Молекулярно-генетический инструментарий для анализа дифференциальной экспрессии генов субъединиц β-конглицининов сои

Большая часть белков в семенах сои являются запасными, среди которых β-конглицинины и глицинины, необходимы растению для прорастания семян. В то же время, они являются наиболее ценными соевыми белками, использующимися в пищевой промышленности, так как их субъединичный состав и доля от общего белка может влиять на качество получаемого пищевого продукта. β-конглицинины являются тримерами, состоящими из разного состава субъединиц, обозначаемых как α', α, β и кодируемых генами CG-1, CG-3 и CG-4 соответственно. Для ПЦР-анализа использовали модельный сорт сои ‘Сентябринка’. В качестве матрицы использовали комплементарную ДНК, синтезированную на основе РНК, выделенной из семян исследуемого сорта. Применяли пары праймеров к транскриптам генов CG-1, CG-3 и CG-4, созданные in silico. В результате ПЦР и анализа полученных электрофореграмм подобраны оптимальные температуры отжига праймеров для генов CG-1, CG-3 и CG-4, при которых проявляется только характерный фрагмент. Таким образом, для комплексного изучения качественного и количественного состава соевого белка создан молекулярно-генетический инструментарий, с помощью которого можно осуществлять дальнейший анализ дифференциальной экспрессии генов, отвечающих за синтез субъединиц β-конглицининов сои.

1. Adams G. A beginner’s guide to RT-PCR, qPCR and RT-qPCR. The Biochemist. 2020;42(3):48-53. DOI: 10.1042/BIO20200034

2. Degen H.-J., Deufel A., Eisel D., Grünewald-Janho S., Keesey J. (eds). PCR applications manual. Roche Molecular Biochemicals. 3rd ed. Mannheim, Germany: Roche Applied Science; 2006.

3. Fukushima D. Soy proteins. In: G.O. Phillips, P.A. Williams (eds). Handbook of Food Proteins. Woodhead Publishing Limited; 2011. p.210-232. DOI: 10.1533/9780857093639.210

4. Green M.R, Sambrook J. Polymerase Chain Reaction (PCR). Cold Spring Harbor Protocols. 2019;6:436-456. DOI: 10.1101/pdb.top095109

5. Hooker J.C., Nissan N., Luckert D., Charette M., Zapata G., Lefebvre F., Mohr R.M., Daba K.A., Warkentin T.D., Hadinezhad M., Barlow B., Hou A., Golshani A., Cober E.R., Samanfar B. A multi-year, multi-cultivar approach to differential expression analysis of high- and low-protein soybean (Glycine max). International journal of molecular sciences. 2023;24(1):222. DOI: 10.3390/ijms24010222

6. Jones S.I., Vodkin L.O. Using RNA-Seq to profile soybean seed development from fertilization to maturity. PLoS One. 2013;8(3):e59270. DOI: 10.1371/journal.pone.0059270

7. Kaczmarczyk A., Bowra S., Elek Z., Vincze E. Quantitative RT-PCR based platform for rapid quantification of the transcripts of highly homologous multigene families and their members during grain development. BMC Plant Biology. 2012;12:184. DOI: 10.1186/1471-2229-12-184

8. Noma S., Kawaura K., Hayakawa K., Abe C., Tsuge N., Ogihara Y. Comprehensive molecular characterization of the α/β-gliadin multigene family in hexaploid wheat. Molecular Genetics and Genomics. 2016;291(1):65-77. DOI: 10.1007/s00438-015-1086-7

9. Peng L., Qian L., Wang M., Liu W., Song X., Cheng H., Yuan F., Zhao M. Comparative transcriptome analysis during seeds development between two soybean cultivars. PeerJ. 2021;9:e10772. DOI: 10.7717/peerj.10772

10. Penzin A.A., Timkin P.D. In silico design of primers for profiling spare soy proteins. Journal of Bioinformatics and Genomics. 2023;3(21):1-5. DOI: 10.18454/jbg.2023.21.4

11. Qin P., Wang T., Luo Y. A review on plant-based proteins from soybean: Health benefits and soy product development. Journal of Agriculture and Food Research. 2022;7(12):100265. DOI: 10.1016/j.jafr.2021.100265

12. Rodríguez A., Rodríguez M., Córdoba J.J., Andrade M.J. Design of primers and probes for quantitative real-time PCR methods. In: Methods in Molecular Biology. 2015. Vol. 1275. p.31-56. DOI: 10.1007/978-1-4939-2365-6_3

13. Siddique S., Mustafa S.Е., Saggo A.A., Amam M. Physiological and nutraceutical properties of soybean (Glycine max L.). In: J.C. Jimenez-Lopez, J. Escudero-Feliu. Soybean Crop – Physiological, Genetic and Nutraceutical Aspects. 2024. DOI: 10.5772/intechopen.113864

14. SoyBase. Integrating Genetics and Genomics to Advance Soybean Research Available from: https://soybase.org/ [accessed Jun. 24, 2024]

15. Sui X., Zhang T., Jiang L. Soy protein: molecular structure revisited and recent advances in processing technologies. Annual Review of Food Science and Technology. 2021;12(1):119-147. DOI: 10.1146/annurev-food-062220-104405

16. Tang C. Nanostructures of soy proteins for encapsulation of food bioactive ingredients. In: S.M. Jafari (ed.). Biopolymer Nanostructures for Food Encapsulation Purposes. Academic Press; 2019. Vol. 1. p.247-285. DOI: 10.1016/b978-0-12-815663-6.00010-0

17. Van Den Berg L.A., Mes J.J., Mensink M., Wanders A.J. Protein quality of soy and the effect of processing: a quantitative review. Frontiers in Nutrition. Sec. Nutrition and Food Science Technology. 2022;9. DOI: 10.3389/fnut.2022.1004754

18. Wang T. Qin G.-X., Sun Z.-W., Zhao Y. Advances of research on glycinin and β-conglycinin: A review of two major soybean allergenic proteins. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2014;54(7):850-862. DOI: 10.1080/10408398.2011.613534

19. Wiederstein M., Baumgartner S., Lauter K. Soybean (Glycine max) allergens – a review on an outstanding plant food with allergenic potential. The American Chemical Society Food Science & Technology. 2023;3(3):363-378. DOI: 10.1021/acsfoodscitech.2c00380

20. Yang A., Yu X., Zheng A., James A.T. Rebalance between 7S and 11S globulins in soybean seeds of differing protein content and 11SA4. Food Chemistry. 2016:210:148-155. DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.04.095

21. Yoshino M., Kanazawa A., Tsutsumi K., Nakamura I., Shimamoto Y. Structure and characterization of the gene encoding α subunit of soybean β-conglycinin. Genes & Genetic Systems. 2001;2(76):99-105. DOI: 10.1266/ggs.76.99

22. Yoshino M, Kanazawa A, Tsutsumi K, Nakamura I, Takahashi K, Shimamoto Y. Structural variation around the gene encoding the α subunit of soybean β-conglycinin and correlation with the expression of the α subunit. Breeding Science. 2002;52:285-292. DOI: 10.1270/jsbbs.52.285

23. Zhang S., Du H., Ma Y., Li H., Kan G., Yu D. Linkage and association study discovered loci and candidate genes for glycinin and β-conglycinin in soybean (Glycine max L. Merr.). Theoretical and Applied Genetics. 2021;134(4):1201-1215. DOI: 10.1007/s00122-021-03766-6

24. Zhao Y., Naren G., Qiang J., Qin G., Bao N., Farouk M.H. Identification of allergic epitopes of soybean β-conglycinin in different animal species. Frontiers in veterinary science. 2021;7:599546. DOI: 10.3389/fvets.2020.599546