Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C:18 w oleju z nasion mutantów rzepaku ozimego (Brassica napus L.) *

Transkrypt

1 TOM XXXII ROŚLINY OLEISTE OILSEED CROPS 2011 Stanisław Spasibionek, Krystyna Krótka Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin Państwowy Instytut Badawczy, Oddział w Poznaniu Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C:18 w oleju z nasion mutantów rzepaku ozimego (Brassica napus L.) * Study on the inheritance of C18-fatty acids content in seed oil of winter oilseed rape mutants (Brassica napus L.) Słowa kluczowe: rzepak ozimy, Brassica napus L., kwas oleinowy, kwas linolowy, kwas linolenowy, krzyżowanie dialleliczne, parametry genetyczne Do badań nad sposobem dziedziczenia kwasów tłuszczowych 18-węglowych użyto pięciu linii rzepaku ozimego zróżnicowanych pod względem zawartości kwasów tłuszczowych w oleju z nasion (oleinowego, linolowego i linolenowego). Dwie linie mutantów M i M charakteryzowały się wysoką zawartością kwasu oleinowego (77,2 78,4%) i obniżoną zawartością kwasu linolowego (7,7 8,1%); dwie linie (mutant M-681 i linia DH A2-17/2) miały podwyższoną zawartość kwasu linolowego (odpowiednio do 24,9 i 23,1%) oraz obniżoną zawartość kwasu linolenowego (do 2,8 i 1,8%). Piąta linia użyta do badań (DH W-78) miała typowy dla rzepaku ozimego podwójnie ulepszonego skład kwasów tłuszczowych (kwas oleinowy 64,1%, linolowy 18,2%, linolenowy 10,4%). Linie skrzyżowano w układzie diallelicznym kompletnym. Uzyskane mieszańce pokoleń F 1 i F 2 badano wraz z liniami rodzicielskimi w doświadczeniach polowych w dwóch miejscowościach (Łagiewniki, Karżniczka) w układzie losowanych bloków kompletnych, w czterech powtórzeniach. Analizy składu kwasów tłuszczowych wykonano dla olejów z nasion zebranych z roślin mieszańcowych pokoleń F 1 i F 2, więc dotyczą one pokoleń F 2 i F 3. Obliczenia ogólnej (OZK) i specyficznej zdolności kombinacyjnej (SZK) wykonano według metody Griffinga (1956). Wysoce istotna OZK badanych linii pod względem zawartości kwasów tłuszczowych z grupy C:18 wskazuje na addytywny sposób działania genów. Ułatwia to selekcję pożądanych genotypów w segregujących pokoleniach mieszańcowych. Informacja ta ważna jest tak w hodowli odmian populacyjnych, jak i mieszańcowych. Zastosowanie analizy według Haymana (1954) pozwoliło dokładniej poznać efekty addytywne i dominacji oraz określić odziedziczalność dla poszczególnych kwasów. Parametry te układają się pomyślnie dla prac hodowlanych. Efekty addytywne przewyższają około 80-krotnie wpływ dominacji. Odziedziczalności, tak w szerszym, jak i węższym sensie są bardzo wysokie: 84 99%. Wskazuje to na możliwość uzyskiwania znacznego postępu w selekcji badanych mieszańców w kierunku zmiany proporcji badanych kwasów tłuszczowych w oleju. Zjawisko dominowania, chociaż nieznaczne, występuje w kierunku wysokiej zawartości kwasu oleinowego i niskiej zawartości kwasu linolenowego. * Badania wykonano w ramach projektu badawczego rozwojowego Nr R Badania nad możliwością wykorzystania mutantów rzepaku ozimego o zmienionym składzie kwasów tłuszczowych do hodowli odmian z przeznaczeniem na biopaliwo.

2 196 Stanisław Spasibionek... Linie mutantów wysokooleinowych (M-10453, M-10464) niezależnie od kierunku krzyżowania w każdej badanej kombinacji wpływały na wzrost zawartości kwasu oleinowego (do 68,3 80,3%), natomiast linie niskolinolenowe (M-681, A2-17/2) obniżały zawartość kwasu linolenowego (do 1,6 6,6%), a podwyższały zawartość kwasu linolowego (do 25,2%). Wykonane badania pozwoliły ocenić posiadane linie mutantów pod względem ich przydatności hodowlanej do otrzymywania odmian o zmienionym składzie kwasów tłuszczowych Key words: winter oilseed rape, (Brassica napus L.), oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, diallel crosses, genetic parameters. Five lines with very different fatty acid (oleic, linoleic and linolenic) content in seed oil have been crossed in complete diallel design to investigate inheritance of C18-fatty acid composition. Two mutants M and M are characterized by an increased level of oleic acid % and reduced linoleic acid content %, two lines of mutant M-681 and of DH A2-17/2 displayed high linoleic acid content, 24.9 and 23.1% respectively, and low linolenic acid content, 2.8 and 1.8% respectively. Line DH W-78 of double low winter oilseed rape was characterized by a typical fatty acid composition in oil (64.1% of oleic acid, 18.2% of linoleic acid and 10.4% of linolenic acid). The obtained hybrids of F 1 and F 2 generation and parental lines were investigated in field trials in complete random block design in four replications in two locations (Karżniczka and Łagiewniki). Analyses of fatty acids composition were performed for oils from seeds harvested from hybrid plants of F 1 and F 2 generations, so they cover the generations F 2 and F 3. Calculations of general combining ability (GCA) and specific combining ability (SCA) were performed following Griffings (1956) method. Highly significant GCA of lines studied in terms of fatty acid content of group C:18 indicate the additive behaviour of genes. This makes easier the selection of the desired genotypes in segregating hybrid generations. This information is important in the breeding of both open pollinated cultivars and hybrids. The analyses of diallel crosses according to Hayman (1954) allowed for more accurate estimation of the additive effects and dominance, and specify the heritability for individual acids. The values for these parameters are very promising for successful breeding. Additive effects exceed approximately 80-times the influence of dominance. High coefficients of heritability in the broad and narrow sense were very high, 84 99%. This points to the possibility of obtaining significant progress in the selection of examined hybrids to change the proportion of fatty acids in rapeseed oil. The phenomenon of dominance, although slight, occurs towards high content in oleic acid and low content in linolenic acid. The lines of mutants with high oleic acid content (M-10453, M-10464), irrespective of crossing direction, in every studied combination significantly influenced the increase of oleic acid content (up to %). The lines with low linolenic acid content (M-681, A2-17/2) essentially reduced linolenic acid content (up to 1,6 6,6%), and increased linoleic acid content (up to 25.2%). The completed study allowed to evaluate our mutant lines in terms of their suitability for the breeding of new varieties producing seed oil with improved composition of fatty acids. Wstęp Możliwości wykorzystania oleju rzepakowego dla celów spożywczych i przemysłowych są zależne od składu kwasów tłuszczowych w oleju z nasion rzepaku. Dla optymalnego dostosowania oleju rzepakowego do przerobu w niektórych technologiach pożądane jest uzyskanie oleju naturalnie stabilnego, niepodlegającego szybkim procesom oksydacyjnym. Olej zawierający dużą ilość wielonienasyco-

3 Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C: nych kwasów tłuszczowych charakteryzuje się oksydatywną niestabilnością. Nie jest to korzystne zarówno przy zastosowaniu oleju na cele spożywcze do głębokiego smażenia, jak i do produkcji biopaliw, ponieważ olej taki nie nadaje się do długiego przechowywania. Ponadto, niska zawartość wielonienasyconego kwasu linolenowego ułatwia proces uwodorniania przy przerobie oleju na margarynę w wyniku czego powstaje mniej niepożądanych kwasów tłuszczowych typu trans, którym przypisuje się negatywną rolę w powstawaniu chorób naczyniowo-sercowych, a nawet nowotworowych (Willet i in. 1993, Ascherio i in. 1999, Mozaffarian i in. 2006). Należy zaznaczyć, że w Unii Europejskiej olej rzepakowy jest głównym olejem jadalnym, a w Polsce stanowi 80% spożywanych olejów roślinnych. Dla optymalizacji i poszerzenia zakresu wykorzystania oleju rzepakowego: wysokooleinowego i niskolinolenowego do produkcji biopaliw oraz w przetwórstwie spożywczym do głębokiego smażenia, a oleju wysokolinolowego jako oleju typowo sałatkowego prowadzone są badania i prace hodowlane nad otrzymaniem odmian rzepaku o wysokiej zawartości kwasu oleinowego, powyżej 75% i obniżonej do około 3 4% zawartości kwasu linolenowego (Scarth i in. 1999, Carré i in. 2007, Matthäus 2011, Matthäus i in. 2011). Wykorzystując mutagenezę w Zakładzie Genetyki i Hodowli Roślin Oleistych IHAR PIB w Poznaniu uzyskano kolekcję linii mutantów o wysokiej zawartości kwasu oleinowego (średnio 78%) i obniżonej zawartości sumy kwasów wielonienasyconych, linolowego i linolenowego (średnio 12%). Ponadto otrzymano linie mutantów o wysokiej zawartości kwasu linolowego (średnio 26%) i o ekstremalnie niskiej zawartości kwasu linolenowego (średnio 2,0%). Linie te mają cechy rzepaku podwójnie ulepszonego. Wyselekcjonowane mutanty mogą dostarczyć hodowcom niezbędnego źródła zmienności genetycznej, potrzebnej do hodowli rzepaku o zmienionym składzie kwasów tłuszczowych. Konieczne jest też poznanie zasad dziedziczenia tej cechy w celu wyboru najbardziej skutecznej metody selekcji. Badania wyjaśniające sposób działania genów odpowiedzialnych za gromadzenie się kwasów: oleinowego, linolowego i linolenowego prowadzono dotąd głównie na rzepaku wysokoerukowym i bezerukowym (Krzymański 1970, Kondra i Stefansson 1970, Thomas i Kondra 1973, Rakow i McGregor 1973, Bartkowiak-Broda 1978), a tylko nieliczne na rzepaku wysokooleinowym (Brunklau-Jung i Röbbelen 1987, Schierholt i in. 2001). Materiał i metody Pięć linii skrzyżowano w układzie diallelicznym kompletnym, były to: dwie linie wsobne z mutantów M i M o wysokiej zawartości kwasu oleinowego (od 77,2 do 78,4%) i znacznie obniżonej zawartości kwasu linolowego (od 7,7 do 8,1%),

4 198 Stanisław Spasibionek... linia wsobna z mutanta M-681 o podwyższonej zawartości kwasu linolowego (do 24,9%) oraz o obniżonej zawartości kwasu linolenowego (do 2,8%), linia dihaploidalna DH A2-17/2 o podwyższonej zawartości kwasu linolowego (do 23,1%) i obniżonej zawartości kwasu linolenowego (do 1,8%), która została wyselekcjonowana z rekombinantów: linie rzepaku ozimego podwójnie ulepszonego 00 jara odmiana Apollo o niskiej zawartości kwasu linolenowego (do 2%) uzyskana w wyniku mutagenezy chemicznej, linia dihaploidalna DH W-78, uzyskana z odmiany rzepaku ozimego Wotan o typowym dla rzepaku ozimego podwójnie ulepszonego składzie kwasów tłuszczowych (tab. 1). Tabela 1 Charakterystyka linii użytych do badań Characteristics of lines used in the study C 18:1 kwas oleinowy oleic acid C 18:2 kwas linolowy linoleic acid C 18:3 kwas linolenowy linolenic acid Linie Lines Zawartość tłuszczu Fat content [%] Kwasy tłuszczowe Fatty acids [%] C 18:1 C 18:2 C 18:3 Glukozynolany [µm g -1 nasion] Glucosinolates [µm g -1 seeds] suma total alkenowe alkenyl M ,4 77,2 8,1 6,8 12,2 6,6 M ,7 78,4 7,7 7,0 8,7 4,7 M ,6 64,2 24,9 2,8 10,7 4,8 DH A2-17/2 47,0 67,3 23,1 1,8 11,3 6,4 DH W-78 46,7 64,1 18,2 10,4 7,1 5,2 Ocena polowa W sezonie 2007/2008 założono dwa doświadczenia polowe z 20 mieszańcami pokolenia F 1 uzyskanymi w wyniku krzyżowań w układzie diallelicznym oraz ich 5 liniami rodzicielskimi. Doświadczenia założono w trzech powtórzeniach w dwóch miejscowościach (Łagiewniki województwo wielkopolskie, Karżniczka województwo pomorskie). W celu otrzymania nasion pokolenia F 2 (wolnych od przepylenia obcym pyłkiem) przeprowadzono izolacje pojedynczych roślin. Z nasion zebranych z zaizolowanych 2000 roślin wybrano 957 do analiz składu kwasów tłuszczowych oleju, tj. palmitynowego, stearynowego, oleinowego, linolowego, linolenowego, eikozenowego i erukowego. W sezonie wegetacyjnym 2008/2009 założono doświadczenia polowe z 20 mieszańcami pokolenia F 2 oraz z 5 ich liniami rodzicielskimi w czterech powtórzeniach, w dwóch miejscowościach (Łagiewniki, Karżniczka).

5 Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C: Ocena biochemiczna Podstawą oceny jakościowej były analizy biochemiczne nasion zebranych z roślin F 1 i F 2, a stanowiących pokolenia F 2 i F 3. Oznaczano skład kwasów tłuszczowych w oleju (%) oraz zawartość glukozynolanów w nasionach (µm g -1 ). Skład kwasów tłuszczowych oznaczano za pomocą chromatografii gazowej estrów metylowych kwasów tłuszczowych chromatograf firmy Hewlett Packard typ 3390A, Agillent Technologies 6890N Network GC System, a wycenę ilościową chromatogramów wykonywano całkując powierzchnie pod pikami (Byczyńska i Krzymański 1969). Metoda ta jest zgodna z polskimi normami PN-EN-ISO 5508: 1996 i PN-ISO 5509: Zawartość i skład glukozynolanów oznaczono również metodą chromatografii gazowej, rozdzielając je w formie pochodnych sililowych desulfoglukozynolanów (Michalski i in. 1995). W metodzie tej do kalibracji chromatografu zastosowano wzorzec europejski CRM-366 o sumarycznej zawartości glukozynolanów 12,1 µm g -1 nasion z tolerancją 0,8 µm g -1 nasion. Wzorzec ten został opracowany przez Comunity Bureau of Reference BCR jako uśredniona wartość analiz z ring-testu pomiędzy osiemnastoma laboratoriami. Metodę tą otrzymuje się wyniki zgodne z normą Analiza statystyczna wyników Statystyki opisowe zostały wykonane z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego Excel (analiza wariancji, współczynniki korelacji). Analiza statystyczno-genetyczna uzyskanych wyników dotyczyła: określenia wartości ogólnej i specyficznej zdolności kombinacyjnej oraz efektów krzyżowania odwrotnego (Griffing 1956), szczegółowej charakterystyki linii rodzicielskich w celu określenia sposobu działania genów (Hayman 1954), oceny podstawowych charakterystyk genetycznych takich jak: stopień dominacji, liczba grup genów wykazujących dominację, stosunek liczby alleli dominujących do recesywnych, odziedziczalność w szerokim i wąskim sensie (Mather, Jinks 1982). Obliczenia wykonano wykorzystując program DGH (Kala i in. 1996). Wyniki i dyskusja W badania nad dziedziczeniem skupiono się na trzech kwasach tłuszczowych: oleinowym, linolowym i linolenowym. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że linie mutantów wysokooleinowych (M-10453, M-10464) niezależnie od kierunku krzyżowania w każdej badanej kombinacji zarówno w mieszańcach pokoleń F 1, jak i F 2 wpływały na wzrost zawartości kwasu oleinowego (do maksymalnie 68,3 80,3%), a linie niskolinolenowe (M-681, A2-17/2) znacznie obniżały

6 200 Stanisław Spasibionek... Tabela 2 Średnia zawartość kwasu oleinowego, linolowego i linolenowego w oleju z nasion linii rodzicielskich oraz zebranych z roślin mieszańców pokoleń F 1 i F 2 Mean values of oleic, linoleic and linolenic acid content (%) in seeds of parental lines and collected from plants of hybrids of F 1 and F 2 generations A linia rodzicielska parental line B mieszańce Pokolenie Generation hybrids F 1 F 2 Wsp. zmienności dla F 1 i F 2 Zakres zmienności Range of variation Coefficient of variability F 1 F 2 Kwas oleinowy Oleic acid C 18:1 A M ,6 77,4 1,09 76,5 78,5 76,9 77,9 B 74,5 72,2 2,87 69,9 79,0 68,3 78,6 A M ,7 80,2 1,12 79,0 81,0 79,2 81,2 B 74,9 72,5 2,79 70,4 80,3 69,6 78,3 A M ,2 64,2 4,34 62,1 68,3 62,9 65,5 B 70,4 68,2 2,66 63,8 74,3 63,6 71,8 A A2-17/2 67,5 68,1 1,71 66,3 71,8 67,4 68,8 B 70,7 69,4 2,56 65,1 74,4 66,4 75,2 A W-78 67,7 63,8 4,39 62,0 69,8 63,2 64,3 B 70,7 67,8 3,06 64,3 74,6 65,3 72,1 Kwas linolowy Linoleic acid C 18:2 A M ,1 7,6 4,91 6,8 7,9 7,5 7,6 B 12,2 13,4 9,89 7,2 16,0 7,7 16,7 A M ,6 6,8 6,74 6,4 7,6 6,3 7,3 B 12,5 14,0 10,49 6,6 16,4 7,8 16,9 A M ,4 25,0 10,48 21,6 27,1 23,5 26,5 B 18,4 19,3 6,53 13,9 24,8 14,6 23,6 A A2-17/2 23,3 21,8 6,02 18,0 24,4 21,2 22,3 B 18,0 18,4 6,61 13,6 25,2 12,6 22,5 A W-78 17,4 20,0 10,23 16,2 21,2 19,2 20,8 B 15,9 18,0 9,73 11,5 22,7 12,9 20,7 Kwas linolenowy Linolenic acid C 18:3 A M ,1 7,4 11,07 7,2 8,7 6,7 8,0 B 6,2 6,6 13,13 4,3 8,6 4,6 9,2 A M ,5 6,1 9,99 5,9 7,2 5,6 6,5 B 6,0 6,1 13,07 4,1 8,5 3,9 8,2 A M-681 2,1 2,5 16,43 1,7 2,7 2,4 2,5 B 4,1 4,6 15,00 1,6 6,0 2,3 5,9 A A2-17/2 1,9 2,2 14,18 1,7 2,2 2,0 2,4 B 4,2 4,4 15,04 1,6 6,0 2,1 6,6 A W-78 8,0 8,6 11,98 6,9 9,2 8,2 9,0 B 6,3 6,5 10,28 4,1 8,8 4,3 8,9

7 Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C: zawartość kwasu linolenowego (do minimum 1,6 6,6%), a podwyższały zawartość kwasu linolowego (do maksymalnie 25,2%) (tab. 2). Selekcja genotypów o zmienionym składzie kwasów tłuszczowych w oleju nasion jest utrudniona, bowiem ekspresja tych zmian jest modyfikowana przez warunki środowiska. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że najmniejszej presji środowiska podlegała zawartość kwasu oleinowego, co potwierdzają obliczone dla każdej kombinacji krzyżowań niskie wartości współczynników zmienności. Warunki środowiska najbardziej wpływały na zawartość kwasu linolenowego, szczególnie w kombinacjach krzyżowań z niskolinolenowym mutantem M-681 i linią A2-17/2 (tab. 2). Otrzymane wyniki potwierdzają wieloletnie obserwacje własne (Spasibionek i in. 1998) oraz innych autorów (Bartkowiak-Broda 1978, Brunklaus-Jung i Röbbelen 1987) dotyczące wpływu warunków środowiska na zmiany zawartości kwasów tłuszczowych w oleju linii mutantów. Podkreślają oni, że na przebieg syntezy poszczególnych kwasów tłuszczowych duży wpływ ma temperatura podczas dojrzewania nasion. Badania nad dziedziczeniem kwasów tłuszczowych przeprowadzone przez Kondrę i Stefanssona (1970) pozwoliły wyciągnąć wniosek, że zawartość kwasów 18-węglowych w oleju nasion rzepaku jest warunkowana przez genotyp rośliny matecznej oraz częściowo przez genotyp zarodka. Obserwacje te zostały potwierdzone przez badania Thomasa i Kondry (1973). Powyższe stwierdzenia zostały poparte badaniami wykonanymi przez Bartkowiak-Broda (1978). Uzyskane przez autorkę wyniki analizy zmienności dla nasion mieszańców otrzymanych z krzyżowań genotypów o typowym składzie kwasów tłuszczowych wykazały istotny wpływ genotypu rośliny matecznej na zawartość kwasów oleinowego i linolowego, przy znacznie mniejszym wpływie genotypu zarodka. Rakow i McGregor (1973) stwierdzili, że zawartość kwasu linolenowego warunkowana jest głównie przez genotyp zarodka nasienia przy niewielkim udziale genotypu rośliny matecznej. Natomiast sposób dziedziczenia kwasu linolowego determinowany jest nie tylko przez genotyp zarodka, ale również w większym stopniu przez genotyp rośliny matecznej. Przeprowadzona przez nas analiza zmienności genetycznej dla zawartości kwasów tłuszczowych: oleinowego, linolowego i linolenowego w oleju z nasion zebranych z roślin pokoleń F 1 i F 2 mieszańców wykazała wysoce istotne różnice między rodzinami utworzonymi według genotypów tak matecznych, jak i ojcowskich. Analiza ta pozwala również stwierdzić, że zawartość kwasów 18-węglowych w oleju nasion badanych mieszańców warunkowana jest prawie w równym stopniu przez genotyp mateczny, jak i przez genotyp ojcowski. Istotny wpływ współdziałania genotypu matecznego i ojcowskiego na poziom badanych kwasów zaobserwowano w większości doświadczeń tylko dla nasion zebranych z roślin pokolenia mieszańcowego F 1 (tab. 3).

8 Tabela 3 Istotność wariancji genetycznej i niedziedzicznej dla zawartości kwasów oleinowego, linolowego oraz linolenowego w oleju nasion zebranych z roślin pokoleń F1 i F2 Significance of genetic variance and non-inheritable variance for oleic, linoleic and linolenic acid contents in oil of seeds collected from plants of F1 and F2 generations Średni kwadrat Mean square a) Źródło zmienności Source of variation pokolenie F1 generation F1 pokolenie F2 generation F Karżniczka Łagiewniki Karżniczka Łagiewniki mean średnia Karżniczka Łagiewniki średnia mean Genotyp mateczny Genotype of the mother Kwas oleinowy Oleic acid C18:1 186,76*** 131,36*** 248,32*** 229,07*** 217,88*** 247,98*** 218,73*** 114,09*** Genotyp ojcowski Genotype of the father 180,33*** 121,25*** 261,56*** 191,42*** 207,54*** 254,9*** 175,27*** 105,52*** Interakcja genotypów obu rodziców Interaction of genotypes of both parents 3,49** 0,84 6,66* 4,37* 1,16 7,67 12,61 2,26 Błąd Error 1,03 1,17 3,33 2,32 3,32 5,02 12,32 3,91 Kwas linolowy Linoleic acid C18:2 Genotyp mateczny Genotype of the mother 302,42*** 211,9*** 294,71*** 319,31*** 316,77*** 308,67*** 313,99*** 154,15*** Genotyp ojcowski Genotype of the father 292,43*** 193,56*** 300,23*** 277,66*** 300,64*** 316,35*** 265,58*** 145,05*** Interakcja genotypów obu rodziców Interaction of genotypes of both parents 2,02** 0,74 4,52** 2,8** 0,51 4,68 8,3 1,58 Błąd Error 0,56 1,03 1,97 1,09 1,89 3,3 7,41 1,67 Kwas linolenowy Linolenic acid C18:3 Genotyp mateczny Genotype of the mother 42,37*** 26,31*** 33,76*** 30,92*** 38,17*** 35,98*** 46,33*** 20,27*** Genotyp ojcowski Genotype of the father 41,73*** 28,38*** 33,98*** 43,27*** 41,94*** 35,97*** 40,92*** 19,02*** Interakcja genotypów obu rodziców Interaction of genotypes of both parents 0,33** 0,62** 0,86** 2,63** 0,47 0,6 1,61 0,38 Błąd Error 0,07 0,13 0,23 0,42 0,59 0,72 1,21 0,64 a) Istotność statystyki F na poziomie Significant at level: * α 0,05, ** α 0,01, *** α 0,001

9 Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C: Ocena zdolności kombinacyjnej form rodzicielskich na podstawie kombinacji mieszańcowych jest ważnym etapem procesu hodowlanego. Znajomość ogólnej zdolności kombinacyjnej (OZK) linii wsobnych umożliwia wybór linii rodzicielskich, które przedstawiają największą wartość kombinacyjną. Natomiast znajomość specyficznej zdolności kombinacyjnej (SZK) pozwala wytypować najbardziej korzystne kombinacje mieszańcowe. Przeprowadzona dla mieszańców diallelicznych analiza wariancji według metody Griffinga (1956) dla zawartości badanych kwasów wykazała istotność efektów ogólnej i specyficznej zdolności kombinacyjnej mieszańców. Istotność efektu specyficznej zdolności kombinacyjnej badane linie wykazały w pokoleniu F 1 i F 2 pod względem zawartości kwasu oleinowego tylko w jednej miejscowości (Karżniczka), przy czym w pokoleniu F 2 efekt ten był słabszy. W przypadku kwasu linolowego wysoce istotny efekt SZK stwierdzono w pokoleniu F 1 w Karżniczce, natomiast w pokoleniu F 2 efekt ten był nieistotny. SZK badanych linii pod względem kwasu linolenowego była istotna w obu miejscowościach prowadzonych doświadczeń w pokoleniu F 1, ale jej efekt był już nieistotny w pokoleniu F 2 (tab. 4). Natomiast istotność efektów krzyżowań odwrotnych wykazano jedynie w przypadku kwasu linolenowego w pokoleniu F 1 w Łagiewnikach (tab. 4). W tabeli 5 przedstawiono OZK badanych linii pod względem zawartości kwasów tłuszczowych: oleinowego, linolowego i linolenowego z uwzględnieniem ich istotności. Efekty ogólnej zdolności kombinacyjnej wszystkich badanych linii pod względem zawartości wszystkich badanych kwasów tłuszczowych były wysoce istotne na poziomie α = 0,001 zarówno w pokoleniu F 1, jak i F 2. Linie mutantów M i M o wysokiej dodatniej wartości OZK dla kwasu oleinowego i ujemnej wartości OZK dla kwasu linolowego odpowiednio zwiększały zawartość kwasu oleinowego i obniżały zawartość kwasu linolowego w oleju z nasion mieszańców. Linie M-681 i A2-17/2 o wysokiej dodatniej wartości OZK dla kwasu linolowego wpływały na wzrost zawartości tego kwasu, a ich ujemna wartość dla kwasu linolenowego wpływała na obniżenie zawartości tego kwasu w nasionach mieszańcach. Wysoce istotne wartości OZK w pokoleniach mieszańcowych F 1 i F 2 badanych linii wskazują na addytywne działanie genów determinujących zawartość badanych kwasów. Uzyskane wysoce istotne wartości OZK wobec nieistotnych SZK badanych linii pod względem zawartości kwasów: oleinowego, linolowego i linolenowego są zgodne z wynikami uzyskanymi przez Bartkowiak-Broda (1978). Dla kwasu oleinowego analogiczne wyniki uzyskał Schiercholt (2001).

10 Tabela 4 Analiza wariancji zmienności genetycznej dla zawartości kwasu oleinowego, linolowego i linolenowego w oleju z nasion zebranych z roślin mieszańców pokoleń F1 i F2 typ diallelu I: według Griffinga Analysis of genetic variance for oleic, linoleic and linolenic acid content in oil of seeds collected from hybryd plants of F1 and F2 generation diallel model I: according to Griffing Kwas oleinowy Oleic acid C18:1 Kwas linolowy Linoleic acid C18:2 Kwas linolenowy Linolenic acid C18:3 Źródło zmienności Source of variation Stopnie swob. Degrees freedom Karżniczka Łagiewniki średni kwadrat mean square statystyka F średni kwadrat mean square statystyka F średni kwadrat mean square Karżniczka Łagiewniki Karżniczka Łagiewniki statystyka F średni kwadrat mean square statystyka F średni kwadrat mean square statystyka F średni kwadrat mean square statystyka F Pokolenie F1 Generation F1 Blok Block 2 1,33 3,92 1,49 3,60 0,12 0,58 Mieszańce Hybrids 24 63,50 62,5*** 42,67 40,6*** 100, *** 68,07 73,8*** 14,23 222,3*** 9,53 89,4*** OZK GCA 4 366,27 360,6*** 251,19 239,0*** 594, ,3*** 403,90 438,1*** 84, ,5*** 54,34 509,8*** SZK SCA 10 4,79 4,7*** 0,89 0,8 2,84 5,5*** 0,75 0,8 0,47 7,4*** 0,60 5,6*** Efekt odwrotny Reciprocal effect 10 1,10 1,1 1,04 1,0 0,57 1,1 1,05 1,14 0,08 1,2 0,53 5,0*** Błąd Error 48 1,02 1,05 0,52 0,92 0,06 0,11 Razem Total 74 Pokolenie F2 Generation F2 Blok Block 3 3,93 4,95 4,70 1,79 1,10 0,42 Mieszańce Hybrids 24 88,92 17,54*** 74,07 5,87*** 107,29 33,10*** 102,13 13,37*** 12,39 17,58*** 15,61 12,57*** OZK GCA 4 494,60 97,56*** 391,64 31,03*** 617,76 190,61*** 576,86 75,50*** 71,71 101,79*** 87,09 70,12*** SZK SCA 10 11,13 2,19* 15,18 1,20 6,30 1,94 10,03 1,31 0,75 1,06 1,93 1,55 Efekt odwrotny Reciprocal effect 10 4,45 0,88 5,95 0,47 4,09 1,26 4,33 0,57 0,30 0,43 0,70 0,57 Błąd Error 72 5,07 12,62 3,24 7,64 0,70 1,24 Razem Total 99 Różnice istotne na poziomie Significant at level: * α 0,05, ** α 0,01, *** α 0,001

11 Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C: Tabela 5 Ogólna zdolność kombinacyjna i jej istotność dla zawartości kwasu oleinowego, linolowego i linolenowego w oleju z nasion zebranych z roślin pokolenia F 1 i F 2 General combining ability and its significance in respect of oleic, linoleic and linolenic acid content in oil of seeds collected from plant of F 1 and F 2 generations Linia rodzicielska Parental line Pokolenie F 1 Generation F 1 Pokolenie F 2 Generation F 2 Karżniczka Łagiewniki Karżniczka Łagiewniki Kwas oleinowy Oleic acid C 18:1 M ,27*** 2,69*** 3,27*** 2,69*** M ,27*** 3,60*** 4,27*** 3,60*** M-681-3,33*** -2,30*** -3,33*** -2,30*** A2-17/2-2,04*** -2,09*** -2,04*** -2,09*** W-78-2,17*** -1,91*** -2,17*** -1,91*** Kwas linolowy Linoleic acid C 18:2 M ,65*** -3,92*** -4,49*** -4,10*** M ,57*** -3,74*** -3,87*** -4,11*** M-681 4,69*** 3,55*** 4,25*** 3,56*** A2-17/2 3,77*** 3,38*** 2,24*** 2,85*** W-78 0,75*** 0,73*** 1,88*** 1,80*** Kwas linolenowy Linolenic acid C 18:3 M ,32*** 1,15*** 0,91*** 1,39*** M ,84*** 0,60*** 0,50*** 0,55** M-681-1,78*** -1,54*** -1,24*** -1,57*** A2-17/2-1,85*** -1,36*** -1,59*** -1,59*** W-78 1,47*** 1,15*** 1,42*** 1,22*** Różnice istotne na poziomie Significant at level: * α 0,05, ** α 0,01, *** α 0,001 Addytywne działanie, jak i dominowanie genów miały istotny wpływ na zawartość kwasu oleinowego w pokoleniach F 1 i F 2, a w pokoleniu F 1 na zawartość kwasu linolowego i linolenowego. Dla tych cech wystąpiła ukierunkowana dominacja genów. Zarówno efekt addytywnego, jak i dominującego sposobu działania genów malał w pokoleniu F 2 mieszańców, jednak efekty addytywne pozostawały nadal istotne (tab. 6), ale efekty addytywne pozostawały istotne. W tabeli 7 przedstawiono parametry genetyczne wg Mathera i Jinks a (1982). Dla badanych kwasów tłuszczowych oceny parametrów addytywnych (D) były wyższe od nieaddytywnych (H 1 ), co w połączeniu z ocenami stopni dominacji (H 1 /D) 1/2 o wartościach mniejszych od 1 oznacza, że nieaddytywne działanie genów wywiera mniejszy wpływ na ekspresję badanych cech. Wskazuje to na istnienie tylko częściowej dominacji w warunkowaniu zawartości kwasów oleinowego, linolowego i linolenowego.

12 Tabela 6 Analiza wariancji dla zawartości kwasów oleinowego, linolowego i linolenowego w oleju z nasion zebranych z roślin pokoleń F1 i F2 mieszańców wg Haymana Analysis variance for oleic, linoleic and linolenic acid content in oil of seeds collected from plants of F1 and F2 hybrid generation: according to Hayman Linia rodzicielska Parental line Dominowanie Dominance Jeden kierunek Unidirection Asymetria Asymmetry Addytywność Additivity Dominowanie Dominance Jeden kierunek Unidirection Asymetria Asymmetry Addytywność Additivity Dominowanie Dominance Jeden kierunek Unidirection Asymetria Asymmetry Addytywność Additivity Stopnie swobody Degrees freedom średni kwadrat mean square Pokolenie F1 Generation F1 Pokolenie F1 Generation F1 Karżniczka Łagiewniki Karżniczka Łagiewniki statystyka F średni kwadrat mean square statystyka F Kwas oleinowy Oleic acid C18:1 średni kwadrat mean square statystyka F średni kwadrat mean square statystyka F 10 1,60 4,72*** 0,29 0,84 2,78 2,19* 3,79 1,20 1 4,48 13,24*** 0,001 0,003 0,82 0,64 3,99 1,26 4 2,09 6,18*** 0,30 0,85 4,38 3,46* 4,82 1, ,09 360,57*** 83,73 239,02*** 123,65 97,57*** 97,91 31,03*** 10 0,94 5,45*** 0,25 1 2,72 15,71*** 0,09 Kwas linolowy Linoleic acid C18:2 0,82 1,58 1,94 2,51 1,31 0,31 0,46 0,57 0,73 0,38 4 1,06 6,12*** 0,31 1,00 2,78 3,43* 4,53 2, , ,34*** 134,63 438,14*** 154,44 190,61*** 144,21 75,50*** Kwas linolenowy Linolenic acid C18:3 10 0,16 7,39*** 0,20 5,63*** 0,19 1 0,01 1,06 0,48 1,55 0,44 0,05 1,37 0,08 0,47 0,77 2,49 4 0,19 8,89*** 0,09 2,64* 0,17 0,94 0,50 1, , ,53*** 18,11 509,79*** 17,92 101,79*** 21,77 70,12*** Różnice istotne na poziomie Significant at level: * α 0,05, ** α 0,01, *** α 0,001

13 Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C: Tabela 7 Ocena parametrów genetycznych dla zawartości kwasów tłuszczowych w oleju nasion roślin mieszańcowych pokoleń F 1 i F 2 wg Mathera Estimates of the genetic parameters for fatty acid composition of seed oil from hybrid plants of F 1 and F 2 generations according to Mather C 18:1 kwas oleinowy oleic acid C 18:2 kwas linolowy linoleic acid C 18:3 kwas linolenowy linolenic acid Parametr Karżniczka Łagiewniki Parameter C 18:1 C 18:2 C 18:3 C 18:1 C 18:2 C 18:3 Pokolenie F 1 Generation F 1 D 61,74 91,01 11,65 46,71 66,00 10,21 H 1 3,57 2,08 0,37 1,27 1,42 1,23 h 2 2,87 1,74 0,01 0,43 0,14 0,19 (H 1 /D) 1/2 0,24 0,15 0,18 0,16 0,15 0,35 h 2 /H H 2 /4H 1 0,18 0,18 0,18 0,21 0,20 0,18 [(DH 1 ) 1/2 +F] / [(4DH 1 ) 1/2 F] 2,81 2,63 1,31 3,15 2,10 2,79 Odziedziczalność w szerokim sensie Heritability (sl) Odziedziczalność w wąskim sensie Heritability (ss) 0,99 0,99 0,99 0,98 0,99 0,97 0,96 0,99 0,98 0,96 0,98 0,92 Pokolenie F 2 Generation F 2 D 60,65 67,01 7,11 51,97 74,69 9,11 H 1 4,90 2,71 0,02 2,28 2,77 0,46 h 2 0,52 0,30 0,05 2,56 0,47 0,49 (H 1 /D) 1/2 0,28 0,20 0,05 0,21 0,19 0,22 h 2 /H H 2 /4H 1 0,15 0,14 0,35 0,14 0,11 0,19 [(DH 1 ) 1/2 +F] / [(4DH 1 ) 1/2 F] 2,30 1,37 1,02 5,50 5,11 1,37 Odziedziczalność w szerokim 0,95 0,97 0,95 0,86 0,94 0,93 sensie Heritability (sl) Odziedziczalność w wąskim 0,92 0,96 0,95 0,84 0,93 0,92 sensie Heritability (ss) D ocena komponentu addytywego estimation of additive components H 1 ocena komponentu nieaddytywnego estimation of non additive components (H 1 /D) 1/2 średni stopień dominowania average degree of dominance h 2 /H 2 liczba grup genów kontrolujących daną cechę i wykazujących dominację number of groups of genes controlling a particular trait, and displying dominance H 2 /4H 1 względny rozdział alleli dominujących relative distribution of dominant alleles [(DH 1 ) 1/2 +F] / [(4DH 1 ) 1/2 F] stosunek liczby genów dominujących do recesywnych the ratio of dominant to recessive genes

14 208 Stanisław Spasibionek... Stosunek alleli dominujących do recesywnych, wyrażający się wzorem [(DH 1 ) 1/2 +F] / [(4DH 1 ) 1/2 F], był większy od 1 dla kwasów oleinowego, linolowego i linolenowego; sugeruje to przewagę genów dominujących nad recesywnymi w warunkowaniu zawartości tych kwasów. Informacje dotyczące działania genów determinujących zawartość kwasów tłuszczowych i wyznaczenie współczynników odziedziczalności dla tych cech mają dla hodowcy istotne znaczenie w zaplanowaniu prac selekcyjnych i przy wyborze metod hodowlanych. Rozróżnia się odziedziczalność w szerokim sensie jako stosunek zmienności genotypowej do fenotypowej oraz odziedziczalność w wąskim sensie jako stosunek zmienności addytywnej do fenotypowej. Z punktu widzenia selekcji ważny jest przede wszystkim współczynnik odziedziczalności w wąskim sensie, ponieważ wariancja addytywna jest podstawą podobieństwa między rodzicami a potomstwem (Falconer 1974). Oba współczynniki odziedziczalności analizowanych kwasów tłuszczowych były bardzo wysokie i zawierały się w przedziale 0,84 0,99. Wskazuje to zarówno na duży udział zmienności genetycznej w zmienności fenotypowej badanych cech, jak i znaczące addytywne działanie genów w dziedziczeniu badanych cech (tab. 7). Wnioski 1. Wysoce istotna ogólna zdolność kombinacyjna badanych linii w odniesieniu do kwasów tłuszczowych z grupy C:18 wskazuje na możliwość ich wykorzystania tak w hodowli odmian populacyjnych, jak i mieszańcowych o zmienionym składzie oleju. 2. Zastosowanie analizy według Haymana do mieszańców w układzie diallelicznym pozwoliło szczegółowo określić występowanie zjawiska działania addytywnego genów oraz ich dominowania w kontrolowaniu zawartości kwasów oleinowego, linolowego i linolenowego. Wpływ efektów dominowania jest około 80 razy mniejszy od efektów addytywnych. 3. Na decydujący udział genów addytywnych w uwarunkowaniu składu kwasów tłuszczowych w oleju z nasion badanych mieszańców wskazują również wysokie współczynniki odziedziczalności dla analizowanych kwasów tłuszczowych oraz bardzo istotne wartości ogólnej zdolności kombinacyjnej. Świadczy to o dużym udziale zmienności genetycznej w zmienności fenotypowej. 4. Wysokie współczynniki odziedziczalności w szerszym i w węższym sensie wskazują na możliwość uzyskania szybkiego postępu w selekcji badanych mieszańców w kierunku zmiany proporcji kwasów tłuszczowych C:18 w oleju z nasion.

15 Badania nad dziedziczeniem zawartości kwasów tłuszczowych C: W badanych mieszańcach genotyp rośliny matecznej i genotyp zapylacza mają równorzędny wpływ na skład kwasów tłuszczowych C:18 w oleju nasion mieszańcowych pokoleń F 2 i F 3. Literatura Ascherio A., Katan M.B., Zock P.L., Stampfer M.J., Willett W.C Trans Fatty Acids and Coronary Heart Disease. N. Engl. J. Med., 340: Bartkowiak-Broda I Inheritance of fat content and fatty acid composition in seeds of zeroerucic Winter rape (B. napus). Proc. 5th Int. Rapeseed Congress, Malmö, Sweden, 1: Brunklaus-Jung E., Röbbelen G Genetical and physiological investigations on mutants for polyenoic fatty acid in rapeseed (Brassica napus L.). Plant Breeding, 98: Byczyńska B., Krzymański J Szybki sposób otrzymywania estrów metylowych kwasów tłuszczowych do analizy metodą chromatografii gazowej. Tłuszcze Jadalne, XIII: Carré P., Evrard J., Judde A., Labalette F., Mazette S Technological performances of low linolenic/high oleic rapeseed oils for food and non-food application. Proc. 12 th Int. Rapeseed Congress, Wuhan, China, 5: Falconer D.S Dziedziczenie cech ilościowych. PWN, Warszawa. Griffing B Concept of general and specific combining ability in relation to diallel crossing system. Aust. J. Biol. Sci., 9: Hayman B.I The theory and analysis of diallel crosses. Genetics, 39: Kala R., Dobek A., Chudzik H., Kiełczewska H System analiz statystycznych doświadczeń genetyczno-hodowlanych, wersja 2.0 podręcznik użytkownika. Kondra Z.P., Stefansson B.R Maternal Effect on the Fatty Acid Composition of Rapeseed Oil (Brassica napus). Can. J. Plant. Sci., 55: Krzymański J Genetyczne możliwości ulepszania składu chemicznego nasion rzepaku ozimego. Hodowla Roślin Aklimatyzacja i Nasiennictwo, 14 (2): Matthäus B Effect of canolol (4-vinylsyringol) on the oxidation of edible oils. Proc. 13th Int. Rapeseed Congress, Praque, Czech Republic, / Matthäus B., Haase N., Unbehend G Impact of HOLL rapeseed oil during frying on product quality during storage. Proc. 13th Int. Rapeseed Congress, Praque, Czech Republic, / Mather K., Jinks J.L Biometrial Genetics. 2nd ed., Chapman and Hall, London. Michalski K., Kołodziej K., Krzymański J Quantitative analysis of glucosinolates in seeds of oilseed rape effect of sample preparation on analytical results. Proc. 9th Int. Rapeseed Congress, Cambridge UK, 3: Mozaffarian D., Katan M.B, Ascherio A., Stampfer M.J., Willett W.C Trans fatty acids and cardiovascular disease. New England Journal of Medicine, 354: Rakow G., McGregor D.I Opportunities and problems in modification of levels of rapeseed C 18 unsaturated fatty acids. JAOCS, 50: Scarth R., Mcvetty P.B.E Designer oil canola a review of new food-grade Brassica oils with focus on high oleic, low linolenic types. Proc. 10th Int. Rapeseed Congress, Canberra,

16 210 Stanisław Spasibionek... Schierholt A., Rücker B., Becker H.C Inheritance of high oleic acid mutations in winter oilseed rape (Brassica napus L.). Crop Sci., 41: Spasibionek S., Byczyńska B., Krzymański J Wpływ środowiska na zmiany składu kwasów tłuszczowych w oleju mutanta 1207 rzepaku ozimego. Rośliny Oleiste Oilseed Crops, XIX: Thomas P.M., Kondra Z.P Maternal Effect on the Oleic, Linoleic and Linolenic Acid Content of Rapeseed Oil. Can. J. Plant Sci., 53: Willet W.C., Stampfer M.J., Manson J.E., Colditz G.A., Speizer F.E., Rosner B.A., Sanosibm L.A., Hennekens C.H Intake of trans fatty acids and risk of coronary heart disease among women. The Lancet., 341: