Věra Turková

Legumin, vicilin and proteins similar to them in the seeds of some species of theViciaceae family (a comparative serological study)

Abstract1.Bylo provedeno vzájomné porovnání imunochemické podobnosti bílkovin leguminu, vicilinu a albuminové frakee ze semen hrachu (Pisum sativumPoir).Legumin a vicilin jsou globuliny s odlišnými fysikálními vlastnostmi, ale zdá se s částečnou imunochemickou podobností. Toto bylo zjištěno křížovými serologickými reakcemi.Albuminy ze semen hrachu mají naproti tomu nejen fysikální vlastnosti odlišné, ale nevykazují ani imunochemickou podobnost s globuliny.2.Byla hledána imunochemická specifita leguminu a vicilinu v globulinových frakeích semen dalších druhů čelediViciaceae: u zástupců roduLens, Vicia, Lathyrus, Pisum, Cicer, Medicago, Trifolium, Lupinus Phaseolus aGlycine.Legumin a vicilin více nebo méně podobný hrachovému leguminu a vicilinu je přítomen u všech sledovaných zástupců tribuVicieae (tj. u zástupců roduPisum, Lens, Vicia, Lathyrus, Cicer); u sledovaných zástupců tribuTrifolieas (tj. u zástupců roduMedicago aTrifolium) je pouze vicilinu podobná bílkovina; u sledovaných zástupců tribuGenisteae aPhaseoleae bílkoviny podobné leguminu i vicilinu chybějí.U všech sledovaných zástupců tribuVicieae (Pisum sativumPoir,Lens culinarisMed.,Lathyrus clymenum L.,Lathyrus sativus L.,Lathyrus silvester L.,Lathyrus odoratus L.,Vicia faba L.,Vicia sativa L.,Cicer arietinum L.), leguminoidní i vicilinoidní bílkovinné znaky v různém stupni zastoupeny jsou a tedy ani v těchto případech jsmo neobjevili případ připomínajíci ztrátovou mutaci bílkovinných znaků. Jsme proto přesvědčeni, že možno předpokládat toto zevšcobecnění: TribusVicieae je charakterisován přítomností bílkovinných znaků leguminu a vicilinu (nebo jim porněrně podobných bílkovin); tribusTrifolieae je charakterisován přítomností bílkovinných znaků podobných vicilinu; u tribuGenisteae aPhaseoleae leguminoidní a vicilinoidní znaky chybějí.Vzhledem k podobnosti bílkovin u tribuVicieae aTrifolieae nemůžeme než předpokládat, že mezi tribemVicieae aTrifolieae existují užší fylogenetické svazky než mezi tribemVicieae aPhaseoleae, příp.Genisteae.3.Legumin a vicilin jsou zároveň příkladem bílkovinných znaků s poměrně velkou šíří výskytu (tyto bílkovinné znaky navzájem poměrně podobné jsou přítomny u sledovaných zástupců příbuzných rodů až i tribů).4.Dále je možno předpokládat na základě nestejného rozšíření bílkovin leguminu a vicilinu ve sledovaných příbuzných tribech (vicilin má širší výskyt), že obě bílkoviny se nevyvíjely paralelně, nýbrž že jsou nestejného fylogenetického stáří. Můžeme předpokládat, že vicilin je relativně fylogeneticky starší bílkovinný znak než legumin nebo že fylogenetická diferenciace leguminu byla relativně rychlejší než diferenciace vicilinu.Summary1.A comparison of the immunochemical similarities in the proteins legumin and vicilin and the albumin fraction of pea seeds (Pisum sativumPoir), was carried out.Legumin and vicilin are globulins with different physical properties, but probably with a certain degree of immunochemical similarity as shown by serological cross reactions.Albumins from the pea seeds, on the contrary, have not only different physical properties but they also do not even show any immunochemical similarity to globulins.2.Immunochemical specificity of legumin and vicilin in the globulin fractions of the seeds of further species of the familyViciaceae was sought: in representatives of the genusLens, Vicia, lathyrus, Pisum, Cicer, Medicago, Trifolium, Lupinus, Phaseolus andGlycine.Legumin and vicilin more or less similar to that of peas are present in all the observed representatives of the tribeVicieae (that is in some species of the genusPisum, Lens, Vicia, Lathyrus, Cicer); in observed representatives of the tribeTrifolieae (i.e. in species of the genusMedicago andTrifolium) the only protein is similar to vicilin; in investigated species of the tribeGenisteae andPhaseoleae, proteins similar to legumin and vicilin are missing.In all observed representatives of the tribeVicieae (Pisum sativumPoir,Lens culinarisMed.,Lathyrus clymenum L.,Lathyrus sativus L.,Lathyrus silvester L.,Lathyrus odoratus L.,Vicia faba L.,Vicia sativa L.,Cicer arietinum L.), indications of leguminoid and vicilinoid protein characters are present in varying degrees and thus even here no cases resembling loss mutation of protein characters were discovered. The following generalisations may thus be made: the tribeVicieae is characterised by the presence of leguminoid and vicilinoid proteins (or proteins rather like them): the tribeTrifolieae is characterised by the presence of proteins similar to vicilin: in the tribeGenisteae andPhaseoleae, leguminoid and vicilinoid characters are missing. Because of the similarity of proteins in the tribesVicieae andTrifolieae, closer phylogenetic relations can be assumed to exist between the tribesVicieae andTrifolieae than between the tribesVicieae andPhaseoleae orGenisteae.3.Legumin and vicilin are at the same time examples of protein characters with a relatively wide occurrence (these protein characters rather resembling each other are present in all the representatives of the related genera and tribes studied).4.Further it can be assumed on the basis of unequal distribution of the proteins legumin and vicilin in the related tribes investigated (vicilin has a wider occurrence), that both proteins have not developed in parallel, but that they apparently are of unequal phylogenetic age. And it may be concluded either that vicilin is relatively a more primitive protein character than legumin or that phylogenetic differentiation of legumin was relatively more rapid than such differentiation of vicilin.Abstract1.Осуществлено взаимное сравнение иммунохимического сходства белков легумина, вицилина и альбуминовой фракции из семян гороха (Pisum sativumPoir).Легумин и вицилин являются глобулинами с разными физическими свойствами, однако, возможно, что они обладают частичным иммунохимическим сходством. Данный факт установлен при помощи перекрестных серологических реакций.Альбумины из семян гороха, напротив того, отличаются не только физическими свойствами, но не оказывают даже иммунохимического сходства с глобулинами.2.Искалась иммунохимическая специфичность легумина и вицилина в глобулиновых фракциях семян других впдов семействаViciaceae: у представителей родовLens, Vicia, Lathyrus, Pisum, Cicer, Medicago, Trifolium, Lupinus, Phaseolus, Glycine.Легумин и вицилин в большей или меньшей стенени похожий на легумин и вицилин гороха присутствует у всех изучаемых представителей трибыVicieae (т. е. у представителей родовPisum, Lens, Vicia, Lathyrus, Cicer); у изучаемых представителей трибыTrifolieae (т. е. у представителей родаMedicago иTrifolium) присутствует только на вицилин похожийбелок; у изучаемых представителей трибыGenisteae иPhaseoleae белки похожие на легумин и вицилин отсутствуют.У всех изучаемых представителей трибыVicieae (Pisum sativumPoir.,Lens culinarisMed.,Lathyrus clymenum L.,Lathyrus sativus L.,Lathyrus silvester L.,Lathyrus odoratus L.,Vicia faba L.,Vicia sativa L.,Cicer arietinum L.) легуминоидные и вицилиноидные белковые признаки в разной степени присутствуют, следовательно, даже в этих случаях нами не найден случай, напоминающий мутацию потери белковых признаков. Мы поэтому убеждены, что возможно предполагать следующее обобщение: ТрибаVicieae характеризуется присутствием белковых признаков легумина и вицилина (или похожих на них белков); трибаTrifolieae характеризована присутствием белковых признаков похожих на вицилин; у трибыGenisteae иPhaseoleae легуминоидные и випилиноидные признаки отсутствуют.В связи с подобностью белков трибыVicieae иTrifolieae нельзя не предполагать, что между трибойVicieae иTrifolieae существуют более узкие филогенетические связи чем между трибойVicieae иPhaseoleae, илиGenisteae.3.Легумин и вицилин являются вместе с тем примером белковых признаков с большим диапазоном распространения (эти белковые признаки сравнительно взаимно похожие присутствуют у изучаемых представителей родственных родов, даже и триб).4.Исходя из большей ширины появления вицилина по сравнению с легумином в области родственных таксонов можно предполагать, что вицилин является филогенетически относительно старшим белковым знаком и что видимо легумин дифференцировал позднее. Возможно что филогенетическая дифференциация легуминового белка протекает более быстрым темном чем филогенетическая дифференциация вицилинового белка. Следствием этих явлений является одинаковый результат, э. зн. неодинаковое распределение вицилина и легумина в области родственных таксонов.

Serological investigation of taxonic specificity of proteins in various plant organs in some taxons of the familyViciaceae

SouhrnAutoři porovnávali taxonní a orgánovou specifitu bílkovin u několika druhů čelediViciaceae pomocí kvantitativních serologických metod. Každý z orgánů má svoji vyhraněnou orgánovou specificitu bílkovinných znaků při zachování druhové specificity. Ze srovnání výsledků vyplynuly kromě metodických i podrobnější ontogenické a fylogenetické předpoklady a závěry.SummaryThe authers compared taxon and organ specificity of proteins of several species of the familyViciaceae, using qantitative serological methods. Each organ possesses a defined organ specificity of protein characters, the species specificity being preserved. On the basis of the results obtained both methodical and more detailed ontogenic and phylogenetic assumptions and conclusions could be drawn.

Protein characters and relationship betweenPhaseolus vulgaris ssp.Aborigineus Burk. and related taxons of the genusPhaseolus

AbstractBoth quantitative and qualitative immunochemical methods were used for studying the mutual relationships of several spocies and the subspecies of the genusPhaseolus: Ph. vulgaris L. ssp.vulgaris, Ph. vulgaris L. ssp.aborigineusBurk.,Ph. coccineus L.,Ph. acutifoliusA. Gray,Ph. lunatus L. (American endemites) andPh. aureus L. (a typical Asian bean). Protein characters of cotyledons (i.e., „storage” proteins) of the above species were compared with the aid of antisera prepared against seed (cotyledon) proteins ofPh. vulgaris L. ssp.vulgaris, cv. Veltruská Saxa, using(a)the whole complex of cotyledon protein,(b)the albumin fraction of this complex,(c)the globulin fraction,(d)crystaline phaseolin. Our results are in agreement with the morphological and genetic data ofBurkart andBrücher on the close relationship betweenPh. vulgaris L. ssp.vulgaris andPh. vulgaris L. ssp.aborigineus (both contain a character designated asPh. vulgaris protein 1 which is lacking in the others, both contain an identical phaseolin and exhibit only negligible differences in the specificity of proteins). The closest to these two species isPh. coccineus (almost identical phaseolin, small differences in the albumin and globulin fractions, a greater quantitative difference in protein specificity).Ph. acutifolius contains a somewhat different phaseolin, exhibits greater deviations in the albumin and globulin fractions and a greater quantitative difference in protein specificity.Ph. lunatus andPh. aureus are quite different in all the above respects. These data are in good agreement with genetic data (crossability).AbstractImunochemickými metodami jak kvantitativními, tak kvalitativními jsme sledovali vzájemné vztahy těchto druhů a subspecií roduPhaseolus: Ph. vulgaris L. ssp.vulgaris, Ph. vulgaris L. ssp.aborigineusBurk.,Ph. coccineus L.,Ph. acutifoliusA. Gray,Ph. lunatus L. (američtí endemiti) aPh. aureus L. (typický asijský fazol). Srovnávali jsme bílkovinné znaky děloli (tedy „zásobní” bílkoviny) uvedených druhů pomocí antiser, připravených proti bílkovinám semen (děloh)Ph. vulgaris L. ssp.vulgaris, cv. Veltruská Saxa a sice proti: a) celému komplexu děložních bílkovin, b) albuminové frakei tohoto komplexu, c) globulinové frakei, d) krystalickému fazeolinu. Naše výsledky souhlasí s morfologickými a genetickými údajiBurkarta aBrüchera o těsném vztahuPh. vulgaris L. ssp.vulgaris aPh. vulgaris L. ssp.aborigineus (u obou je přítomen znak označený námi „Ph. vulgaris protein I”, chybějící u ostatních, mají shodný fazeolin, kvantitativně vyjádřené rozdíly ve specifitě bílkovin jsou nepatrné). Těmto stojí nejblížePh. coccineus L. (fazeolin téměř shodný, rozdíly v albuminové a globulinové frakei, větší kvantitativně vyjádřený rozdíl ve specifitě bílkovin).Ph. acutifolius ve srovnání s předchozímí již nemá zcela shodný fazeolin, má větši odchylky v albuminové a globulinové frakei, velký kvantitativně vyjádřený rozdíl ve specificitě bílkovin.Ph. lunatus aPh. aureus jsou velmi odlišné ve všech těchto ukazatelích. Tyto naše údaje jsou v dobrém souladu i s fakty genetickými (křižitelností).AbstractМы изучали количественными и качественными иммунохимическими методами взаимоотношения следующих видов и подвидов родаPhaseolus: Ph. vulgaris L. ssp.vulgaris, Ph. vulgaris L. ssp.aborigineusBurk.,Ph. coccineus L.,Ph. acutifolius A. Gray,Ph. lunatus L. (американские эндемиты) иPh. aureus L. (типичная азиатская фасоль). Мы сравнивали белковые признаки семядолей (следовательно „запасные” белки) приведенных видов при помощи антисывороток приготовленных против белков семян (семядолей)Ph. vulgaris L. ssp.vulgaris cv. Велтруска Сакса, а именно против:а)целого комплекса семядольных белков,б)альбуминовой фракции этого комплекса,в)глобулиновой фракции,г)кристаллическому фазеолину. Наши результаты находятся в соответствии с морфологическими и генетическими данными Буркарта и Брюхера о тесном отношенниPh. vulgaris L. ssp.vulgaris иPh. vulgaris L. ssp.aborigineus Burk. (у обоих присутствует признак, обозначаемый «Ph. vulgaris протеин 1», отсутствующий у других; у них сходный фазеолин, количественно выраженные различия в специфичности белков небольшие). К ним ближе всего стоитPh. coccineus (фазеолин почти сходный, различия в альбуминовой и глобулиновой фракциях, однако количественно выраженное различие в специфичности белков большее).Ph. acutofolius по сравнению с предыдущими уже не обладает столь сходным фазеолином, имеет бóльшие уклонения в альбуминовой и глобулиновой фракциях, большое количественно выраженное различие в специфичности белков.Ph. lunatus иPh. aureus во всех этих показателях очень отличаются. Эти наши данные находятся в хорошем соответствии и с генетическими данными (скрещиваемость).

Comparison of esterase isoenzyme patterns in seeds of someAllium species and in cultivars ofAllium cepa L

Esterase isoenzyme patterns were studied in seeds of 6 cultivars ofAllium cepa L. and of14 species ofAllium, namelyAllium aflatunense B. Fedtsch.,A. altaicum (Pall.) Reyse,A. Cristophii Trautv.,A. fistulosum L.,A. jajlae Vved.,A. Karsianum Fom.,A. nutans L.,A. porrum L. cv. Gigant,A. praemixtum Vved.,A. pskemense Vved.,A. ramosum L.,A.rotundum L.,A. schoenoprasum L.,A. stipitatum Regel. The cultivars differ in their isoenzyme patterns, the cultivar Kaštická stands apart from all the other cultivars, probably due to the high alkalinity of its seed extract. The examined species, arranged according to their mutual similarity of isoenzyme patterns, form several groups corresponding to individual sections of the genus. Our results corroborate the recognizing of the sectionCepa and the subsectionPhyllodolon. The maintaining ofA. jajlae andA. rotundum as well described species fits better with our results, than degrading them to subspecies ofA. scorodoprason.Our results agree in main features with those obtained by the immunological method. Some few differences appear concerning individual species. It is evident that esterase isoenzyme patterns can be used in chemotaxonomy ofAllium on an infrageneric level, and, at least inA. cepa, also on an infraspecific level.

Immunochemical characterization of seed proteins of some species of the genusArachis L.

Relationships between seed protein patterns of 16 species ofArachis were studied by means of immunochemical methods (immunoelectrophoresis and double diffusion). The broad similarity of these patterns suggests that protein patterns are conservative in this genus from an evolutionary viewpoint. The differences which have evolved support recent schemes for classifying the genus, particularly the breakdown into sections. It also suggests thatA. villosa andA. correntina should probably be recognized as distinct species. The strong relationship indicated betweenA. hypogaea andA. batizocoi supports the hypothesis that the latter may be source of one of the genomes ofA. hypogaea. The possibility thatA. cardenasii might be the source of the other genome did not receive such strong positive support.

The comparison of seed protein patterns within the genusArachis by polyacrylamide gel electrophoresis

The seed protein patterns of 12Arachis species were compared by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE), similarities between patterns were measured by the Jaccard index. Results obtained confirm the close relationships established between members of the genus on morphological grounds and support the more recent classification schemes.A. villosa andA. correntina could well be regarded as distinct species on grounds of protein differences whileA. macedoi andA. villosulicarpa (although members of the same section, Extranervosae) show considerable differentiation of their protein patterns. Surprisingly, the formA. ×batizogaea showed less similarity in protein pattern to those of its parental species than might have been expected. The principle value of seed protein pattern data appears to be in distinguishing species within sections.

Proteins found during maturation and germination of seeds ofPhaseolus vulgaris L.

Seeds of the beanPhaseolus vulgaris L. (Veltruská Saxa cultivar) were gathered gradually at different stages of development, starting at fertilization up to full maturity. Seeds were freeze-dried and the dry solid used for preparing extracts which were analyzed by immunoelectrophoresis for the presence of proteins resembling those contained in the cotyledons of a mature seed. Proteins from cotyledons of the first stages of development of bean seedlings were analyzed similarly.After a preparatory period, approximately from the second—third seed development stage, there is a period of intense protein synthesis that characterizes cotyledons of a mature seed. These proteins increase in quantity and are differentiated in quality up to maturity when a single antiserum detected a total of 12. After germination both the quantity and number of these proteins decreases.It was found that some proteins are metabolically more active, both during synthesis and cleavage. This holds e.g. for phaseolin during maturation, as well as during germination. In addition, phaseolin changes its electrophoretic mobility, which is apparently due to proteolytic hydrolysis of phaseolin molecules.During the last phase of maturation, viz. dehydration of seeds, some new proteins suddenly appear, apparently synthesized from pre-formed peptide chains.In the discussion the possibility is taken up that the beginning on the synthesis of specific proteins characteristic for mature seeds is the cause underlying the disturbances in the embryonal development of distant hybrids.AbstractSemena fazoluPhaseolus vulgaris L. sorty Veltruská Saxa byla sbírána postupně v různých fázích vývoje od oplození až do dozrání. Zmražená semena byla lyofilizována a ze sušiny byly jednotně připraveny extrakty, které byly imunoelektroforeticky analyzovány na přítomnost bílkovin, podobných těm, které jsou jinak obsaženy v dělohách zralého semene.Podobně byly analyzovány bílkoviny děloh v prvních fázích vývoje klíčních rostlin fazolu.Po přípravném období, asi od druhé třetiny vývoje semene, nastává období intenzívní syntézy bílkovin, charakteristických pro dělohy zralého semene. Tyto bílkoviny narůstají kvantitativně a diferencují se i kvalitativné až do zralosti, kdy jich bylo detegováno jedním antiserem 12. Při klíčení se opět kvantita těchto bílkovin i jejich počet zmenšuje.Zjistili jsme, že některé bílkoviny jsou metabolicky aktivnější jak při syntéze, tak při štěpení. Platí to např. pro fazeolin během zrání i během klíčení. Kromě toho fazeolin mění též při klíčení semen svoji elektroforetickou pohyblivost, což je zřejmě způsobeno proteolytickou hydrolýzou molekul fazeolinu.V poslední fázi při dozrávání, při dehydrataci semen se objevují náhle některé bílkoviny, které se patrně asociují z peptidických řetězeů již dříve syntetizovaných.V diskusi je též uváděna možnost, že začátek syntézy druhově specifických bílkovin charakteristických pro zralá semena je příčinou poruch ve vývoji embrya u vzdálených hybridů.AbstractСемена фасолиPhaseolus vulgaris L. сорта Вельтруска Сакса собирали постепенно в разные фазы развития от оплодотворения до созревапия. Семена в замороженном состоянии лиофилизировали и из сухого вещества по одному и тому же способу приготовляли экстракты, которые иммуноэлектрофоретически анализировали на наличие белков подобных тем, которые содержатся в семядолях созревшего семени.Подобным способом анализировали белки семядолей в первых фазах развития сеянцев фасоли.После подтотовительного периода, приблизительно от второй трети развития семена, наступает период интенсивного синтеза белков, характерных для семядолей зрелых семян. Количество этих белков нарастает а также они качественно дифференцируются до созревания. Во время созревапия одной антисывороткой определили 12 белков. Во время прорастания семян количества этих белков и их число уменьшаются.Мы определили, что некоторые белки являются метаболически более активными при синтезе и при расщеплении. Это относится в частности к фазеолину при созревании и во время прорастания. Помимо того фазеолин изменяет также при прорастании семян свою электрофоретическую подвижность, что очевидно является следствием протеолитического гидролиза молекул фазеолина.В последней фазе созревапия, при дегидратации семян появляются вдруг некоторые белки, которые очевидно ассоциируются из пептидных цепей синтезированных ранее.В дискуссии приводится мысль, что начало синтеза специфических для данного вида белков возможно является причиной нарушений в развитии зародыша у отдаленных гибридов.

Variability of some seed proteins of the speciesPhaseolus vulgaris and their relationship to phytohaemagglutinating activity

The variability of some seed proteins ofPhaseolus vulgaris was followed in individual seeds of 26cultivars of this species. Polymorphism was established with two proteins showing completely different immunochemical specificities which have previously been classified as the protein I and the protein II of the specificity Veltruská Saxa and Krupnaya sakhamaya respectively. Various combinations of these proteins occur in several cultivars. It was further found that the protein II of the specificity Veltruská Saxa had phytohaemagglutinating activity.

The screening of the enzyme and isoenzyme patterns in seeds ofAllium cepa L.

The screening of enzyme patterns in seeds ofAllium cepa cv. Všetatská revealed the presence of the following enzymes: alcohol dehydrogenase, lactate dehyd ogenase, NAD+- and NADP+-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase NAD+- and NADP+-malate dehydrogenase, NADH2- and NADPH2-tetrazolium reductase catalase, Superoxide dismutase, acid and alkaline phosphatase, L-leucine aminopeptidase, glutamate dehydrogenase, non-specific esterase, and cholinesterase. Altogether 17 enzymes were detected in onion seeds, nine of which had more than three isoenzymes, NAD+-malate dehydrogenase had 8, and non-specific esterase 9 isoenzymes. The demonstration of cholinesterase and Superoxide dismutase activities is remarkable.

Comparison of seed proteins of some representatives of the genusPisum from the point of view of their relationship comparison by disc electrophoresis

Ten taxa of the genusPisum were examined by disc electrophoresis in gels according to Davis and to Reisfeldet al. For evaluation of band patterns the Jaccard Index was applied.The results in both types of gels show thatPisum abyssinicum and especiallyP. fulvum have biochemically a relatively isolated position.Pisum elatius and its subspeciescaspicum andpalestinicum form a subgroup withP. cinereum;P. sativum var.zeylanicum and cv. Jupiter form another subgroup withP. syriacum.Our results are in good agreement with the results of Przybylskaet al. (with the exception ofP. cinereum) and also with immunoelectrophoretic analyses performed by Turkováet al. (1980), with the same exception.