Наследование признака высокого содержания олеиновой кислоты в масле семян F2 и поколения BC1 рапса озимого (Brassica napus L.)

Введение. Рапс масличный ( Brassica napus L.) является одной из важнейших масличных культур во всем мире как источник высококачественного пищевого растительного масла для потребления человеком. Качество рапсового масла в основном определяется его жирно-кислотным составом, в частности соотношением трёх основных ненасыщенных жирных кислот: олеиновой (С18 : 1), линолевой (С18 : 2) и линоленовой (С18 : 3) [1]. Одним из важнейших направлений в селекции рапса является повышение содержания олеиновой кислоты в масле семян [2]. Такой тип масла сохраняет преимущества низкого содержания насыщенных жирных кислот; его можно использовать для многократного обжаривания продуктов питания при высокой температуре без потери вкусовых качеств и вреда для здоровья [3]. В результате испытаний на устойчивость высокоолеино-вого рапсового масла к окислению было установлено, что снижение доли полине-насыщенных кислот до уровня 9–10 %, значительное увеличение доли олеиновой кислоты в масле семян, а также более высокое содержание природных антиоксидантов – токоферолов положительно влияет на устойчивость высокоолеиново-го рапсового масла к процессам окисления более чем в 5 раз в сравнении с традиционным рапсовым маслом и более чем в 1,5 раза по сравнению с оливковым маслом [4].

Для селекции рапса на улучшение качественных характеристик масла большое значение имеет понимание механизма биосинтеза входящих в его состав жирных кислот [5]. Согласно исследованиям в области биохимии липидов, основным геном, который вызывает превращение стеариновой кислоты в олеиновую, является FAD1 [6]. Решающую роль в преобразовании олеиновой кислоты в линолевую играет FAD2 (Fatty acid desaturase 2) – десатураза жирных кислот, которая находится в эндоплазматическом ретикулуме и катализирует процесс десатурации путём образования второй двойной связи в дельта-12-позиции. В исследованиях китайских учёных было подтверждено, что существует четыре аллеля гена FAD2, которые появились в рапсе от синтетической гибридизации его диплоидных предшественников – сурепицы (Brassica rapa L.) и капусты огородной (Brassica oleracea L.), каждый из которых имеет по две аллели FAD2 [7]. В исследованиях о генетическом контроле наследования признака высокого содержания олеиновой кислоты в масле семян рапса были рассчитаны генетические эффекты аддитивности, доминирования и эпистаза в популяциях F2 двух мутантных аллелей BnFAD2. Cреднее содержание олеиновой кислоты у линий с генотипом aabb или AABB в популяции F2 составило примерно 85 % и 63 % соответственно, как и у родительских линий. Увеличение содержания олеиновой кислоты сопровождалось снижением содержания линолевой и линоленовой кислот, тогда как содержание масла у линий не претерпевало существенных изменений. Аналогичная ситуация наблюдалась в следующих поколениях F2 и BC1. Наследование содержания олеиновой кислоты в основном контролировалось аддитивным эффектом [8].

В последние несколько десятилетий как мутагенез, так и генетическая трансформация определённых фрагментов ДНК широко использовались для создания новых сортов, поскольку эти стратегии значительно облегчают процессы селекции [9]. Однако такие методы имеют недостатки. Например, мутагенез может вводить случайные мутации, которые возможно удалить только с помощью трудоёмких и требующих долгого времени стратегий селекции. С генетической трансформацией связаны возможные проблемы со здоровьем людей и окружающей средой [10]. Поэтому актуальным 29

остаётся использование методов традиционной селекции.

В результате ранее проведённых исследований нами было установлено, что наследование признака высокого содержания олеиновой кислоты в масле семян F 1 рапса озимого при скрещивании высо-коолеиновых линий с продуктивными линиями из сортов Сармат и Селегор с традиционным жирно-кислотным составом наблюдается промежуточный тип наследования [11]. Это согласуется с аналогичными результатами, полученными китайскими учёными, которые установили, что показатели олеиновой кислоты в поколении F 1 являются средними между родителями с высоким (80,5 %) и нормальным (62,7 %) содержанием олеиновой кислоты в масле семян. Причём при использовании высокоолеиновой линии в качестве материнского компонента, а в качестве отцовского – линии с традиционным жирно-кислотным составом, содержание С18 : 1 было 73,4 %. В скрещиваниях в обратном направлении это значение равнялось 67,8 %, что говорит о присутствии материнского эффекта [12].

Целью данной работы является продолжение изучения закономерностей наследования признака высокоолеиново-сти в F 2 и поколении BC 1 рапса озимого для получения новых знаний о генетических механизмах высокого содержания олеиновой кислоты в масле семян и научно обоснованных подходов в создании селекционного материала с высоким содержанием олеиновой кислоты.

Материалы и методы. Исследования были проведены в 2021–2022 гг. Материалом послужили реципрокные гибриды F1 от скрещиваний высокоолеиновой линии ВН-1848 (79,3 %) с двумя линиями из сортов Сармат и Селегор селекции ФГБ-НУ ФНЦ ВНИИМК с традиционным содержанием олеиновой кислоты в масле семян – 62,1 и 60,5 % соответственно. Для получения семян BC1 использовались гибриды F1. С этой целью были проведены возвратные скрещивания, где в каче- стве рекуррентов выступали как высокопродуктивные линии из сортов Сармат и Селегор, так и высокоолеиновая линия ВН-1848. В 2022 г. получены F2 и поколение BC1 в полевых условиях. Весь материал проходил оценку на содержание олеиновой кислоты в масле семян с помощью ИК-спектрометрии на приборе MATRIX-I Bruker Optics в стандартной комплектации [13]. Для систематической оценки соответствия фактического расщепления теоретически ожидаемому применялся метод критерия значимости хи-квадрат (χ2) [14].

Результаты и обсуждение. В реципрокных скрещиваниях линии ВН-1848 с линиями из сортов Сармат и Селегор содержание олеиновой кислоты в масле семян имело среднее значение между родительскими формами – 69,4 % в скрещиваниях с линией из сорта Селегор и 71,0 % в скрещиваниях с линией из сорта Сармат. В связи с тем, что в F 1 не наблюдался сильный материнский эффект, для последующего изучения признака высокого содержания олеиновой кислоты в F 2 и поколении BC 1 реципрокные скрещивания были объединены (табл. 1). Анализ показал, что содержание олеиновой кислоты в масле семян гибридов F 2 варьировало от 65,0 до 80,6 %. Наблюдалось расщепление по двум фенотипическим классам в соотношении 15 : 1. К первому были отнесены линии, в масле семян которых содержание олеиновой кислоты было менее 79 %, ко второму – линии, имеющие высокие показатели этого признака – на уровне или выше родительского высоко-олеинового компонента (18 : 1 > 79 %). Проверка полученных соотношений по критерию хи-квадрат (χ²) свидетельствовала о случайном различии между фактическими и теоретически ожидаемыми результатами, поскольку значение χ² оказалось меньше 3,8, р > 0,05 (табл. 1). Согласно полученным данным можно предположить, что содержание олеиновой кислоты в масле семян контролируется двумя парами неаллельных генов, которые вызывают аддитивный эффект.

Таблица 1

Результаты гибридологического анализа признака высокого содержания олеиновой кислоты в масле семян F 2 рапса озимого

Чтобы удостовериться в изложенной гипотезе, наследование олеиновой кислоты было изучено и в поколении BC 1 . В первой части опыта проводились возвратные скрещивания (беккроссы), где линии из сортов Сармат и Селегор с традиционным жирно-кислотным составом являлись материнскими формами, а реципрокные гибриды F 1 - отцовскими. В результате расщепления в поколении BC 1 на биотипы с разными показателями олеиновой кислоты высокоолеиновых форм найдено не было. Показатели варьировались от 62,0 до 76,7 %. Это говорит о рецессивности признака высокого содержания олеиновой кислоты, из-за чего он и не проявился в фенотипе. Соотношение по такой схеме скрещивания: AABB х AaBb = 4 : 0.

Во второй части опыта возвратные скрещивания проводились с использованием в качестве материнского компонента растения высокоолеиновой линий ВН-1848, отцовским компонентом являлись реципрокные гибриды F1. Согласно нашим предположениям о рецессивном состоянии генов, отвечающих за признак высокого содержания олеиновой кислоты в масле семян, в таком типе возвратного скрещивания (aabb × AaBb) соотношение в фенотипе должно равняться 3 : 1. В результате в поколении BC1 при таком направлении скрещивания содержание олеиновой кислоты в масле семян находилось в пределах от 67,0 до 81,9 %. Было получено 55 генотипов с низким содержанием олеиновой кислоты (18 : 1 < 79 %) и 11 генотипов с высокими показателями этого признака (18 : 1 > 79 %). Это соответствует расщеплению в соотношении 3 : 1. Значения х2 оказались меньше табличных, поэтому различия между фактически полученными величинами и теоретически ожидаемыми можно считать случайными (табл. 2).

Таблица 2

Результаты гибридологического анализа признака высокого содержания олеиновой кислоты в масле семян BC 1

Результаты исследований подтверждают наше предположение о контроле содержания олеиновой кислоты в масле семян двумя парами неаллельных генов. Проявление этого признака у растений наблюдается только тогда, когда все аллели находятся в гомозиготном рецессивном состоянии.

Заключение. Изучение наследования высокого содержания олеиновой кислоты в масле семян рапса озимого селекции ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК показало, что этот признак контролируется взаимодействием двух неаллельных генов. Проявление этого признака в гибридах F2 и поколении BC1 наблюдается только то- гда, когда все аллели находятся в гомозиготном рецессивном состоянии.