ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2022-6-11-16ovoshchi-2063Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ, СЕМЕНОВОДСТВО И БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙBREEDING, SEED PRODUCTION AND PLANT BIOTECHNOLOGYСравнительный анализ содержания антоцианов в различных образцах томата в связи с селекциейComparative analysis of anthocyanin content in various tomato samples in connection with breedinghttps://orcid.org/0000-0002-2216-0094ДжосЕ. А.DzhosE. A.

Елена Алексеевна Джос – кандидат с.-х. наук, зав. лаб. селекции и семеноводства пасленовых культур

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14;Москва

Elena A. Dzhos – Cand. Sci. (Agriculture)

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072;Moscow

elenadzhos@mail.ruМамедовМ. И.MamedovM. I.

Мубариз Иса оглы Мамедов – доктор с.-х. наук, главный научный сотрудник

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Mubaris I. Mamedov – Doc. Sci. (Agriculture), Chief Scientific Officer

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

https://orcid.org/0000-0001-9744-2443ПышнаяО. Н.PyshnayaO. N.

Ольга Николаевна Пышная – доктор с.-х. наук

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Olga N. Pyshnaya – Doc. Sci. (Agriculture)

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

pishnaya_o@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1803-9168ГолубкинаН. А.GolubkinaN. A.

Надежда Александровна Голубкина – доктор с.-х. наук, главный научный сотрудник лабораторно-аналитического отдела

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Nadezhda A. Golubkina – Doc. Sci. (Agriculture), leading researcher of laboratory-analytical department

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

segolubkina45@gmail.comВербаО. В.VerbaO. V.

Ольга Владимировна Верба – кандидат с.-х. наук, научный сотрудник 

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Olga V. Verba – Cand. Sci. (Agriculture)

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

verbaov@mail.ruМатюкинаА. А.MatyukinaA. A.

Анна Алексеевна Матюкина – научный сотрудник

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Anna A. Matyukina – Senior Researcher

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр овощеводства" (ФГБНУ ФНЦО); Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наукРоссияFederal State Budgetary Scientific Institution “Federal Scientific Vegetable Center” (FSBSI FSVC); Federal Research Center Fundamentals of Biotechnology, Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр овощеводства" (ФГБНУ ФНЦО)РоссияFederal State Budgetary Scientific Institution “Federal Scientific Vegetable Center” (FSBSI FSVC)Russian Federation202207122022061116Copyright © Джос Е.А., Мамедов М.И., Пышная О.Н., Голубкина Н.А., Верба О.В., Матюкина А.А., 20222022Джос Е.А., Мамедов М.И., Пышная О.Н., Голубкина Н.А., Верба О.В., Матюкина А.А.Dzhos E.A., Mamedov M.I., Pyshnaya O.N., Golubkina N.A., Verba O.V., Matyukina A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vegetables.su/jour/article/view/2063Актуальность

Актуальность. Антоциановые пигменты могут синтезироваться в стебле, листьях, чашеч- ке, кожуре и мякоти плодов томата. Эти соединения защищают фотосинтетический аппарат растения, нейтрализуют свободные радикалы, повышают эффективность усвоения фосфора и азота, обладают осморегулирующей функцией, антимикробной активностью, повышают уровень адаптации к неблагоприятным условиям окружающей среды. Кроме того, антоцианы, поступающие с растительной пищей, играют важную роль в профилактике сахарного диабета II типа, нейродегенеративных процессах, сердечно-сосудистых и инфекционных заболеваний. Поэтому выращивание томатов с антоциановой окраской плодов является перспективным направлением для отрасли овощеводства России. Овощная продукция, содержащая антиоксидантные вещества, относится к функциональным продуктам и отвечает концепции здорового питания. У томата, как одной из наиболее популярных и наиболее часто употребляемых в пищу овощных культур, повышение содержания антоцианов в плодах путем селекции является актуальным направлением.

Материал и методы

Материал и методы. В работе изучены селекционные образцы ФГБНУ ФНЦО: Л-Ch-365, Л- IR-2080, Л-Земба, гибридная комбинация F1 Земба х Л-Ch-365, сорт сибирского ботаниче- ского сада Bosare blue. Целью наших исследований являлось определение количественного состава фенольных соединений – антоцианов в различных образцах томата, и на их основе определение задач селекции по повышению содержания фенольных соединений.

Результаты

Результаты. В результате проведенных исследований изучено количественное содержа- ние антоцианов в плодах различных образцов томата, от которого зависит диетическое и лечебное качество плодов. Получены источники высокого содержания антоцианов (ЛЗемба, Л-IR-2080), что позволит вести направленную селекционную работу на высокое содержание фенольных соединений. Показано, что антоциановые образцы томата могут быть богаты каротиноидами, что дает возможность создавать новые сорта и гибриды с высоким содержанием водо- и жирорастворимых антиоксидантов. Выделены перспективные образцы для селекции по комплексу биохимических показателей: Л-Земба, Л-IR2080, Bosare blue. Показано, что отбор на высокое содержание антоцианов можно проводить на различных этапах созревания плодов (крупный зрелый плод, бланжевый, биологическая спелость), отбирая наиболее насыщенную окраску. Созданный в ФГБНУ ФНЦО сорт томата Земба имеет достаточно высокие показатели содержания антоцианов и рекомендуется для выращивания в производстве. 

Relevance

Relevance. Anthocyanin pigments can be synthesised in the stem, leaves, calyx, peel and pulp of tomato fruit. These compounds protect the photosynthetic apparatus of the plant, neutralise free radicals, increase the efficiency of phosphorus and nitrogen assimilation, have an osmoregulatory function, antimicrobial activity and increase the level of adaptation to unfavourable environmental conditions. In addition, anthocyanins from plant foods play an important role in the prevention of type II diabetes, neurodegenerative processes, cardiovascular and infectious diseases. Therefore, the cultivation of tomatoes with anthocyanin-coloured fruits is a perspective area for the vegetable industry in Russia. Vegetable products containing antioxidant substances belong to the functional products and conform to the concept of a healthy diet. As one of the most popular and frequently consumed vegetable crops, the anthocyanin content of tomato is advisable to increase in the fruit (peel and pulp).

Material and methods

Material and methods. In this work we studied breeding samples of FSBSI FSVC: L-Ch-365, L-IR-2080, L-Zemba, hybrid combination F1 Zemba x L-Ch-365, variety of Siberian Botanical Garden Bosare blue. The aim of our research was to determine the quantitative composition of phenolic compounds - anthocyanins in different tomato samples, and on this basis to determine the objectives of breeding to improve the content of phenolic compounds.

Results

Results. As a result of the research, the quantitative content of anthocyanins in fruits of dif- ferent tomato specimens has been studied, on which the dietary and medicinal quality of the fruits depends. The sources of high content of anthocyanins (L-Zemba, L-IR-2080) have been obtained, which will make possible to conduct directed breeding work for high content of phenolic compounds. It has been shown that anthocyanin-rich tomato samples can be rich in carotenoids, which gives an opportunity to create new varieties and hybrids with high content of water- and fat-soluble antioxidants. Potential samples for breeding according to the complex of biochemical indicators have been identified: L-Zemba, L-IR-2080, Bosare blue. It has been shown that selection for high content of anthocyanins can be performed at various stages of fruit ripening (large ripe fruit, blangetongue, biological ripeness), selecting the most intense colouring. The Zemba tomato variety developed at FSBSI FSVC has a sufficiently high anthocyanin content and is recommended for cultivation in production. 

томатантоцианбиохимические показателиисходный материалокраска плодовtomatoanthocyaninbiochemical parametersstarting materialfruit coloringРабота выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 19-16-00016 и Министерства науки и высшего образования РФ.The work was supported by the Russian Science Foundation (grant 19-16-00016) and the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation.ReferencesMes P.J., Boches P., Myers J.R., Durst R. Characterization of tomatoes expressing anthocyanins in the fruit. J Am Soc Hort Sci. 2008;(133):262–9. DOI: 10.21273/JASHS.133.2.262.Mes P.J., Boches P., Myers J.R., Durst R. Characterization of tomatoes expressing anthocyanins in the fruit. J Am Soc Hort Sci. 2008;(133):262–9. DOI: 10.21273/JASHS.133.2.262.Andersen M., Jordheim M. Basic anthocyanin chemistry and dietary sources. In: Wallace TC, Giusti M..M, editors. Anthocyanins in Health and Disease. Boca Raton, FL: CRC Press; Taylor & Francis Group. 2014. p. 13–90. DOI: 10.1201/b15554-3.Andersen M., Jordheim M. Basic anthocyanin chemistry and dietary sources. In: Wallace TC, Giusti M..M, editors. Anthocyanins in Health and Disease. Boca Raton, FL: CRC Press; Taylor & Francis Group. 2014. p. 13–90. DOI: 10.1201/b15554-3.Wu X. Antioxidant activities of anthocyanins. In: Wallace TC, Giusti MM, editors. Anthocyanins in Health and Disease. Boca Raton, FL: CRC Press; Taylor & Francis Group. 2014. p. 141–64. DOI: 10.1201/b15554-6.Wu X. Antioxidant activities of anthocyanins. In: Wallace TC, Giusti MM, editors. Anthocyanins in Health and Disease. Boca Raton, FL: CRC Press; Taylor & Francis Group. 2014. p. 141–64. DOI: 10.1201/b15554-6.Ooe E., Ogawa K., Horiuchi T., et al. Analysis and characterization of anthocyanins and carotenoids in Japanese blue tomato. Biosci. Biotechnol. Biochem. 2016;80(2):341-349. DOI: 10.1080/09168451.2015.1091715.Ooe E., Ogawa K., Horiuchi T., et al. Analysis and characterization of anthocyanins and carotenoids in Japanese blue tomato. Biosci. Biotechnol. Biochem. 2016;80(2):341-349. DOI: 10.1080/09168451.2015.1091715.Wang Y., Luo Z., Lu C., et al. Transcriptome profiles reveal new regulatory factors of anthocyanin accumulation in a novel purple-colored cherry tomato cultivar Jinling Moyu. Plant Growth Regulation. 2019;87(1):9-18. DOI: 10.1007/s10725-018-0444-y.Wang Y., Luo Z., Lu C., et al. Transcriptome profiles reveal new regulatory factors of anthocyanin accumulation in a novel purple-colored cherry tomato cultivar Jinling Moyu. Plant Growth Regulation. 2019;87(1):9-18. DOI: 10.1007/s10725-018-0444-y.Jones C.M., Mes P., Myers J.R. Characterization and inheritance of the Anthocyanin fruit (Aft) tomato. J. Hered. 2003;94(6):449-456. DOI: 10.1093/jhered/esg093.Jones C.M., Mes P., Myers J.R. Characterization and inheritance of the Anthocyanin fruit (Aft) tomato. J. Hered. 2003;94(6):449-456. DOI: 10.1093/jhered/esg093.Khlestkina E. The adaptive role of flavonoids: emphasis on cereals. Cereal Res. Commun. 2013;41(2):185-198. DOI: 10.1556/CRC.2013.0004.Khlestkina E. The adaptive role of flavonoids: emphasis on cereals. Cereal Res. Commun. 2013;41(2):185-198. DOI: 10.1556/CRC.2013.0004.Achterfeldt S., Traka M., Martin C., Vauzour D., and Kroon P. A. Do anthocyanins in purple tomatoes reduce the risk of cardiovascular disease? Proc. Nutr. Soc.2015;(74):E85. DOI: 10.1017/S0029665115001007.Achterfeldt S., Traka M., Martin C., Vauzour D., and Kroon P. A. Do anthocyanins in purple tomatoes reduce the risk of cardiovascular disease? Proc. Nutr. Soc.2015;(74):E85. DOI: 10.1017/S0029665115001007.Charepalli V., Reddivari L., Radhakrishnan S., Vadde R., Agarwal, R., Vanamala J.K. Anthocyanin-containing purple-fleshed potatoes suppress colon tumorigenesis via elimination of colon cancer stem cells. J. Nutr. Biochem. 2015;(26),1641–1649. DOI:10.1016/j.jnutbio.2015.08.005.Charepalli V., Reddivari L., Radhakrishnan S., Vadde R., Agarwal, R., Vanamala J.K. Anthocyanin-containing purple-fleshed potatoes suppress colon tumorigenesis via elimination of colon cancer stem cells. J. Nutr. Biochem. 2015;(26),1641–1649. DOI:10.1016/j.jnutbio.2015.08.005.Howard B.V., Kritchevsky D., Nutrition Committee. Phytochemicals and cardiovascular disease a statement for healthcare professionals from the American heart association. Circulation. 1997;95(11):2591-2593. DOI:10.1161/01.CIR.95.11.2591.Howard B.V., Kritchevsky D., Nutrition Committee. Phytochemicals and cardiovascular disease a statement for healthcare professionals from the American heart association. Circulation. 1997;95(11):2591-2593. DOI:10.1161/01.CIR.95.11.2591.Sancho R.A.S., Pastore G.M. Evaluation of the effects of anthocyanins in type 2 diabetes. Food Res. Int. 2012;46(1):378-386.Sancho R.A.S., Pastore G.M. Evaluation of the effects of anthocyanins in type 2 diabetes. Food Res. Int. 2012;46(1):378-386.Lila M.A. Anthocyanins and human health: an in vitro investigative approach. BioMed Research International. 2004;2004(5):306-313. DOI:10.1155/S111072430440401X.Lila M.A. Anthocyanins and human health: an in vitro investigative approach. BioMed Research International. 2004;2004(5):306-313. DOI:10.1155/S111072430440401X.Катасонов А.Б. Антоцианы для профилактики и лечения нейродегенеративных заболеваний. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2022;122(4):16–22. DOI:10.17116/jnevro202212204116.Katasonov A.B. Anthocyanins for the prevention and treatment of neurodegenerative diseases. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. Zhurnal nevrologii i psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. 2022;122(4):16–22. (In Russ.). DOI:10.17116/jnevro202212204116.Bassolino L., Zhang Y., Schoonbeek H.J., et al. Accumulation of anthocyanins in tomato skin extends shelf life. New Phytologist. 2013;200(3):650-655. DOI: 10.1111/nph.12524Bassolino L., Zhang Y., Schoonbeek H.J., et al. Accumulation of anthocyanins in tomato skin extends shelf life. New Phytologist. 2013;200(3):650-655. DOI: 10.1111/nph.12524Zhang Y., Butelli E., De Stefano R., et al. Anthocyanins double the shelf life of tomatoes by delaying overripening and reducing susceptibility to gray mold. Curr. Biol. 2013;23(12):1094- 1100. DOI: 10.1016/j.cub.2013.04.072.Zhang Y., Butelli E., De Stefano R., et al. Anthocyanins double the shelf life of tomatoes by delaying overripening and reducing susceptibility to gray mold. Curr. Biol. 2013;23(12):1094- 1100. DOI: 10.1016/j.cub.2013.04.072.Бондарцев А.С. Шкала цветов. Пособие для биологов при научных и прикладных исследованиях. Издательство Академии наук СССР. 1954. 29 с.Bondartsev A.S. Scale of colors. Handbook for biologists in scientific and applied research. Publishing House of the USSR Academy of Sciences.1954. P 29. (In Russ.).ГОСТ 31640-2012 Межгосударственный стандарт «Корма. Методы определения содержания сухого вещества».“Feeds. Methods for determination of dry matter content”. (In Russ.).Голубкина Н.А., Кекина Е.Г., Молчанова А.В., Антошкина М.С., Надежкин С.М., Солдатенко А.В. Антиоксиданты растений и методы их определения. М., Инфра-М. 2020.Golubkina N.A., Kekina H.G., Molchanova A.V., Antoshkina M.S., Nadezhkin S.M., Soldatenko A.V. Antioxidants of plants and methods of their determination. M., Infra-M. 2020. (In Russ.).Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods of Enzymology. 1987;(148):350-382. doi:10.1016/0076-6879(87)48036-1Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods of Enzymology. 1987;(148):350-382. doi:10.1016/0076-6879(87)48036-1Кидин В.В. Практикум по агрохимии, М. Колос 2012.Kidin V.V. Workshop on agrochemistry, M. Kolos 2012. (In Russ.).Кондратьева И.Ю. Частная селекция томата: детерминантные формы томата (Lycopersicum esculentum L. var. vulgare Brezh., var. validum Brezh.) для открытого грунта. ГНУ "Всероссийский науч.-исслед. ин-т селекции и семеноводства овощных культур" Российской акад. с.-х. наук. Москва. Издво ВНИИССОК. 2010; ISBN 978-5-901695-38-8. EDN QLBHTZ.Kondratieva I.Y. Private tomato breeding: determinant forms of tomato (Lycopersicum esculentum L. var. vulgare Brezh., var. validum Brezh.) for open ground. GNU "AllRussian Scientific research Institute of Breeding and seed production of vegetable crops" of the Russian Academy of Agricultural Sciences. Moscow. VNIISSOK. 2010; ISBN 978-5-901695-38-8. EDN QLBHTZ. (In Russ.).Методические указания по селекции сортов и гибридов томата для открытого и защищенного грунта. Москва.1986.Methodological guidelines for the selection of tomato varieties and hybrids for open and protected ground. Moscow.1986. (In Russ.).Gruber K. Agrobiodiversity: The living library. Nature. 2017;544(7651):S8- S10.Gruber K. Agrobiodiversity: The living library. Nature. 2017;544(7651):S8- S10.Su X., Xu, J., Rhodes, D., et al. Identification and quantification of anthocyanins in transgenic purple tomato. Food Chemistry. 2016;(202):184-188. DOI:10.1016/j.foodchem.2016.01.128.Su X., Xu, J., Rhodes, D., et al. Identification and quantification of anthocyanins in transgenic purple tomato. Food Chemistry. 2016;(202):184-188. DOI:10.1016/j.foodchem.2016.01.128.Bovy A.G., de Vos R., Kemper M., Schijlen EGWM, Almenar Pertejo M, Muir S, et al. High flavonol tomatoes resulting from the heterologous expression of the maize transcription factor genes LC and C1. Plant Cell. 2002;(14):2509–26. doi: 10.1105/tpc.004218.Bovy A.G., de Vos R., Kemper M., Schijlen EGWM, Almenar Pertejo M, Muir S, et al. High flavonol tomatoes resulting from the heterologous expression of the maize transcription factor genes LC and C1. Plant Cell. 2002;(14):2509–26. doi: 10.1105/tpc.004218.Butelli E., Titta L., Giorgio M., Mock H-P, Matros A., Peterek S., et al. Enrichment of tomato fruit with health-promoting anthocyanins by expression of select transcription factors. Nature Biotechnol. 2008;(26):1301–8. doi: 10.1038/nbt.1506.Butelli E., Titta L., Giorgio M., Mock H-P, Matros A., Peterek S., et al. Enrichment of tomato fruit with health-promoting anthocyanins by expression of select transcription factors. Nature Biotechnol. 2008;(26):1301–8. doi: 10.1038/nbt.1506.Willits M.G., Kramer C.M., Prata RTN, De Luca V., Potter B.G., Steffens J.C., et al. Utilization of the genetic resources of wild species to create a nontransgenic high flavonoid tomato. J Agric Food Chem. 2005;(53):1231–6. doi: 10.1021/jf049355i.Willits M.G., Kramer C.M., Prata RTN, De Luca V., Potter B.G., Steffens J.C., et al. Utilization of the genetic resources of wild species to create a nontransgenic high flavonoid tomato. J Agric Food Chem. 2005;(53):1231–6. doi: 10.1021/jf049355i.Blando F., Berland H., Maiorano G., Durante M., Mazzucato A., Picarella M.E., Nicoletti I., Gerardi C., Mita G. and Andersen Ø.M. Nutraceutical Characterization of Anthocyanin-Rich Fruits Produced by “Sun Black” Tomato Line. Front.Nutr. 2019;(6):133.doi:10.3389/fnut.2019.00133.Blando F., Berland H., Maiorano G., Durante M., Mazzucato A., Picarella M.E., Nicoletti I., Gerardi C., Mita G. and Andersen Ø.M. Nutraceutical Characterization of Anthocyanin-Rich Fruits Produced by “Sun Black” Tomato Line. Front.Nutr. 2019;(6):133.doi:10.3389/fnut.2019.00133.

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