It is generally accepted that during the domestication of food plants, selection was focused on their productivity, the ease of their technological processing into food, and resistance to pathogens and environmental stressors. Besides, the palatability of plant foods and their health benefits could also be subjected to selection by humans in the past. Nonetheless, it is unclear whether in antiquity, aside from positive selection for beneficial properties of plants, humans simultaneously selected against such detrimental properties as allergenicity. This topic is becoming increasingly relevant as the allergization of the population grows, being a major challenge for modern medicine. That is why intensive research by breeders is already underway for creating hypoallergenic forms of food plants. Accordingly, in this paper, albumin, globulin, and β-amylase of common wheat Triticum aestivum L. (1753) are analyzed, which have been identified earlier as targets for attacks by human class E immunoglobulins. At the genomic level, we wanted to find signs of past negative selection against the allergenicity of these three proteins (albumin, globulin, and β-amylase) during the domestication of ancestral forms of modern food plants. We focused the search on the TATA-binding protein (TBP)-binding site because it is located within a narrow region (between positions -70 and -20 relative to the corresponding transcription start sites), is the most conserved, necessary for primary transcription initiation, and is the best-studied regulatory genomic signal in eukaryotes. Our previous studies presented our publicly available Web service Plant_SNP_TATA_Z-tester, which makes it possible to estimate the equilibrium dissociation constant (KD) of TBP complexes with plant proximal promoters (as output data) using 90 bp of their DNA sequences (as input data). In this work, by means of this bioinformatics tool, 363 gene promoter DNA sequences representing 43 plant species were analyzed. It was found that compared with non-food plants, food plants are characterized by significantly weaker affinity of TBP for proximal promoters of their genes homologous to the genes of common-wheat globulin, albumin, and β-amylase (food allergens) (p < 0.01, Fisher's Z-test). This evidence suggests that in the past humans carried out selective breeding to reduce the expression of food plant genes encoding these allergenic proteins.
Принято считать, что при доместикации пищевых растений отбор шел на урожайность, технологичность переработки в продукты питания, устойчивость к патогенам и стрессовым воздействиям окружающей среды. При этом также могли оцениваться вкусовые качества продуктов питания растительного происхождения и их ценность для здоровья. Однако неясно, проводил ли человек в прошлом наряду с положительным отбором на полезные свойства растений одновременно отбор против таких вредоносных свойств, как способность вызывать аллергические реакции. Этот вопрос становится все более актуальным по мере роста аллергизации населения как вызова современной медицине. В связи с этим селекционерами уже ведутся интенсивные исследования по созданию гипоаллергенных форм пищевых растений. В этой работе рассмотрены альбумин, глобулин и β-амилаза мягкой пшеницы Triticum aestivum L. (1753), идентифицированные ранее как мишени для атак иммуноглобулинов класса Е человека. Нашей целью было найти на геномном уровне следы отрицательного отбора в прошлом против гипераллергенности трех белков (альбумин, глобулин и β-амилаза) при одомашнивании предковых форм современных пищевых растений. Для этого мы сфокусировали поиск на сайте связывания ТАТА-связывающего белка (ТВР) как локализованном в узком районе [–70; –20] относительно старта транскрипции, консервативном, необходимом для первичной инициации транскрипции и наиболее изученном регуляторном сигнале в геномах эукариот. Ранее нами был создан свободно доступный веб-сервис Plant_SNP_TATA_Z-tester для оценки величин равновесной константы диссоциации (KD) комплексов ТВР с проксимальными промоторами генов растений по их последовательностям ДНК длиной 90 п. о. В настоящей работе с его помощью проанализированы 363 последовательности ДНК промоторов генов 43 видов растений. Обнаружено, что пищевые растения, в сравнении с непищевыми, характеризуются достоверно более низкой аффинностью ТBP к проксимальным промоторам их генов, гомологичных генам глобулина, альбумина и β-амилазы мягкой пшеницы как пищевых аллергенов ( p < 0.01, Z-критерий Фишера). Это свидетельствует об отборе при доместикации пищевых растений в прошлом на снижение уровня данных аллергенных белков.
Keywords: TATA box; TATA-binding protein; albumin; common wheat Triticum aestivum L. (1753); domestication; food allergen; gene; globulin; in silico estimate; plants; promoter; selection; β-amylase.
Copyright © AUTHORS.