doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.129rus
УДК 635.127:631.524.022:631.524.5/.6:577.21
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта
РФФИ № 13-04-00128-а.
ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МОРФОЛОГИЧЕСКИХ
И БИОХИМИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ КАЧЕСТВА У ОБРАЗЦОВ
КОЛЛЕКЦИИ Brassica rapa L. ВИР
А.М. АРТЕМЬЕВА1, А.Е. СОЛОВЬЕВА1, Ф.А. БЕРЕНСЕН1,
Н.В. КОЧЕРИНА1,
Ю.В. ЧЕСНОКОВ2
Особенность химического состава культур вида Brassica rapa L. (высокое содержание воды и низкое — жиров) обусловливает низкую калорийность капустных растений. Для них характерно высокое содержание углеводов и белков, включающих все незаменимые аминокислоты. Биохимический состав растений в пределах вида B. rapa сильно варьирует. Нами впервые проведена многофакторная комплексная оценка морфологических и биохимических признаков качества, обусловливающих потребительскую ценность растений из стержневой коллекции Brassica rapa L. Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР, 96 образцов) в разных эколого-географических зонах (Южный Китай и Ленинградская обл.) в полевых условиях и в теплице. С помощью отобранных SSR (simple sequence repeats) маркеров, находящихся в неравновесном сцеплении с QTL морфологических и биохимических признаков, впервые осуществлен молекулярно-генетический анализ геномов различных (листовых, корнеплодных и масличных) форм у образцов из стержневой коллекции B. rapa ВИР, в результате чего среди культур вида выявлены новые генетические источники признаков качества. При изучении особенностей проявления некоторых признаков, обусловливающих потребительскую ценность растений вида B. rapa, установлено, что различия по морфометрическим показателям образцов (длина и ширина листовой платинки, размер черешка, опушенность, окраска) при выращивании в полевых условиях Южного Китая и Ленинградской области в среднем невелики, в то время как в теплице при загущенной посадке размеры листовой пластинки уменьшаются (у пекинской, китайской, ноздреватой капусты, репы, культурной сурепицы в полевых условиях листья были на 5-12 см длиннее и шире). По биохимическим признакам в полевых условиях обнаружены значимые и высокозначимые корреляции сухое вещество (СВ)—аскорбиновая кислота (АК) (r = 0,51, p < 0,05), СВ—хлорофилл a (Ха) (r = 0,59, p < 0,05), СВ—каротиноиды (Кд) (r = 0,55, p < 0,05), СВ—каротины (Ка) (r = 0,67, p < 0,05), СВ—β-каротин (β-К) (r = 0,59, p < 0,05), СВ—белок (Б) (r = -0,49, p < 0,05); Ха—Хb (r = 0,93, p < 0,001), Ха—Кд (r = 0,59, p < 0,05), Ха—Ка (r = 0,49, p < 0,05) Xa—β-К r = 0,99 (p < 0,001); Хb—β-К (r = 0,92, p < 0,001); Кд—Ка (r = 0,49, p < 0,05), Кд—β-К (r = 0,63, p < 0,05); Ка—β-К (r = 0,49, p < 0,05). В теплице соответствующие значения r были следующими: СВ—АК r = -0,59 (p < 0,05), СВ—Xb r = 0,58 (p < 0,05), СВ—Кд r = -0,53 (p < 0,05), СВ—Ка r = 0,71 (p < 0,001); АК—Xb r = -0,59 (p < 0,05), АК—Кд r = 0,83 (p < 0,001), АК—Б r = 0,58 (p < 0,05); Xa—Xb r = 0,74 (p < 0,001), Xa—Ка r = 0,67 (p < 0,05), Xa—β-К r = 0,95 (p < 0,001); Xb—Кд r = -0,48 (p < 0,05), Xb—Ка r = 0,87 (p < 0,001), Xb—β-К r = 0,64 (p < 0,05); Ка—β-К r = 0,63 (p < 0,05). Выявлены новые генетические источники изучаемых биохимических признаков (образцы полукочанной пекинской капусты Сяо-бай-коу и Дунганская, китайской капусты Майская и Ching Pang Ju Tsai, выделившийся особенно высоким содержанием хлорофиллов и каротина) с показателями в поле и в теплице по СВ — соответственно 5,44-7,03 и 4,20-5,40 % (выше среднего значения для культуры), Б — 12,61-24,66 и 24,12-33,23 %, АК — 32,56-46,46 и 30,00-61,47 мг/100 г, Хa — 33,35-110,64 и 53,82-95,99 мг/100 г, Хb — 12,20-53,80 и 17,89-44,78 мг/100 г, b-К — 1,80-6,75 и 3,00-6,04 мг/100 г. Подтверждено, что найденные SSR-маркеры BRMS051, KS51082, BRMS043 и KS50200 ценных морфологических и биохимических признаков могут быть использованы для скрининга коллекционного и селекционного материала. Кроме того, полученные оригинальные результаты позволяют вплотную подойти к практическому осуществлению ассоциативного картирования и идентификации конкретных генетических детерминант, определяющих проявление изучаемых морфологических и биохимических хозяйственно ценных и экономически значимых признаков качества на основе использования уникального коллекционного материала B. rapa, сохраняемого в ВИР.
Ключевые слова: Brassica rapa, морфологические и биохимические признаки качества, молекулярные маркеры, скрининг коллекции.
A.M. Artemyeva1, A.E. Solov’eva1, F.A. Berensen1, N.V. Kocherina1,
Yu.V. Chesnokov2
Peculiarity of chemical composition of Brassica rapa L. crops (high water content and low content of fats) determine their low-calorie character. They are notable for relatively high content of carbohydrates and proteins, including all essential amino acids. Biochemical composition varies greatly among B. rapa members. We are the first to carry out a multifactor evaluation of valuable morphological and biochemical traits of B. rapa accessions from the core collection of Vavilov Institute of Plant Genetic Resources (VIR, 96 samples) in eco-geographical study (South China and Leningrad region of Russia) under field trials and under a greenhouse conditions. By means of the developed SSR (simple sequence repeats) markers which are in linked disequilibrium with QTL of morphological and biochemical traits, the molecular genetic analysis was firstly carried out in leafy, rooted, and oilseed B. rapa genotypes from the VIR core collection. As a result, new genetic sources for quality parameters have been found among the samples investigated. In average, the samples did not differ noticeably on plant morphology (leaf length, leaf width, petiole size, hairiness, colour) in field tests when growing in South China and in Leningrad region, whereas in a greenhouse at higher plant density the leaf size decreased, e.g. in Chinese cabbage, pak-choi, wutacai, and turnip the leaves were 5-12 cm longer and wider in the field tests. Under field trials, we revealed the significant and high significant correlations between dry matter (DM) and ascorbic acid (AA) level (r = 0.51, p < 0.05), DM and chlorophyll a (Chla) content (r = 0.59, p < 0.05), DM and carotenoids (Cd) (r = 0.55, p < 0.05), DM and carotins (Cn) (r = 0.67, p < 0.05), DM and β-carotene (β-C) (r = 0.59, p < 0.05), DM and protein (P) level (r = -0.49, p < 0.05); Chla and Chlb (r = 0.93, p < 0.001), Chla and Cd (r = 0.59, p < 0.05), Chla and Cn (r = 0.49, p < 0.05), Chla and β-C (r = 0.99, p < 0.001); Chlb and β-C (r = 0.92, p < 0.001); Cd and Cn (r = 0.49, p < 0.05), Cd and β-C (r = 0.63, p < 0.05); Cn and β-C (r = 0.49, p < 0.05). In the greenhouse, the significant and high significant r values were as follows: r = -0.59 (p < 0.05) for DM and AA, r = 0.58 (p < 0.05) for DM and Chlb, r = -0.53 (p < 0.05) for DM and Cd, r = 0.71 (p < 0.001) for DM and Cn; r = -0.59 (p < 0.05) for AA and Chlb, r = 0.83 (p < 0.001) for AA and Cd, r = 0.58 (p < 0.05) for AA and P; r = 0.74 (p < 0.001) for Chla and Chlb, r = 0.67 (p < 0.05) for Chla and Cn, r = 0.95 (p < 0.001) Chla and β-C; r = -0.48 (p < 0.05) for Chlb and Cd, r = 0.87 (p < 0.001) for Chlb and Cn, r = 0.64 (p < 0.05) for Chlb and β-C; r = 0.63 (p < 0.05) for Cn and β-C. The semi-headed Chinese cabbage Syaobaikou and Dunganskaya, pak-choi Mayskaya, and especially Ching Pang Yu Tsain with a distinctly high level of chlorophylls and carotene, are indicated as new promising genetic sources for valuable biochemical parameters under both field and greenhouse conditions. Their indices in the field trials and greenhouse tests were 5.44-7.03 and 4.20-5.40 %, respectively, for DM (that is higher as compared to mean value for the crop), 12.61-24.66 and 24.12-33.23 % for P, 32.56-46.46 and 30.00-61.47 mg/100 g for AA, 33.35-110.64 and 53.82-95.99 mg/100 g for Chla, 12.20-53.80 and 17.89-44.78 mg/100 g for Chlb, and 1.80-6.75 and 3.00-6.04 mg/100 g for b-C. It is confirmed that the SSR markers BRMS051, KS51082, BRMS043 and KS50200 may effectively screen collection accessions and breeding material for desired morphological and biochemical traits. Our original data allow to practically implement an association mapping strategy and identify genetic determinants of morphological and biochemical quality characteristics using unique B. rapa collection preserved in VIR.
Keywords: Brassica rapa,morphological and biochemical quality characteristics, molecular markers, screening of plant collection.
1ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
