БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2021.5.948rus

УДК 633.15:581.192:58.088

Исследования проводятся в Сербии и в Российской Федерации под руководством профессора C.N. Ra-denovich (г. Белград, Сербия) и профессора Г.В. Максимова (г. Москва, Россия) и финансируются национальными министерствами и ведомствами (РНФ для ГВМ № 19-79- 30062).

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ И СПЕКТРОСКОПИИ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА СОСТОЯНИЯ БИОМОЛЕКУЛ У ЛИНИЙ КУКУРУЗЫ Zea mays L.

C.N. RADENOVICH1, 5, Г.В. MAKСИМОВ2 , В.В. ШУТОВА3, J. HAO4,
N.S. DELICH1, M.D. SECHANSKY1, A.S. POPOVICH1

В настоящее время мало неинвазивных методов, которые позволяют контролировать содержание и конформацию молекул биоактивных органических соединений в клетках и тканях растений не только в лабораторных, но и в полевых условиях. Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния (ИК- и КР-спектроскопия) активно используется для анализа роли молекул некоторых веществ в селекции сельскохозяйственных культур. С помощью методов вибронной спектроскопии мы исследовали изменения содержания и конформации молекул хлоропластов у различных линий кукурузы. Методом ИК-спектроскопии (область 3500-3000 см-1) установлено, что в воде, углеводах и белках хлоропластов доля колебаний ОН-групп и внутри- и межмолекулярных Н-связей максимальна у линии кукурузы ZPPL 186, а колебаний NH-групп амидов (белки) минимальна у линии ZPPL 225. Доказано, что для линии ZPPL 186 характерна максимальная доля колебаний от молекул алканов, карбоновых кислот (область 2920-2860 см-1) и деформационных колебаний ароматических структур (полоса 1000 см-1), находящихся в хлоропластах, тогда как для линии M1-3-3-sdms — доля валентных колебания O=C=O связей (полоса 2300 см-1). С использованием КР-спектроскопии (области 1250-500 см-1 и 1535-1400 см-1) обнаружено, что различия в спектрах между линиями кукурузы связаны с выявленными изменениями конформации молекул каротиноидов в хлоропластах, но не молекул целлюлозы. Установлено, что у всех образцов (кроме ZPPL 225) молекулы каротиноидов находятся в 15-trans форме с различной конформацией полиеновой цепи. Отметим, что у линии ZPPL 186 конформация каротиноидов, находящихся в хлоропластах, характеризуется минимальной величиной поворота вне плоскости полиеновой цепи и более выраженными колебаниями боковой СН3-группы. Высказывает предположение, что у изученных линий кукурузы каротиноиды хлоропластов листа не взаимодействуют с ароматическими аминокислотами белков. По мнению авторов, сочетание методов ИК- и КР-спектроскопии хлоропластов листа можно рекомендовать для контроля за содержанием и конформациоными изменениями биомолекул при селекции кукурузы.

Ключевые слова: Zea mays L., инбредная линия, лист, хлоропласты, спектры комбинационного рассеяния, инфракрасные спектры, конформационные изменения, углеводы, каротиноиды, белки, селекционное тестирование.

 

 

USING INFRARED SPECTROSCOPY AND RAMAN SPECTROSCOPY TO EVALUATE THE CONFORMATION OF BIOMOLECULES IN MAIZE (Zea mays L.) LINES

C.N. Radenovich1, 5, G.V. Maksimov2, V.V. Shutova3, J. Hao4,
N.S. Delich1, M.D. Sechansky1, A.S. Popovich1

Currently, there are few non-invasive methods that allow you to control the content and conformation of molecules in plant cells and tissues, not only in the laboratory, but also in the field. Infrared microscopy and Raman spectroscopy (IR and Raman spectroscopy) are actively used to analyze the role of molecules of certain substances in crop breeding. Using methods of vibronic spectroscopy, we investigated changes in the content and conformation of chloroplast molecules of various maize lines. Using infrared (IR) spectroscopy (3500-3000 cm-1) it was found that in the chloroplasts, the proportion of vibrations of OH-groups and intramolecular and intermolecular H bonds is maximum for the maize line ZPPL 186, and vibrations of NH-groups of amides (proteins) is minimal for ZPPL 225. It has been proven that ZPPL 186 chloroplasts are characterized by the maximum proportion of stretching vibrations from alkane molecules, carboxylic acids (region 2920-2860 cm-1) and deformation vibrations of aromatic structures (band at 1000 cm-1), and for the line M1-3-3-sdms, the fraction of stretching vibrations of O=C=O bonds (band at 2300 cm-1) is characteristic. Using Raman spectroscopy (range of 1250-500 cm-1 and 1535-1400 cm-1), it was found that differences in the chloroplasts of different maize lines are associated with changes in the conformation of chloroplast carotenoid molecules (rather than cellulose molecules). It was found that in two samples (except ZPPL 225), carotenoid molecules are in the 15-trans form with different conformation of the polyene chain. We note that the conformation of carotenoids of the ZPPL 186 line is characterized by a minimum amount of rotation outside the plane of the polyene chain and has more pronounced vibrations of the lateral CH3-group. It was assumed that carotenoids of leaf chloroplasts of various maize lines lack interactions with aromatic amino acids of proteins. According to the authors, the combined use of IR and Raman spectroscopy of the leaf chloroplast fraction can be recommended for monitoring the content and conformation of biomolecules in maize breeding.

Keywords: Zea mays L., inbred line, leaf, chloroplast, Raman spectra, infrared spectra, conformation changes, carbohydrates, carotenoids, proteins, maize breeding.

 

1Institut za kukuruz «Zemun Polje»,
11185 Beograd-Zemun, ul. Slobodana Bajica 1, Srbija,
e-mail: radenovic@sbb.rs ✉, ndelic@mrizp.rs, msecanski@mrizp.rs, dobropoljac@yahoo.com;
2ФГБОУ ВО Московский государственный университет
им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет,

119234 Россия, г. Москва, Ленинские горы, МГУ, 1, стр. 12, Биологический факультет МГУ,
e-mail: maksimov@mail.ru ✉;
3ФГБОУ ВО Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева,
430005 Россия, Республика Мордовия, г. Саранск,
ул. Большевистская, 68,
e-mail: vshutova@yandex.ru;
4Shenzhen MSU-BIT University, Biology Department,
No 299, Ruyi Road, Longgang District,
Shenzhen, Guangdong, 518172 China,
e-mail: haojr@szmsubit.edu.cn;
5University of Belgrade, Faculty for Physical Chemistry,
12-16 Studentski trg, 11000 Belgrade, Srbija

Поступила в редакцию
15 июля 2020 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML