ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2019-4-72-79ovoshchi-860Research ArticleАГРОХИМИЯAGROCHEMISTRYМетаболомный подход к комплексной биохимической характеристике вида капуста огородная Brassica oleracea L.The metabolomic approach to the complex biochemical characteristics of cole Brassica oleracea L.https://orcid.org/0000-0002-6201-4294СоловьеваА. Е.SolovyevaAlla E.

Соловьева Алла Евгеньевна – кандидат биол. наук, старший научный сотрудник отдела биохимии и молекулярной биологии

ResearcherID: B-8742-2017; SPIN-код: 1754-4144

Санкт-Петербург

Ph. D. of biology, Senior Researcher of Department of Biochemistry and Molecular Biology

ResearcherID: B-8742-2017; SPIN-код: 1754-4144

St. Petersburg

alsol64@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3992-5353ШеленгаТ. В.ShelengaTatiana V.

Шеленга Татьяна Васильевна – кандидат биол. наук, ведущий научный сотрудник отдела биохимии и молекулярной биологии

Санкт-Петербург

Ph. D. of biology, Leading Researcher of Department of Biochemistry and Molecular Biology

St. Petersburg

tatianashelenga@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6551-5203АртемьеваА. М.ArtemyevaAnna M.

Артемьева Анна Майевна – кандидат с-х. наук, заведующая отделом генетических ресурсов овощных и бахчевых культур

ResearcherID: I-5319-2018; ScopusAuthorID: 14014607500 Санкт-Петербург

Ph. D. of agricultural sciences, Head of Vegetable crops and Cucurbits Genetic Resources Department

ResearcherID: I-5319-2018; ScopusAuthorID: 14014607500

St. Petersburg

akme11@yandex.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР)РоссияFederal Research Center the N.I. Vavilov AllRussian Institute of Plant Genetic Resources (VIR)Russian Federation201907092019047279Copyright © Соловьева А.Е., Шеленга Т.В., Артемьева А.М., 20192019Соловьева А.Е., Шеленга Т.В., Артемьева А.М.Solovyeva A.E., Shelenga T.V., Artemyeva A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vegetables.su/jour/article/view/860

Актуальность Повсеместно культивируемый и востребованный вид овощных культур – капуста огородная Brassica oleracea L. – в процессе эволюции и доместикации разделился на три кластера: капуста листовая, кочанная и брокколи (цветная). Португальская капуста трончуда эволюционно связана с португальской листовой капустой. Она является переходной формой к типично кочанной капусте и представлена листовыми и полукочанными формами. Капуста огородная отличается ценным биохимическим составом, оптимальным соотношением белков, углеводов и витаминов. Методика Материал исследований включал 48 образцов капусты белокочанной, в том числе 27 образцов 13 европейских сортотипов, включая голландские, центрально-европейские и южно-европейские сортотипы, 8 образцов – двух русских северо-западных и центрально-русских сортотипов и 13 образцов – пяти восточных сортотипов кавказского и турецко-балканского происхождения, 9 образцов Португальской капусты трончуда из коллекции ВИР, отражающих эколого-географическое и генетическое разнообразие капусты. Образцы капусты выращивали на научно-производственной базе «Пушкинские и Павловские лаборатории ВИР» (Санкт-Петербург), биохимический анализ проводили в лаборатории биохимии и молекулярной биологии ВИР. Результаты Дана характеристика капустных культур вида капуста огородная Brassica oleracea L. (разновидности белокочанная и трончуда) по основным наиболее важным биохимическим признакам качества. В результате применения современного неспецифического метаболомного подхода к изучению биохимического состава в образцах капусты белокочанной идентифицировано около 100 компонентов из групп органических кислот, свободных аминокислот, в том числе незаменимых, жирных кислот, в том числе незаменимых, многоатомных спиртов, сахаров, а также фенольных соединений, восков, нуклеозидов и др. Выявлены закономерности в накоплении питательных и биологически активных веществ культурами вида, сортотипами и отдельными образцами. Капуста огородная в пределах изученных ботанических разновидностей и групп сортотипов имеет сложный биохимический состав, характеризующий данные образцы как потенциально высокоценные (при этом роль и значение далеко не всех соединений в организации здорового питания человека известна), что подтверждает необходимость углубленного контроля биохимического состава растений при выведении новых сортов. Найдены сортобразцы с оптимальным компонентным составом для сбалансированного питания человека, которые предлагается использовать в селекции на качество, в том числе получения сортов для здорового (функционального) и лечебно-профилактического питания населения РФ.

Relevance A commonly cultivated and demanded type of vegetable crops – cabbage Brassica oleracea L. – in the process of evolution and domestication was divided into three clusters: leafy cabbage, headed cabbage and broccoli (cauliflower). According to modern data, cabbage originated in culture from the large-leaved forms of leafy cabbage. Portuguese tronchuda is a transitional form to a typical headed cabbage. It is represented by leafy and semi-capped forms and evolutionarily related to Portuguese halega (Galician) leafy cabbage. White cabbage (Brassica oleracea L. convar. capitata (DC.) Alef. var. capitata L. f. alba DC.) is the most significant in the world and Russian economy. The characteristic of cultures of Brassica oleracea L. (varieties of white cabbage and tronchuda) is given according to the most important biochemical quality characteristics. Methods The research material included 48 samples of cabbage, including 27 samples of 13 European cultivar types, including Dutch, Central European and South European cultivar types, 8 samples – two Russian northwestern and central Russian cultivar types and 13 samples – five oriental cultivar types of Caucasian and Turkish-Balkan origin, 9 samples – Portuguese cabbage tronchuda from the VIR collection, reflecting the ecological, geographic and genetic diversity of cabbage. Samples of cabbage were grown at the research and production base "Pushkin and Pavlovsk laboratories VIR" (St. Petersburg), biochemical analysis was carried out in the laboratory of biochemistry and molecular biology of VIR. Results As a result of using of the modern non-specific metabolic approach to the study of the biochemical composition in samples of white cabbage, about 100 components have been identified from the groups of organic acids, free amino acids, including essential, fatty acids, including essential, polyhydric alcohols, sugars, and also phenolic compounds, wax, nucleosides, and others. Regularity in the accumulation of nutrient and biologically active substances by cultures of Brassica oleracea L., by cultivar types and individual samples were revealed. As a result of our research using modern techniques, including the nonspecific metabolic approach, new data on the biochemical composition of white and semi-capped forms were obtained. The cabbage within the studied botanical varieties and groups of cultivar types has a complex biochemical composition that characterizes cabbage samples as samples with potentially high value (the role and importance of far from all compounds in the organization of healthy human nutrition is known), which confirms the need for in-depth control of the biochemical composition of plants when breeding new varieties. Samples with the optimal component composition for balanced human nutrition, which are proposed to be used in breeding for quality, including obtaining varieties for healthy (functional) and therapeutic and prophylactic nutrition of the population of theRussian Federation were found.

Brassica oleracea L.сортотипынеспецифический метаболомный подходгенетические ресурсыбиохимический составполиморфизм признаковBrassica oleracea L.variety typesnonspecific metabolic approachgenetic resourcesbiochemical compositionpolymorphism of traitsReferencesАртемьева А.М., Чесноков Ю. В. Коллекция капусты ВИР: этапы формирования и изучения. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012; 16 (4/2): 1047-1060.Artemyeva A.M., Chesnokov Yu.V. Vavilov Institute Cabbage Collection: Stages of Formation and Research. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii – Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012; 16 (4/2): 1047-1060. https://doi.org/10.18699/105 [In Russian]Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П. Методы биохимического исследования растений. Л., 1987.Ermakov A. I., Arasimovich V. V., Jarosh N. P. et. al. Metods of biochemical research in plants. (Metody biohimicheskogo issledovanija rastenij). Leningrad, 1987. [In Russian]Конарев А.В., Шеленга Т.В., Перчук И.Н., Блинова Е.В., Лоскутов И.Г. Характеристика разнообразия овса (Avena L.) из коллекции ВИР – исходного материала для селекции на устойчивость к фузариозу. Аграрная Россия. 2015;5:2-10.Konarev A.V., Shelenga T.V., Perchuk I.N., Blinova E.V., Loskutov I.G. Characteristic of Oat Diversity (genus Avena L.) from the Collection of N. I. Vavilov All-Russia Research Institute of Plants - an Initial Material for Oat Fusarium Resistance Selection. Agrar. Ross. 2015;5:2-10. [in Russian]Ксенз М.В. Лобанов В.Г. Капуста ценный компонент рецептур диетических кулинарных изделий. Известия вузов. Пищевая технология. 2008;1:9-11.Ksenz M.V., Lobanov V.G. Cabbage is a valuable component of dietary food recipes. News of universities. Food technology. 2008; 1: 9-11. [In Russian]Лизгунова Т.В. Культурная флора СССР. Т. XI. Капуста. Л., 1984.Lizgunova T.V. Cultural flora of the USSR. T. XI. Cabbage. L., 1984. [in Russian]Ловкова М.Я., Рабинович А.М., Пономарева С.М., Бузук Г.Н., Соколова С.М. Почему растения лечат. М., 1990.Lovkova M.Y., Rabinovich A.M., Ponomareva S.M., Buzuk G.N., Sokolova S.M. Why are plants treated? М., 1990. [In Russian]Лоскутов И.Г., Шеленга Т.В., Конарев А.В., Шаварда А.Л., Блинова Е.В., Дзюбенко Н.И Метаболомный подход к сравнительному анализу диких и культурных видов овса (Avena L.). Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016;20(5):636-642. DOI 10.18699/VJ16.185Loskutov I.G., Shelenga T.V., Konarev A.V., Shavarda A.L., Blinova E.V., Dzubenko N.I. Тhe metabolomic approach to the comparative analysis of wild and cultivated species of oats (Аvena L.). Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2016;20(5):636-642. [in Russian]Соловьева А. Е., Артемьева А. М. Биохимические исследования коллекции капусты: традиции и перспективы // Тр. по прикл. ботанике, генетике и селекции. 2012; 169: 137-146.Solovjeva A.E., Artemjeva A.M. Biochemical Investigation of VIR Cabbage Collection: Results and Perspective. The journal Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2012; 169: 137-146. [In Russian]Смоликова Г.Н., Шаварда А.Л., Алексейчук И.В., Чанцева В.В., Медведев С.С. Mетаболомный подход к оценке сортовой специфичности семян Brassica napus L. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;19(1):121-127.Smolikova G.N., Shavarda A.L., Alekseichuk I.V., Chantseva V.V., Medvedev S.S. The metabolomic approach to the assessment of cultivar specificity of Brassica napus L. seeds. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii – Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2015;19(1):121-127. [In Russian]Ailia D., A. Vassiliev, J. O. Jensen, T. J. Schmidt, Q. Li. Methyl phosphate formation as a major degradation mode of direct methanol fuel cells with phosphoric acid based electrolytes. J. of Power Sources. Volume. 2015; 279: 517-521. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.01.010Ailia D., A. Vassiliev, J. O. Jensen, T. J. Schmidt, Q. Li. Methyl phosphate formation as a major degradation mode of direct methanol fuel cells with phosphoric acid based electrolytes. J. of Power Sources. Volume. 2015; 279: 517-521. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.01.010Caсete-Rodrнguez A.M., Santos-Dueсas I.M.,Jimйnez-Hornero J.E.,Ehrenreich A.,Liebl W.,Garcнa-Garcнa I. Gluconic acid: Properties, production methods and applications–An excellent opportunity for agro-industrial by-products and waste bio-valorization. Process Biochemistry. 2016;51(12):1891-1903. doi.org/10.1016/j.procbio.2016.08.028Caсete-Rodrнguez A.M., Santos-Dueсas I.M.,Jimйnez-Hornero J.E.,Ehrenreich A.,Liebl W.,Garcнa-Garcнa I. Gluconic acid: Properties, production methods and applications–An excellent opportunity for agro-industrial by-products and waste bio-valorization. Process Biochemistry. 2016;51(12):1891-1903. doi.org/10.1016/j.procbio.2016.08.028Gomez-Campo C., Prakash S. Origin and domestication. In book: Biology of Brassica coenospecies. 1999: 33–58.Gomez-Campo C., Prakash S. Origin and domestication. In book: Biology of Brassica coenospecies. 1999: 33–58.Jahangir M., H. K. Kim, Y. H. Choi, R. Verpoorte. Health-Affecting Compounds in Brassicaceae. Food Sci. and Food Saf. 2009; 8(2):31 – 43. DOI: 10.1111/j.1541-4337.2008.00065.xJahangir M., H. K. Kim, Y. H. Choi, R. Verpoorte. Health-Affecting Compounds in Brassicaceae. Food Sci. and Food Saf. 2009; 8(2):31 – 43. DOI: 10.1111/j.1541-4337.2008.00065.xJonsson P., Gullberg J., Nordstrom A., Kusano M., Kowalczyk M., Sjostrom M., Moritz T. A strategy for identifying differences in large series of metabolomics samples analyzed by GS/MS. Anal. Chem. 2004; 7: 1738-1745.Jonsson P., Gullberg J., Nordstrom A., Kusano M., Kowalczyk M., Sjostrom M., Moritz T. A strategy for identifying differences in large series of metabolomics samples analyzed by GS/MS. Anal. Chem. 2004; 7: 1738-1745.Li X., Pang W., and Piao Z. Omics Meets Phytonutrients in Vegetable Brassicas: For Nutritional Quality Breeding. HPJ. 2017; 3(6): 247-254. doi.org/10.1016/j.hpj.2017.11.001Li X., Pang W., and Piao Z. Omics Meets Phytonutrients in Vegetable Brassicas: For Nutritional Quality Breeding. HPJ. 2017; 3(6): 247-254. doi.org/10.1016/j.hpj.2017.11.001Mahmud J.A., Hasanuzzaman M., Nahar K., Rahman A., Hossain M.S., Fujita M. Maleic acid assisted improvement of metal chelation and antioxidant metabolism confers chromium tolerance in Brassica juncea. Ecotoxicol Environ Saf. 2017;144:216-226. doi: 10.1016/j.ecoenv.2017.06.010.Mahmud J.A., Hasanuzzaman M., Nahar K., Rahman A., Hossain M.S., Fujita M. Maleic acid assisted improvement of metal chelation and antioxidant metabolism confers chromium tolerance in Brassica juncea. Ecotoxicol Environ Saf. 2017;144:216-226. doi: 10.1016/j.ecoenv.2017.06.010.Novнo S., M. E. Cartea, P. Soengas, M. Freire-Garabal and M. J. NъсezIglesias. Effects of Brassicaceae Isothiocyanates on Prostate Cancer. Molecules. 2016; 21(5), 626. doi:10.3390/molecules21050626. Review Physiology and Biochemistry of Sterols (Patterson, G.W., and Nes, W.D., eds.). American Oil Chemists. 1991: 229-256. A Proceedings of the XXVI International Horticultural Congress. Toronto. Canada 11-17 August 2002. Toronto, 2002; 11–15.Novнo S., M. E. Cartea, P. Soengas, M. Freire-Garabal and M. J. Nъсez-Iglesias. Effects of Brassicaceae Isothiocyanates on Prostate Cancer. Molecules. 2016; 21(5), 626. doi:10.3390/molecules21050626. Review Physiology and Biochemistry of Sterols (Patterson, G.W., and Nes, W.D., eds.). American Oil Chemists. 1991: 229-256. A Proceedings of the XXVI International Horticultural Congress. Toronto. Canada 11-17 August 2002. Toronto, 2002; 11–15.Puzanskiy R.K., Shavarda A.L., Tarakhovskaya E.R., Shishova M.F. Analysis of metabolic profile of Chlamydomonas reinhardtii cultivated under autotrophic conditions. Appl. Biochem. Microbiol. 2015; 51(1): 83-94. doi.org/10.1134/S0003683815010135.Puzanskiy R.K., Shavarda A.L., Tarakhovskaya E.R., Shishova M.F. Analysis of metabolic profile of Chlamydomonas reinhardtii cultivated under autotrophic conditions. Appl. Biochem. Microbiol. 2015; 51(1): 83-94. doi.org/10.1134/S0003683815010135.Thavarajah D., P. Thavarajah, A. Abare, S. Basnagala, C. Lacher, P.Smith, G. F. CombsJr. Mineral micronutrient and prebiotic carbohydrate profiles of USA-grown kale (Brassica oleracea L. var. acephala). J. Food Compos. Anal. 2016; 52: 9-15. doi.org/10.1016/j.jfca.2016.07.003Thavarajah D., P. Thavarajah, A. Abare, S. Basnagala, C. Lacher, P.Smith, G. F. CombsJr. Mineral micronutrient and prebiotic carbohydrate profiles of USAgrown kale (Brassica oleracea L. var. acephala). J. Food Compos. Anal. 2016; 52: 9-15. doi.org/10.1016/j.jfca.2016.07.003Tribulato A., Branca F., Ragusa L., Lo Scalzo R. and Picchi V. Survey of Health-Promoting Compounds in Seeds and Sprouts of Brassicaceae. Acta Hortic. 2013; 1005: 323-330. DOI: 10.17660/ActaHortic.2013.1005.37Tribulato A., Branca F., Ragusa L., Lo Scalzo R. and Picchi V. Survey of HealthPromoting Compounds in Seeds and Sprouts of Brassicaceae. Acta Hortic. 2013; 1005: 323-330. DOI: 10.17660/ActaHortic.2013.1005.37Wang G H., Li X. and Song J. Vegetable Genetic Resources in China. HPJ. 2018; 4(2): 83-88. doi.org/10.1016/j.hpj.2018.03.003Wang G H., Li X. and Song J. Vegetable Genetic Resources in China. HPJ. 2018; 4(2): 83-88. doi.org/10.1016/j.hpj.2018.03.003Yao S.Z., Chen P., Yang X.Y., Fung Y.S., Si S.H. Herbal Organic Acids. In Advanced Chromatographic and Electromigration methods in BioSciences, Edited by Deyl Z., Miksik I., Tagliaro F. and Tesarova E. J. of Chromatogr. Library Series. 1998; 60: 344-370.Yao S.Z., Chen P., Yang X.Y., Fung Y.S., Si S.H. Herbal Organic Acids. In Advanced Chromatographic and Electromigration methods in BioSciences, Edited by Deyl Z., Miksik I., Tagliaro F. and Tesarova E. J. of Chromatogr. Library Series. 1998; 60: 344-370.

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