activity of oat kernel (Avena L.) In: N.I. Vavilov's ideas in the modern world. IV. Vavilov international conference "N.I. Vavilov's ideas in the contemporary world", St. Petersburg, November 20-24, 2017. St. Petersburg;VIR, 2017. p.234-235. [in Russian].Вавилов Н.И. Центры происхождения культурных растений. В кн.: Н.И. Вавилов. Избранные произведения: В 2 т. Т. 1. Ленинград: Наука; 1967. С.88-202.Vavilov N.I. Centres of origin of cultivated plants (Tsentry proiskhozhdeniya kulturnykh rasteniy). In.: N.I. Vavilov. Selected works: In 2 volumes. Vol. 1 (N.I. Vavilov Izbranny`e proizvedeniya: V 2 t. T. 1). Leningrad: Nauka; 1967. p.88-202. [in Russian].Юдина Р.С., Гордеева Е.И., Шоева О.Ю., Тихонова М.А., Хлесткина Е.К. Антоцианы как компоненты функционального питания. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(2):178-189. DOI: 10.18699/VJ21.022Yudina R.S., Gordeeva E.I., Shoeva O.Yu., Tikhonova M.A., Khlestkina E.K. Anthocyanins as functional food components. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(2):178-189. [in Russian]. DOI: 10.18699/VJ21.022Zhang X-W, Jiang Q-T, Wei Y-M, Liu C. Inheritance analysis and mapping of quantitative trait loci (QTL) controlling individual anthocyanin compounds in purple barley (Hordeum vulgare L.) grains. PLoS ONE. 2017;12(8):e0183704. DOI: 10.1371/journal.pone.0183704Zhang X-W, Jiang Q-T, Wei Y-M, Liu C. Inheritance analysis and mapping of quantitative trait loci (QTL) controlling individual anthocyanin compounds in purple barley (Hordeum vulgare L.) grains. PLoS ONE. 2017;12(8):e0183704. DOI: 10.1371/journal.pone.0183704

The authors declare that there are no conflicts of interest present.