The aim of our work was to compare amaranth putative mutant lines obtained by radiation mutagenesis with non-radiated counterparts on the base of some biochemical traits. Several putative mutants were characterized as those with long-term significantly increased weight of thousand seeds. Some of these lines were found to be most promising because of high coefficient of nutritive duality and other nutritional values and could be used in amaranth breeding programme.
Key words: amaranth, mutagenesis, wieght of thousand seeds, nutrition quality Úvod
V poslednom období vzrastá dopyt po prírodných produktoch s dietologickými až liečebnými účinkami. Významným zdrojom biologicky aktívnych komponentov a z nutričného hľadiska dôležitých látok sú aj niektoré podceňované druhy plodín ako napr. láskavec. Táto pseudocereália priťahuje v posledných rokoch veľký záujem pestovateľov, šľachtiteľov aj výrobcov potravín u nás i v zahraničí. Druhy rodu Amaranthus sú rezistentné k mnohým chorobám, tolerantné k suchu, zasoleniu, vysokým teplotám a predstavujú tak dôležitú alternatívnu plodinu v podmienkach súčasného globálneho otepľovania. Biologicky aktívne látky láskavca majú pozitívny vplyv na ľudský organizmus v prevencii niektorých civilizačných ochorení.
Cieľom práce bolo na základe niektorých biochemických ukazovateľov vyhodnotiť nutričnú kvalitu semien potenciálne mutantných línií láskavca získaných indukovanou mutagenézou pomocou radiácie (Gajdošová et al., 2008) a vyhodnotiť jeden z úrodotvorných prvkov - hmotnosť tisíc semien (HTS).
Materiál a metódy
Radiačnú mutagenézu druhov Amaranthus cruentus genotyp Ficha ahybrida K-433, ktorý je výsledkom interšpecifickej hybridizácie druhov A. hypochondriacus x A. hybridus, sme uskutočnili v spolupráci s Medzinárodnou atómovou agentúrou vo Viedni (IAEA). Analyzovali sme vzorky semien 9 mutantných línií láskavca a 2 kontrolných, neožiarených genotypov A. cruentus „Ficha“ (vzorka A) a hybrid „K-433“ (vzorka B; GB VÚRP, ČR). Porovnávali sme navzájom vzorky mutantov série C s kontrolnou vzorkou A, ktorá predstavovala ich východiskový (neožiarený) genotyp a sériu vzoriek D s ich príslušnou kontrolnou vzorkou B.
Kvantitatívny ukazovatel úrodnosti HTS sme dlhodobo štatisticky vyhodnocovali zonálnou analýzou (Statgraphic 5.0).
Celkový obsah dusíka sme stanovili podľa Kjeldahla, frakčnú skladbu bielkovín podľa Golenkova (ICC metóda) a percentuálne zastúpenie hrubých bielkovín sme vypočítali z obsahu dusíka vynásobeného prepočítavacím koeficientom (% N x 5,7). Zo zastúpenia bielkovinových frakcií sme určili koeficient nutričnej kvality - KNK [((albumíny + globulíny + zvyšok)/gliadíny)x 100]. Štatistické vyhodnotenie výsledkov sme realizovali pomocou programu Statgraphic 5.0.
Obsah kyseliny šťavelovej (mg.kg-1) sme stanovili metódou kapilárnej izotachoforézy (Karovičová et al., 2007). Na
štatistickú analýzu celkových výsledkov sme použili multivariačnú štatistickú metódu hlavných komponentov pomocou programu Unistat® v. 5.6 (Unistat Ltd., London, England).
Výsledky a diskusia
Výsledkom radiačnej mutagenézy (Gajdošová et al., 2008) je zbierka potenciálne mutantných línií s preukazne zvýšenou hmotnosťou tisíc semien (HTS), ktorú sme počas rokov 1998 – 2010 každoročne štatisticky vyhodnocovali. Na základe výsledkov sme vyselektovali 3 línie A. cruentus a 1 líniu hybrida K-433 s preukazne vyššou HTS v porovnaní s neožiarenými východiskovými genotypmi. Na základe výsledkov dlhodobých analýz považujeme túto zmenu za geneticky fixovaný znak a líniu A. cruentus C26, u ktorej sa vplyv radiácie prejavil na sledovaný parameter najvýznamnejšie, sme postúpili do odrodových skúšok.
Detailnejšie analýzy niektorých vybraných biochemických ukazovateľov nutričnej kvality semien ako napr. obsah bielkovín a zastúpenie jednotlivých bielkovinových frakcií, obsah rozpustných šťaveľanov, obsah aminokyselín ukázali, že mnohé z týchto charakteristík boli v semenách potenciálnych mutantných línií vyššie v porovnaní s východiskovými neožiarenými vzorkami semien (Hricová et al. 2011a, b). Línie A. cruentus C26, C82, C236 a D54 dosiahli oproti neožiareným formám vyššiu hodnotu koeficienta nutričnej kvality. Nutričná kvalita semien je ovplyvnená predovšetkým frakčným zastúpením bielkovín, pričom najvyšším obsahom esenciálnych aminokyselín sa vyznačujú protoplazmatické bielkoviny (Gálová et al., 2008). Ich obsah bol v líniách C15, C27 a C82 oproti neožiareným formám zvýšený. Na druhej strane obsah zásobných bielkovín bol o 6,3 % viac oproti kontrole. Zastúpenie prolamínov bolo v semenách línií získaných radiačnou mutagenézou v priemere 3,3%, čo vyhovuje potrebám pre prípravu potravín bezlepkovej diéty.
56
Porovnávacia štúdia obsahu rozpustných šťaveľanov, ako jedného z antinutričných faktorov, bola ukutočnená pomocou multivariačnej štatistickej analýzy. Na základe jej výsledkov možno konštatovať, že línie C15, C26, C82, D279 a D282 vykazovali v porovnaní s neožiarenými formami dlhodobo preukazne znížený obsah sledovaného ukazovateľa o 50 a 70%, čo poukazuje na vylepšenú nutričnú kvalitu ožiarených semien.
Záver
Pomocou radiačnej mutagenézy sme získali niekoľko vzácnych línií so zvýšenou nutričnou hodnotou semena. Z hľadiska využitia získaných línií v šľachtiteľskom programe láskavca sa v súčasnosti zaoberáme ich detailnejšou charakterizáciou a objasniť tak dopad aplikovanej radiácie na funkciu potenciálne poškodených (v zmysle mutácie) génov. Okrem analýz biochemických komponentov sme sa zamerali aj na detailnejšiu genetickú charakterizáciu expresie vybraných génov zásobných bielkovín semien láskavca, potenciálne súvisiacich s HTS. Bolo by tak možné identifikovať molekulárne faktory zodpovedné za mutantný fenotyp (zvýšenú HTS).
Poďakovanie
Táto práca bola riešená v rámci grantovej výskumnej úlohy VEGA č. 2/0109/09 a VEGA č. 1/0471/09.
Literatúra
GAJDOŠOVÁ, A. et al. Improvement of selected Amaranthus cultivars by mean of mutation induction and biotechnological approaches. In Ochatt, S., Jain, S. M. Breeding of neglected and under-utilized crops, spices, and
herbs. Dijon: INRA, 2007. ISBN 10: 1578085098, pp. 151–169.
GÁLOVÁ, Z. et al. Nutričná kvalita kolekcie genotypov láskavca. In Nové poznatky z genetiky a šľachtenia
poľnohospodárskych rastlín: zborník z 15. vedeckej konferencie. Piešťany: SCPV, Výskumný ústav rastlinnej
výroby, 2008, s. 12–113.
HRICOVÁ A. et al. Investigation of protein profile changes in amaranth seeds after radiation. Chemické Listy, no. 7, vol. 105, 2011a, p. 542-545.
HRICOVÁ A. et al. Determination and comparative study of soluble oxalate in grain amaranth mutant lines. Chemické Listy, vol. 105, no. S, 2011b, p. 1042.
KAROVIČOVÁ, J. et al. Stanovenie náhradných sladidiel a doznievanie sladkej chuti nealkoholických nápojov. In Chem. Listy, ISSN 0009-2770, 2007, roč. 101, č. 02, s. 171–175.
Andrea Hricová, Alena Gajdošová, Gabriela Libiaková, Ústav genetiky a biotechnológií rastlín SAV, Akademická 2, 950 07, Nitra, e-mail: [email protected],
61