Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2763910.32607/actanaturae.27639Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleIdentification of Chalcone Synthase Genes from Garlic (Allium sativum L.) and Their Expression Levels in Response to Stress FactorsИдентификация генов халконсинтаз чеснока (Allium sativum L.) и уровень их экспрессии в ответ на стрессовые факторыAnisimovaO. K.АнисимоваО. К.
Russian Federation
michel7753@mail.ruShchennikovaA. V.ЩенниковаА. В.
Russian Federation
michel7753@mail.ruKochievaE. Z.КочиеваЕ. З.
Russian Federation
michel7753@mail.ruFilyushinM. A.ФилюшинМ. А.
Russian Federation
michel7753@mail.ruFundamentals of Biotechnology Federal Research Centre of the Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук2507202517241511902202512032025Copyright ©; 2025, Anisimova O.K., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z., Filyushin M.A.Copyright ©; 2025, Анисимова О.К., Щенникова А.В., Кочиева Е.З., Филюшин М.А.2025Anisimova O.K., Shchennikova A.V., Kochieva E.Z., Filyushin M.A.Анисимова О.К., Щенникова А.В., Кочиева Е.З., Филюшин М.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/27639

A plant’s defense response involves the accumulation of flavonoids, whose biosynthetic pathway in garlic Allium sativum L. remains not characterized. In this work, we identified eight AsCHS1–8 genes of chalcone synthases in the A. sativum genome which presumably catalyze the first stage of flavonoid synthesis in garlic plants. These genes were found to be localized on 4 chromosomes: AsCHS2, 6–8 contain 1 to 2 introns, whereas AsCHS1, 3–5 are intronless. The analysis of the organ-specific gene expression profiles revealed significant transcript levels for AsCHS3 and 8. Only AsCHS8 was shown to change its expression level in response to abiotic stressors (salinity, drought, cold) and exogenous phytohormones (abscisic acid, methyl jasmonate). These findings suggest that two out of the eight genes, AsCHS3 and 8, control flavonoid synthesis during garlic development, with AsCHS8 being the most active chalcone synthase gene. The other six genes (AsCHS1, 2, 4–7) may be involved in flavonoid biosynthesis in highly specialized cells/tissues/organs or the developmental stages of the garlic plant. Our results on the identification and characterization of garlic chalcone synthase genes AsCHS1–8 may facilitate further analysis of the mechanisms that regulate stress adaptation in A. sativum and other Allium species.

Защитный ответ растений ассоциирован с накоплением флавоноидов, путь биосинтеза которых в растениях чеснока Allium sativum L. не охарактеризован. В данной работе в геноме A. sativum идентифицированы восемь генов халконсинтаз AsCHS1–8, предположительно катализирующих первую стадию синтеза флавоноидов в растениях чеснока. Установлено, что эти гены локализованы на четырех хромосомах. Гены AsCHS2, 6–8 содержат 1–2 интрона, тогда как AsCHS1, 3–5 безинтронные. Анализ органоспецифичных профилей экспрессии генов выявил значимый уровень транскриптов только AsCHS3 и 8. И только для AsCHS8 показано изменение уровня экспрессии при воздействии абиотических стрессоров (засоление, засуха, холод) и экзогенных фитогормонов (абсцизовая кислота, метилжасмонат). Полученные результаты позволяют предположить, что два гена из восьми – AsCHS3 и 8 могут определять синтез флавоноидов повсеместно в процессе развития растения чеснока; из них AsCHS8 экспрессируется существенно выше и участвует в ответе растения на стрессовые факторы. Остальные шесть генов (AsCHS1, 2, 4–7) могут участвовать в биосинтезе флавоноидов в узкоспециализированных клетках/тканях/органах или на отдельных стадиях развития растения чеснока. Проведенные нами идентификация и характеристика генов AsCHS1–8 халконсинтаз чеснока может стать основой для дальнейшего анализа механизмов регуляции стрессовой адаптации A. sativum, а также других видов Allium.

flavonoid biosynthesischalcone synthase CHS, CHS gene familystress responsegarlic Allium sativum L.биосинтез флавоноидовхалконсинтаза CHSстрессовый ответчеснок Allium sativum L.Russian Science FoundationРоссийский научный фонд24-76-10005Ministry of Science and Higher Education of the Russian FederationМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииTaylor L.P., Grotewold E. // Curr. Opin. Plant Biol. 2005. V. 8. P. 317–323. doi: 10.1016/j.pbi.2005.03.005.Taylor L.P., Grotewold E. // Curr. Opin. Plant Biol. 2005. V. 8. P. 317–323. doi: 10.1016/j.pbi.2005.03.005Mouradov A., Spangenberg G. // Front. Plant Sci. 2014. V. 5. Article 620. doi: 10.3389/fpls.2014.00620.Mouradov A., Spangenberg G. // Front. Plant Sci. 2014. V. 5. Article 620. doi: 10.3389/fpls.2014.00620Petrussa E., Braidot E., Zancani M., Peresson C., Bertolini A., Patui S., Vianello A. // Int. J. Mol. Sci. 2013. V. 14. P. 14950–14973. doi: 10.3390/ijms140714950.Petrussa E., Braidot E., Zancani M., Peresson C., Bertolini A., Patui S., Vianello A. // Int. J. Mol. Sci. 2013. V. 14. P. 14950–14973. doi: 10.3390/ijms140714950Shen N., Wang T., Gan Q., Liu S., Wang L., Jin B. // Food Chem. 2022. V. 383. Article 132531. doi: 10.1016/j.foodchem.2022.132531.Shen N., Wang T., Gan Q., Liu S., Wang L., Jin B. // Food Chem. 2022. V. 383. Article 132531. doi: 10.1016/j.foodchem.2022.132531Han Y.Y., Ming F., Wang W., Wang J.W., Ye M.M., Shen D.L. // Genetica. 2006. V. 128. P. 429–438. doi: 10.1007/s10709-006-7668-x.Han Y.Y., Ming F., Wang W., Wang J.W., Ye M.M., Shen D.L. // Genetica. 2006. V. 128. P. 429–438. doi: 10.1007/s10709-006-7668-xKhlestkina E. // Cereal Res. Commun. 2013. V. 41. P. 185–198. doi: 10.1556/CRC.2013.0004.Khlestkina E. // Cereal Res. Commun. 2013. V. 41. P. 185–198. doi: 10.1556/CRC.2013.0004Dao T.T., Linthorst H.J., Verpoorte R. // Phytochem. Rev. 2011. V. 10. № 3. P. 397–412. doi: 10.1007/s11101-011-9211-7.Dao T.T., Linthorst H.J., Verpoorte R. // Phytochem. Rev. 2011. V. 10. № 3. P. 397–412. doi: 10.1007/s11101-011-9211-7Shih C.H., Chu H., Tang L.K., Sakamoto W., Maekawa M., Chu I.K., Wang M., Lo C. // Planta. 2008. V. 228. № 6. P. 1043–1054. doi: 10.1007/s00425-008-0806-1.Shih C.H., Chu H., Tang L.K., Sakamoto W., Maekawa M., Chu I.K., Wang M., Lo C. // Planta. 2008. V. 228. № 6. P. 1043–1054. doi: 10.1007/s00425-008-0806-1Liu W., Feng Y., Yu S., Fan Z., Li X., Li J., Yin H. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 23. Article 12824. doi: 10.3390/ijms222312824.Liu W., Feng Y., Yu S., Fan Z., Li X., Li J., Yin H. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 23. Article 12824. doi: 10.3390/ijms222312824Zhu L., Ding Y., Wang S., Wang Z., Dai L. // Genes. 2022. V. 13. Article 2145. doi: 10.3390/genes13112145.Zhu L., Ding Y., Wang S., Wang Z., Dai L. // Genes. 2022. V. 13. Article 2145. doi: 10.3390/genes13112145Abe I., Morita H. // Nat. Prod. Rep. 2010. V. 27. № 6. P. 809–838. doi: 10.1039/b909988n.Abe I., Morita H. // Nat. Prod. Rep. 2010. V. 27. № 6. P. 809–838. doi: 10.1039/b909988nSingh B., Kumar A., Malik A.K. // Electrophoresis. 2017. V. 38. P. 820–832. doi: 10.1002/elps.201600334.Singh B., Kumar A., Malik A.K. // Electrophoresis. 2017. V. 38. P. 820–832. doi: 10.1002/elps.201600334Imaizumi R., Mameda R., Takeshita K., Kubo H., Sakai N., Nakata S., Takahashi S., Kataoka K., Yamamoto M., Nakayama T., et al. // Proteins. 2020. V. 89. № 1. P. 126–131. doi: 10.1002/prot.25988.Imaizumi R., Mameda R., Takeshita K., Kubo H., Sakai N., Nakata S., Takahashi S., Kataoka K., Yamamoto M., Nakayama T., et al. // Proteins. 2020. V. 89. № 1. P. 126–131. doi: 10.1002/prot.25988Jez J.M., Bowman M.E., Noel J.P. // Biochemistry. 2001. V. 40. № 49. P. 14829–14838. doi: 10.1021/bi015621z.Jez J.M., Bowman M.E., Noel J.P. // Biochemistry. 2001. V. 40. № 49. P. 14829–14838. doi: 10.1021/bi015621zNoel J.P., Ferrer J.-L., Jez J.M., Bowman M.E., Dixon R.A. // Nat. Struct. Biol. 1999. V. 6. P. 775–784. doi: 10.1038/11553.Noel J.P., Ferrer J.-L., Jez J.M., Bowman M.E., Dixon R.A. // Nat. Struct. Biol. 1999. V. 6. P. 775–784. doi: 10.1038/11553Wu X., Zhang S., Liu X., Shang J., Zhang A., Zhu Z., Zha D. // PLoS One. 2020. V. 15. № 4. Article e0226537. doi: 10.1371/journal.pone.0226537.Wu X., Zhang S., Liu X., Shang J., Zhang A., Zhu Z., Zha D. // PLoS One. 2020. V. 15. № 4. Article e0226537. doi: 10.1371/journal.pone.0226537Jia Y.H., He F., Shen Z.L., Xie X.H., Lv S.J., Jiang B.X., Yang G.X., Yan Y.C., Wu Z.H., Wu Y.Y. // Gene. 2023. V. 857. Article 147176. doi: 10.1016/j.gene.2023.147176.Jia Y.H., He F., Shen Z.L., Xie X.H., Lv S.J., Jiang B.X., Yang G.X., Yan Y.C., Wu Z.H., Wu Y.Y. // Gene. 2023. V. 857. Article 147176. doi: 10.1016/j.gene.2023.147176Yang L., Zhang S., Chu D., Wang X. // Front. Genet. 2024. V. 15. Article 1368358. doi: 10.3389/fgene.2024.1368358.Yang L., Zhang S., Chu D., Wang X. // Front. Genet. 2024. V. 15. Article 1368358. doi: 10.3389/fgene.2024.1368358Han Y., Ding T., Su B., Jiang H. // Int. J. Mol. Sci. 2016. V. 17. № 2. Article 161. doi: 10.3390/ijms17020161.Han Y., Ding T., Su B., Jiang H. // Int. J. Mol. Sci. 2016. V. 17. № 2. Article 161. doi: 10.3390/ijms17020161Glagoleva A.Y., Ivanisenko N.V., Khlestkina E.K. // BMC Genet. 2019. V. 20. Article 30. doi: 10.1186/s12863-019-0727-y.Glagoleva A.Y., Ivanisenko N.V., Khlestkina E.K. // BMC Genet. 2019. V. 20. Article 30. doi: 10.1186/s12863-019-0727-yLiu Y., Bai J., Yuan S., Gao S., Liu Z., Li Y., Zhang F., Zhao C., Zhang L. // Gene. 2023. V. 888. Article 147740. doi: 10.1016/j.gene.2023.147740.Liu Y., Bai J., Yuan S., Gao S., Liu Z., Li Y., Zhang F., Zhao C., Zhang L. // Gene. 2023. V. 888. Article 147740. doi: 10.1016/j.gene.2023.147740Deng X., Bashandy H., Ainasoja M., Kontturi J., Pietiäinen M., Laitinen R.A.E., Albert V.A., Valkonen J.P.T., Elomaa P., Teeri T.H. // New Phytol. 2014. V. 201. № 4. P. 1469–1483. doi: 10.1111/nph.12610.Deng X., Bashandy H., Ainasoja M., Kontturi J., Pietiäinen M., Laitinen R.A.E., Albert V.A., Valkonen J.P.T., Elomaa P., Teeri T.H. // New Phytol. 2014. V. 201. № 4. P. 1469–1483. doi: 10.1111/nph.12610Des Marais D.L., Rausher M.D. // Nature 2008. V. 454. P. 762–765. doi: 10.1038/nature07092.Des Marais D.L., Rausher M.D. // Nature 2008. V. 454. P. 762–765. doi: 10.1038/nature07092El-Saber Batiha G., Magdy Beshbishy A., Wasef L.G., Elewa Y.H.A., Al-Sagan A.A., Abd El-Hack M.E., Taha A.E., Abd-Elhakim Y.M., Prasad Devkota H. // Nutrients. 2020. V. 12. № 3. Article 872. doi: 10.3390/nu12030872.El-Saber Batiha G., Magdy Beshbishy A., Wasef L.G., Elewa Y.H.A., Al-Sagan A.A., Abd El-Hack M.E., Taha A.E., Abd-Elhakim Y.M., Prasad Devkota H. // Nutrients. 2020. V. 12. № 3. Article 872. doi: 10.3390/nu12030872Shemesh E., Scholten O., Rabinowitch H.D., Kamenetsky R. // Planta. 2008. V. 227. P. 1013–1024. doi: 10.1007/s00425-007-0675-z.Shemesh E., Scholten O., Rabinowitch H.D., Kamenetsky R. // Planta. 2008. V. 227. P. 1013–1024. doi: 10.1007/s00425-007-0675-zKıraç H., Dalda Şekerci A., Coşkun Ö.F., Gülşen O. // Genet. Resour. Crop Evol. 2022. V. 69. P. 1833–1841. doi: 10.1007/s10722-022-01343-4.Kıraç H., Dalda Şekerci A., Coşkun Ö.F., Gülşen O. // Genet. Resour. Crop Evol. 2022. V. 69. P. 1833–1841. doi: 10.1007/s10722-022-01343-4Casals J., Rivera A., Campo S., Aymerich E., Isern H., Fenero D., Garriga A., Palou A., Monfort A., Howad W., et al. // Front. Plant Sci. 2023. V. 13. Article 1004069. doi: 10.3389/fpls.2022.1004069.Casals J., Rivera A., Campo S., Aymerich E., Isern H., Fenero D., Garriga A., Palou A., Monfort A., Howad W., et al. // Front. Plant Sci. 2023. V. 13. Article 1004069. doi: 10.3389/fpls.2022.1004069Buitrago S., Yang X., Wang L., Pan R., Zhang W. // Plant Mol. Biol. 2024. V. 115. № 1. Article 6. doi: 10.1007/s11103-024-01540-y.Buitrago S., Yang X., Wang L., Pan R., Zhang W. // Plant Mol. Biol. 2024. V. 115. № 1. Article 6. doi: 10.1007/s11103-024-01540-yKim S., Yoo K.S., Pike L.M. // Euphytica. 2005. V. 142. P. 273–282. doi: 10.1007/s10681-005-2239-2.Kim S., Yoo K.S., Pike L.M. // Euphytica. 2005. V. 142. P. 273–282. doi: 10.1007/s10681-005-2239-2Mollavali M., Perner H., Rohn S., Riehle P., Hanschen F.S., Schwarz D. // Mycorrhiza. 2018. V. 28. № 1. P. 59–70. doi: 10.1007/s00572-017-0799-3.Mollavali M., Perner H., Rohn S., Riehle P., Hanschen F.S., Schwarz D. // Mycorrhiza. 2018. V. 28. № 1. P. 59–70. doi: 10.1007/s00572-017-0799-3Sun X., Zhu S., Li N., Cheng Y., Zhao J., Qiao X., Lu L., Liu S., Wang Y., Liu C., et al. // Mol. Plant. 2020. V. 13. № 9. P. 1328–1339. doi: 10.1016/j.molp.2020.07.019.Sun X., Zhu S., Li N., Cheng Y., Zhao J., Qiao X., Lu L., Liu S., Wang Y., Liu C., et al. // Mol. Plant. 2020. V. 13. № 9. P. 1328–1339. doi: 10.1016/j.molp.2020.07.019Liu M., Wu Z., Jiang F. // Plant Cell Tiss. Organ Cult. 2015. V. 122. P. 435–444. doi: 10.1007/s11240-015-0780-9.Liu M., Wu Z., Jiang F. // Plant Cell Tiss. Organ Cult. 2015. V. 122. P. 435–444. doi: 10.1007/s11240-015-0780-9Schwinn K.E., Ngo H., Kenel F., Brummell D.A., Albert N.W., McCallum J.A., Pither-Joyce M., Crowhurst R.N., Eady C., Davies K.M. // Front. Plant. Sci. 2016. V. 7. Article 1865. doi: 10.3389/fpls.2016.01865.Schwinn K.E., Ngo H., Kenel F., Brummell D.A., Albert N.W., McCallum J.A., Pither-Joyce M., Crowhurst R.N., Eady C., Davies K.M. // Front. Plant. Sci. 2016. V. 7. Article 1865. doi: 10.3389/fpls.2016.01865Shemesh-Mayer E., Faigenboim A., Sherman A., Gao S., Zeng Z., Liu T., Kamenetsky-Goldstein R. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. № 23. Article 16777. doi: 10.3390/ijms242316777.Shemesh-Mayer E., Faigenboim A., Sherman A., Gao S., Zeng Z., Liu T., Kamenetsky-Goldstein R. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. № 23. Article 16777. doi: 10.3390/ijms242316777Waadt R., Seller C.A., Hsu P.K., Takahashi Y., Munemasa S., Schroeder J.I. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2022. V. 23. № 10. P. 680–694. doi: 10.1038/s41580-022-00479-6.Waadt R., Seller C.A., Hsu P.K., Takahashi Y., Munemasa S., Schroeder J.I. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2022. V. 23. № 10. P. 680–694. doi: 10.1038/s41580-022-00479-6Singh N., Kumaria S. // Gene. 2020. V. 762. Article 145104. doi: 10.1016/j.gene.2020.145104.Singh N., Kumaria S. // Gene. 2020. V. 762. Article 145104. doi: 10.1016/j.gene.2020.145104Wang J., Zhang C., Li Y. // Genes (Basel). 2022. V. 13. № 3. Article 410. doi: 10.3390/genes13030410.Wang J., Zhang C., Li Y. // Genes (Basel). 2022. V. 13. № 3. Article 410. doi: 10.3390/genes13030410Lijuan C., Huiming G., Yi L., Hongmei C. // Plant Cell Rep. 2015. V. 34. № 5. P. 885–894. doi: 10.1007/s00299-015-1751-7.Lijuan C., Huiming G., Yi L., Hongmei C. // Plant Cell Rep. 2015. V. 34. № 5. P. 885–894. doi: 10.1007/s00299-015-1751-7Gu H., Wang Y., Xie H., Qiu C., Zhang S., Xiao J., Li H., Chen L., Li X., Ding Z. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. Article 15504. doi: 10.1038/s41598-020-72596-1.Gu H., Wang Y., Xie H., Qiu C., Zhang S., Xiao J., Li H., Chen L., Li X., Ding Z. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. Article 15504. doi: 10.1038/s41598-020-72596-1ElSayed A.I., El-Hamahmy M.A.M., Rafudeen M.S., Mohamed A.H., Omar A.A. // Plants (Basel). 2019. V. 8. № 12. Article 611. doi: 10.3390/plants8120611.ElSayed A.I., El-Hamahmy M.A.M., Rafudeen M.S., Mohamed A.H., Omar A.A. // Plants (Basel). 2019. V. 8. № 12. Article 611. doi: 10.3390/plants8120611Nopo-Olazabal C., Condori J., Nopo-Olazabal L., Medina-Bolivar F. // Plant Physiol. Biochem. 2014. V. 74. P. 50–69. doi: 10.1016/j.plaphy.2013.10.035.Nopo-Olazabal C., Condori J., Nopo-Olazabal L., Medina-Bolivar F. // Plant Physiol. Biochem. 2014. V. 74. P. 50–69. doi: 10.1016/j.plaphy.2013.10.035Yang M., Wang L., Belwal T., Zhang X., Lu H., Chen C., Li L. // Molecules. 2019. V. 25. № 1. P. 12. doi: 10.3390/molecules25010012.Yang M., Wang L., Belwal T., Zhang X., Lu H., Chen C., Li L. // Molecules. 2019. V. 25. № 1. P. 12. doi: 10.3390/molecules25010012Shang A., Cao S.Y., Xu X.Y., Gan R.Y., Tang G.Y., Corke H., Mavumengwana V., Li H.B. // Foods. 2019. V. 8. № 7. Article 246. doi: 10.3390/foods8070246.Shang A., Cao S.Y., Xu X.Y., Gan R.Y., Tang G.Y., Corke H., Mavumengwana V., Li H.B. // Foods. 2019. V. 8. № 7. Article 246. doi: 10.3390/foods8070246Deng Y., Li C., Li H., Lu S. // Molecules. 2018. V. 23. № 6. Article 1467. doi: 10.3390/molecules23061467.Deng Y., Li C., Li H., Lu S. // Molecules. 2018. V. 23. № 6. Article 1467. doi: 10.3390/molecules23061467Ehmann B., Ocker B., Schafer E. // Planta. 1991. V. 183. P. 416–422. doi: 10.1007/BF00197741.Ehmann B., Ocker B., Schafer E. // Planta. 1991. V. 183. P. 416–422. doi: 10.1007/BF00197741Hartmann U., Sagasser M., Mehrtens F., Stracke R., Weisshaar B. // Plant Mol. Biol. 2005. V. 57. № 2. P. 155–171. doi: 10.1007/s11103-004-6910-0.Hartmann U., Sagasser M., Mehrtens F., Stracke R., Weisshaar B. // Plant Mol. Biol. 2005. V. 57. № 2. P. 155–171. doi: 10.1007/s11103-004-6910-0