Генетические ресурсы некоторых представителей рода Allium L.

С древних времен виды рода Allium играли значительную роль в рационе человека, в традиционной медицине для лечения многих заболеваний и в официальной медицине в качестве сырья, а также лекарственных и профилактических средств. Фитохимические вещества, такие как сероорганические соединения, фенольные соединения, жирные кислоты и сапонины, связаны с антиоксидантными и противомикробными свойствами этих видов, среди многих других биологически активных веществ. Все части растения, включая луковицу, лист, псевдостебель, корень, цветок и семя, проявляют антиоксидантные свойства в анализах, проведенных в условиях in vitro. Характерные фитосоединения, которые способствуют противомикробной активности луковых культур, включают аллицин, аджоен, аллиловый спирт и некоторые диаллилсульфиды. Наночастицы, синтезированные с использованием видов Allium, также известны своими заметными противомикробными свойствами. Виды рода Allium являются продуктом с высокой пищевой ценностью, а благодаря вторичным метаболитам его также используют для защиты растений с помощью различных продуктов, созданных на основе его биологически активных компонентов. Представители рода Allium ценятся за их уникальный макроэлементный состав и используются в качестве популярных овощей и специй. В Российской Федерации существует значительное биологическое и морфологическое разнообразие культурных и диких видов лука. За последние несколько лет во ВНИИО – филиал ФГБНУ ФНЦО проведена обширная программа сбора и исследования представителей рода Allium. Установлена высокая морфологическая и биохимическая изменчивость изучаемых видов, что может быть использовано в селекционных программах и при выращивании сортов.

1. Block E. Allium botany and cultivation, ancient and modern. In Garlic and Other Alliums: The Lore and The Science; RSC Publishing Cambridge: Cambridge London, UK, 2010; pp. 1–32.

2. Teshika J.D., Zakariyyah A.M., Zaynab T., Zengin G., Rengasamy K.R.R., Pandian S.K., Fawzi M.M. Traditional and modern uses of onion bulb (Allium cepa L.): A systematic review. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2019;59:S39–S70. https://doi.org/10.1080/10408398.2018.1499074.

3. Chase M.W., Christenhusz, M.J.M., Fay M.F., Byng J.W., Judd W.S., Soltis D.E. An update of the angiosperm phylogeny group classification for the orders and families of flowering plants: APG IV. Bot. J. Linnaean Soc. 2016;181:1–20. https://doi.org/10.1111/boj.12385.

4. Govaerts R., Kington S., Friesen N., Fritsch R., Snijman D. A., Marcucci R. World checklist of Amaryllidaceae. Facilitated by the Royal Botanic Gardens, Kew. 2021. Available at: http://apps.kew.org/wcsp/

5. Pandey A., Rai K., Malav P., Subramani R. Allium negianum (Amaryllidaceae): A new species under subg. Rhizirideum from Uttarakhand Himalaya, India. PhytoKeys. 2021;183:77–93. https://doi.org/10.3897/phytokeys.183.65433

6. Friesen N. Chapter 1. Genus Allium: Evolution, classification, and domestication / in Rabinowitch, H.D., Brian, t. (Eds.) Edible Alliums: Modern biology, production and uses (Wallingford, UK: CABI Org.). 2022.

7. Fritsch R.M., Friesen N. Evolution, domestication and taxonomy. In Allium Crop Science: Recent Advances; Rabinowitch, H.D., Currah, L., Eds.; CABI Publishing: Wallingfod, UK, 2002; pp. 5–27.

8. Li Q.Q., Zhou S.D., He X.-J., Yu Y., Zhang Y.C., Wei X.Q. Phylogeny and biogeography of Allium (Amaryllidaceae: Allieae) based on nuclear ribosomal internal transcribed spacer and chloroplast rps16 sequences, focusing on the inclusion of species endemic to China. Ann. Bot. 2010;106(5):709–733. https://doi.org/10.1093/aob/mcq177

9. Wheeler E.J., Mashayekhi S., McNeal D.W., Columbus J.T., Pires J.C. Molecular systematics of Allium subgenus Amerallium (Amaryllidaceae) in north America. Am. J. Bot. 2013;100:701–711. https://doi.org/10.3732/ajb.1200641

10. Gemejiyeva N., Tokenova A., Friesen N. Review of the current state and prospects of studying Kazakh species of the genus Allium L. Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. 2021;20:97-101. https://doi.org/10.14258/pbssm.2021020.

11. Friesen N., Fritsch R.M., Blattner F.R. Phylogeny and new infrageneric classification of Allium L. (Alliaceae) based on nuclear ribosomal DNA ITS sequences. Aliso. 2006;22(1):372–395. https://doi.org/10.3732/ajb.1200641

12. Hauenschild F., Favre A., Schnitzler J., Michalak I., Freiberg M., MuellnerRiehl A.N. Spatio-temporal evolution of Allium L. in the Qinghai–Tibet–Plateau region: Immigration and in situ radiation. Plant Divers. 2017;39:167–179. https://doi.org/10.1016/j.pld.2017.05.010

13. Xie D.F., Yu H.X., Price M., Xie C., Deng Y.Q., Chen J.P. et al. Phylogeny of Chinese Allium species in section Daghestanica and adaptive evolution of Allium (Amaryllidaceae, Allioideae) species revealed by the chloroplast complete genome. Front. Plant Sci. 2019;10:e460. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00460

14. Xie D.F., Tan J.B., Yu Y., Gui L.J., Su D.M., Zhou S.D. Insights into phylogeny, age and evolution of Allium (Amaryllidaceae) based on the whole plastome sequences. Ann. Bot. 2020;125:1039–1055. https://doi.org/10.1093/aob/mcaa024

15. Costa L., Jimenez H., Carvalho R., Carvalho-Sobrinho J., Escobar I., Souza G. Divide to conquer: Evolutionary history of Allioideae tribes (Amaryllidaceae) is linked to distinct trends of karyotype evolution. Front. Plant Sci. 2020;11:320. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00320

16. Friesen N., Smirnov S., Herden T., Oyuntsetseg B., Shmakov A., Hurka H. Allium species of section Rhizomatosa, early members of the Central Asian steppe vegetation. Flora 2020;263:151536. https://doi.org/10.1016/j.flora.2019.151536

17. Fritsch R.M., Abbasi M. A taxonomic review of Allium subg. Melanocrommyum in Iran. Halberstädter Druckhaus Gmb H. Gatersleben. Germany, 2013. 240 p.

18. FAOSTAT - Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database (2021). Available from: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC/visualize

19. Fredotović Ž., Puizina J. Edible Allium species: Chemical composition, biological activity and health effects. Ital. J. Food Sci. 2019;31:19–39.

20. Vuković S., Moravčević D., Gvozdanović-Varga J., Dojčinović, B., Vujošević A., Pećinar I., Kilibarda S., Kostić A.Ž. Elemental profile, general phytochemical composition and bioaccumulation abilities of selected Allium species biofortified with selenium under open field conditions. Plants. 2023;12:349. https://doi.org/10.3390/plants12020349

21. Benkeblia N. Antimicrobial activity of essential oil extracts of various onions (Allium cepa) and garlic (Allium sativum). Food Sci. Technol. 2004;37:263–268. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2003.09.001

22. Charles D.J. Antioxidant Properties of Spices, Herbs and Other Sources; Springer: New York, NY, USA, 2013; pp. 225–230.

23. Kucekova Z., Mlcek J., Humpolicek P., Rop O., Valasek P., Saha P. Phenolic compounds from Allium schoenoprasum, Tragopogon pratensis and Rumex acetosa and their antiproliferative effects. Molecules. 2011;16:9207–9217. https://doi.org/10.3390/molecules16119207

24. Parvu A.E., Parvu M., Vlase L., Miclea P., Mot A.C., Silaghi-Dumitrescu R. Anti-inflammatory effects of Allium schoenoprasum L. leaves. J. Physiol. Pharmacol. 2014;65:309–315.

25. Denaro M., Smeriglio A., Barreca D., De Francesco C., Occhiuto C., Milano G., Trombetta D. Antiviral Activity of Plants and Their Isolated Bioactive Compounds: An update. Phytother. Res. 2020;34:742–768. https://doi.org/10.1002/ptr.6575

26. Rocchetti G., Zhang L., Bocchi S., Giuberti G., Ak G., Elbasan F., Yıldıztugay E., Ceylan R., Picot-Allain M.C.N., Mahomoodally M.F., Lucini L., Zengin G. The functional potential of nine Allium species related to their untargeted phytochemical characterization, antioxidant capacity and enzyme inhibitory ability. Food Chem. 2022;368:130782. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130782

27. Panis B., Nagel M., Van den Houwe I. Challenges and prospects for the conservation of crop genetic resources in field genebanks, in vitro collections and/or in liquid nitrogen. Plants. 2020;9(12): 1634. https://doi.org/10.3390/plants9121634

28. Hawkes J.G., Maxted N., Ford-Lloyd B.V. Evolution of plants under domestication. The ex situ conservation of plant genetic resources. First edition: 2000:19- 31. Availabe from: https://www.springer.com/gp/book/9780792364429

29. Bhusal R., Islam S., Khar A., Singh S., Jain N., Tomar B. S. Diversity analysis and trait association study for antioxidants and quality traits in https://doi.org/10.1007/s10722-019-00811-8

30. Barboza K., Salinas M. C., Acuña C. V., Bannoud F., Beretta V., GarcíaLampasona S., Burba J. L., Galmarini C. R., Cavagnaro P. F. Assessment of genetic diversity and population structure in a garlic (Allium sativum L.) germplasm collection varying in bulb content of pyruvate, phenolics, and solids. Scientia Horticulturae. 2020;261:108900. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108900

31. Hirata S., Abdelrahman M., Yamauchi N., Shigyo M. Characteristics of chemical components in genetic resources of garlic Allium sativum collected from all over the world. Genetic Resources and Crop Evolution. 2015;63(1):35–45. https://doi.org/10.1007/s10722-015-0233-7

32. Kamenetsky R. Garlic: Botany and Horticulture. In Horticultural Reviews, Jules J. (ed.), 2007. 123–172.

33. Shaaf S., Sharma R., Kilian B., Walther A., Özkan, H., Karami E., Mohammadi B. Genetic structure and eco-geographical adaptation of garlic landraces (Allium sativum L.) in Iran. Genetic Resources and Crop Evolution. 2014;61(8):1565–1580. https://doi.org/10.1007/s10722-014-0131-4

34. Jump A.S., Marchant R., Peñuelas J. Environmental change and the option value of genetic diversity. Trends in Plant Science. 2009;14(1):51–58. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2008.10.002

35. Siracusa L., Avola G., Patanè C., Riggi E., Ruberto G. Re-evaluation of traditional Mediterranean foods. The local landraces of “Cipolla di Giarratana” (Allium cepa L.) and long-storage tomato (Lycopersicon esculentum L.): quality traits and polyphenol content. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2013;93(14):3512–3519. https://doi.org/10.1002/jsfa.6199

36. Ferioli F., D’Antuono L.F. Evaluation of phenolics and cysteine sulfoxides in local onion and shallot germplasm from Italy and Ukraine. Genetic Resources and Crop Evolution. 2016;63(4): 601–614. https://doi.org/10.1007/s10722-015-0270-2

37. Fowler C., Hodgkin T. Plant genetic resources for food and agriculture: Assessing global availability. Annual Review of Environment and Resources. 2004;29(1):143–179. https://doi.org/10.1146/annurev.energy.29.062403.102203

38. Govindaraj M., Vetriventhan M., Srinivasan M. Importance of genetic diversity assessment in crop plants and its recent advances: An overview of its analytical perspectives. Genetics Research International. 2015:431487. https://doi.org/10.1155/2015/431487

39. Хлесткина Е.К. Генетические ресурсы России: от коллекций к биоресурсным центрам. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(1):9-30. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2022-1-9-30

40. Artemyeva A.M. VIR worldwide collection of vegetable and cucurbit crops: formation, status and modern research activities. Acta Horticulturae. 2024;1391:283-290. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2024.1391.39

41. Тухватуллина Л.А., Абрамова Л.М. Коллекция рода Allium L. ЮжноУральского ботанического сада-института. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(4):192-207. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2022-4-192-207

42. Середин Т.М., Шумилина В.В., Иванова М.И., Романов В.С., Агафонов А.Ф. Селекционная работа с видами рода Allium L. в условиях Нечерноземной зоны России: новые сорта. Промышленная ботаника. 2022;22(2):34 –39. https://doi.org/10.5281/zenodo.7394466 https://elibrary.ru/duzkwt

43. Поляков А.В., Алексеева Т.В. Способность чеснока (Allium sativum L.) накапливать германий в естественных и экспериментальных условиях. Химия растительного сырья. 2023;(1):279–286. https://doi.org/10.14258/jcprm.20230110958 https://elibrary.ru/ftmdki

44. Espinosa-Leal, C.A.; Puente-Garza, C.A.; García-Lara, S. In vitro plant tissue culture: Means for production of biological active compounds. Planta. 2018;(248):1–18. https://doi.org/10.1007/s00425-018-2910-1

45. Поляков А.В., Чикризова О.Ф., Лебедева Н.Н. Длительное хранение трансплантов флокса метельчатого (Phlox paniculata L.) in vitro. Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов. IV Российская научно-практическая конф. М.: РАЕН, 2007. С. 79.

46. Havey M.J. Onion breeding. Plant Breed. Rev. 2018;(42):39–85. https://doi.org/10.1002/9781119521358.ch2

47. Chuda A., Klosowska K., Adamus A. Morphological, cytological and embryological characterization of F1 A.cepa× A.roylei hybrids. Acta Biol.Crac. Ser. Bot. 2015;(57):98–105. https://doi.org/10.1515/abcsb-2015-0025

48. Villano C., Esposito S., Carucci F., Iorizzo M., Frusciante L., Carputo D., Aversano R. High-throughput genotyping in onion reveals structure of genetic diversity and informative SNPs useful for molecular breeding. Mol. Breed. 2019;(39):5. https://doi.org/10.1007/s11032-018-0912-0

49. van Raamsdonk L.W.D., Ensink W., van Heusden A.W., Vrielink-van Ginkel M., Kik C. Biodiversity assessment based on cpDNA and crossability analysis in selected species of Allium subgenus Rhizirideum. Theor. Appl. Genet. 2003;(107):1048–1058. https://doi.org/10.1007/s00122-003-1335-8

50. Araki N., Masuzaki S.-I., Tsukazaki H., Yaguchi S., Wako T., Tashiro Y., Yamauchi N., Shigyo M. Development of microsatellite markers in cultivated and wild species of sections Cepa and Phyllodolon in Allium. Euphytica. 2009;173:321–328. https://doi.org/10.1007/s10681-009-0087-1

51. Budylin M., Kan L.Y., Romanov V., Khrustaleva L. GISH study of advanced generation of the interspecific hybrids between Allium cepa L. and Allium fistulosum L. with relative resistance to downy mildew. Russ. J. Genet. 2014;50:387–394. https://doi.org/10.1134/S1022795414040036

52. Pandey A., Malav P.K., Semwal D., Chander S., Gowthami R., Rai K. Repository of Allium Genetic Resources at ICAR-NBPGR: Prospects and Challenges for Collection and Conservation. Indian J. Plant Genet. Resour. 2022;35:185–190. https://doi.org/10.5958/0976-1926.2022.00066.3

53. Scholten O.E., van Kaauwen M.P., Shahin A., Hendrickx P.M., Keizer L., Burger K., van Heusden A.W., van der Linden C.G., Vosman B. SNP-markers in Allium species to facilitate introgression breeding in onion. BMC Plant Biol. 2016;16:187. https://doi.org/10.1186/s12870-016-0879-0

54. Engels J.M.M., Thormann I. Main Challenges and Actions Needed to Improve Conservation and Sustainable Use of Our Crop Wild Relatives. Plants. 2020;9:968. https://doi.org/10.3390/plants9080968

55. Semwal D.P., Pandey A., Ahlawat S.P. Genetic resources of genus Allium in India: Collection status, distribution and diversity mapping using GIS tools. Indian J. Plant Genet. Resour. 2021;34:206–215. https://doi.org/10.5958/0976-1926.2021.00019.X

56. Keller E.R.J., Zanke C.D., Blattner F.R., Kik C., Stavělíková H., Zámečník J., Esnault F., Kotlińska T., Solberg S., Miccolis V. EURALLIVEG: Establishment of a European core collection by cryopreservation and virus elimination in garlic. Acta Hortic. 2012;969:319–327. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.969.41

57. Anđelković V., Cvejić S., Jocić S., Kondić-Špika A., Marjanović Jeromela A., Mikić S., Prodanović S., Radanović A., Savić Ivanov M., Trkulja D. Use of plant genetic resources in crop improvement—Example of Serbia. Genet. Resour. Crop Evol. 2020;67:1935–1948. https://doi.org/10.1007/s10722-020-01029-9

58. Lyngkhoi F., Saini N., Gaikwad A.B., Thirunavukkarasu N., Verma P., Silvar C., Yadav S., Khar A. Genetic diversity and population structure in onion (Allium cepa L.) accessions based on morphological and molecular approaches. Physiol. Mol. Biol. Plants. 2021;27:2517–2532. https://doi.org/10.1007/s12298-021-01101-3

59. Galluzzi G., Halewood M., Noriega I.L., Vernooy R. Twenty-five years of international exchanges of plant genetic resources facilitated by the CGIAR genebanks: A case study on global interdependence. Biodivers. Conserv. 2016;25:1421–1446. https://doi.org/10.1007/s10531-016-1109-7

60. Иванова М.И., Бухаров А.Ф., Балеев Д.Н., Бухарова А.Р., Кашлева А.И., Середин Т.М., Разин О.А. Биохимический состав листьев видов Allium L. в условиях Московской области. Достижения науки и техники АПК. 2019;33(5):47-50. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2019-10511 https://elibrary.ru/zndocx

61. Корнев А.В., Иванова М.И., Кашлева АИ. Биохимический состав съедобных цветков Allium L. в условиях Московской области. Рисоводство. 2024;23-3(64):24-28. https://doi.org/10.33775/1684-2464-2024-64-3-24-28 https://elibrary.ru/qjccjp