mMuseums: a necessary communicative (r)evolution
5. A “evolución” se le añade la letra “r”: Revolución
Jana BRADOVÁ – Václav DVOŘÁČEK – Jana. CHRPOVÁ
The electrophoretic analysis of gliadins and high and low molecular weight glutenin subunits (HMW-GS, LMW-GS) made it possible to determine the intra-varietal polymorphism of spring and winter wheat varieties registered in the Czech Republic. A model set of 26 gliadin and 2 glutenin lines (biotypes) of 13 wheat varieties was characterised by chosen methods of technological quality and agronomical traits. The differences between the protein lines of wheat varieties document a necessity to keep an invariable ratio of single wheat lines in polymorphic wheat varieties. This information can be effectively applied in breeding of new varieties, in the area of registered variety maintenance and seed production.
Key words: gliadins, glutenins, wheat wariety, electrophoresis, quality
Úvod
Odrůda je základním prvkem rostlinné výroby, jehož význam spočívá hlavně v tom, že představuje soubor geneticky fixovaných vlastností plodiny, které předurčují finální produkci plodiny k jasně definovanému účelu. Odrůda je charakteristická svými vlastnostmi, pro které byla registrována (zapsána do Státní odrůdové knihy).
Nejrozšířenější plodinou v České republice je pšenice a tomu odpovídá i vysoký počet registrovaných odrůd. Vzhledem k tomu, že pšenice je samosprašná plodina s nízkým stupněm cizosprášení (3-7 %), je většina odrůd typu čisté linie nebo směsí izogenních linií (Chloupek, 2000). To znamená, že odrůdy pšenice mohou být homogenní – jednoliniové nebo heterogenní – víceliniové (polymorfní). Proto je pro identifikaci odrůd pšenice elektroforetickou analýzou zásobních bílkovin zrna nezbytná znalost polymorfismu v elektroforetické skladbě bílkovinných genetických markerů (gliadinů a gluteninů). V případě polymorfních odrůd je jejich genetická struktura charakterizována počtem bílkovinných linií a jejich podílem v odrůdě. Relativní zastoupení jednotlivých bílkovinných linií u polymorfní (heterogenní) odrůdy je významné pro stálost registrované odrůdy, pro její udržování a pěstování a i pro kontrolu její odrůdové pravosti a čistoty při hodnocení dávek osiva a merkantilu. Záměrná konstrukce odrůdy heterogenní ve skladbě bílkovin, může zvyšovat její adaptabilitu či agronomickou hodnotu. Narušení takové rovnováhy (změna poměru jednotlivých bílkovinných linií) může zmíněné vlastnosti odrůdy oslabit a bílkovinné linie dané odrůdy se pak mohou v některých v agronomicky významných vlastnostech lišit (Sontak-Strohm et al., 1996).
Materiál, metody
Na pokusných pozemcích VÚRV,v.v.i. byl v letech 2003 a 2004 ručně vyset modelový soubor standardních vzorků polymorfních odrůd jarní i ozimé pšenice (Bradová, Šašek 2005), které poskytl ÚKZÚZ ČR..Elektroforeticky bylo hodnoceno 30 klasů (2 až 3 zrna) z různých rostlin standardního typu každé odrůdy v plné zralosti zrna. Zrno bylo soustředěno podle zjištěných bílkovinných linií v rámci odrůdy a takto získané čisté linie byly přesety, namnoženy a nadále hodnoceny ve sklizňových ročnících 2005, 2006, 2007.
Elektroforetická spektra gliadinů byla stanovena modifikovaným způsobem vertikální elektroforézy ve sloupcích škrobového gelu a alelické gliadinové bloky zón byly z elektroforetického spektra gliadinů vyčleněny podle publikovaného postupu (Šašek et al., 2000). Elektroforetická spektra HMW-GS byla stanovena postupem vertikální elektroforézy v polyakrylamidovém gelu v přítomnosti dodecylsíranu sodného (Laemmli, 1970). Identifikace jednotlivých HMW-GS byla realizována podle publikovaného katalogu (Payne, Lawrence 1983).
Z kvalitativních parametrů byl spektroskopicky (NIRS) měřen obsah bílkovin (NL) a škrobu. Kvalita bílkovin byla hodnocena SDS mikrosedimentačním testem (Dick, Quick 1983). Ke změření aktivity alfa- amylázy byla použita metoda Falling number (FN).
Naměřená data byla statisticky hodnocena na základě analýzy rozptylu (ANOVA) s následným testem mnohonásobného srovnávání (Fisher LSD test).
Výsledky a diskuse
Do studie bylo zahrnuto celkem 28 čistých bílkovinných linií vyčleněných z 10 heterogenních odrůd ozimé a ze 3 heterogenních odrůd jarní pšenice. Odrůdy Astella, Karolinum, Meritto, Mladka, Sepstra, Solara, Aranka, Munk, Sandra a Ilona tvořily dvě gliadinové linie a odrůdy Niagara a Windsdor byly složené ze tří gliadinových linií. Pokud se týká HMW-gluteninů, všechny tyto odrůdy byly homogenní. Jako gluteninově heterogenní byla do studie zahrnuta pouze odrůda Asta skládající se ze dvou gluteninových linií.
Zborník zo 6. vedeckej konferencie, Piešťany : CVRV, 201
112
Pro posouzení významu gliadinového a gluteninového polymorfismu odrůd pšenice jsou zejména podstatné zjištěné rozdíly v hodnotě těch ukazatelů technologické kvality, které se vyznačují vyšší dědivostí, jako např. sedimentační hodnota, která je nepřímým ukazatelem pekařské kvality (Pedersen et al., 2004). Statisticky průkazný rozdíl pro tento parametr byl zjištěn mezi gliadinovými liniemi odrůdy Karolinum (Tabulka 1). Zjištěný rozdíl odpovídá i výskytu gliadinových bloků, které markerují pekařskou jakost. Gliadinová linie Karolinum „B" je vybavena blokem GLD lB4, tj. markerem vyšší pekařské jakosti (Šašek et al., 2000), zatímco linie "A" je charakterizována blokem GLD IB3 (Vyhnánek, Bednář, 2003), markerem horší pekařské jakosti a právě gliadinová linie Karolinum B je charakterizována statisticky průkazně vyšší sedimentační hodnotou než linie Karolinum „A“.
Tabulka 1: Hodnoty měřených kvalitativních parametrů izolovaných bílkovinných linií pšenice Odrůda Gli/Glu SDS (ml) Obsah škrobu (%) Obsah N-látek (%) FN (s)
linie ø F- test ø F- test ø F- test ø F- test
Asta a 5,48 a 61,2 a 12,7 a 325 b
b 5,73 a 62,0 a 12,4 a 190 a
Karolinum A 4,68 cd 62,4 cdefg 12,6 abcde 302 defg
B 5,95 ef 62,1 cdef 12,7 bcde 308 defg
Mladka A 4,73 cd 62,1 cdef 11,0 abc 271 cd
B 4,93 cd 60,5 abc 13,3 efg 315 defg
Niagara A 5,98 ef 62,2 cdefg 11,8 abcde 190 b
B 6,05 f 61,9 bcdef 12,1 abcde 214 bc
C 6,17 f 63,3 efg 12,8 bcdefg 396 hi
Sepstra A 5,15 def 60,7 abc 12,7 abcde 280 cdef
B 4,73 cd 62,7 defg 11,4 abcde 342 efghi
Windsor A 3,68 ab 63,9 g 11,0 abc 311 defghi
B 3,60 a 62,4 cdefg 11,3 abcd 330 defghi
C 3,98 abc 62,2 cdef 10,9 ab 277 cde
Statisticky průkazné rozdíly byly zjištěny v obsahu škrobu mezi gliadinovými liniemi odrůdy Sepstra a také mezi gliadinovými liniemi odrůdy Windsdor (Windsor „A“ versus Windsor „C“). Rozdíl byl zjištěn rovněž v případě gliadinových linií odrůdy Mladka v obsahu dusíkatých látek a v hodnotách pádového čísla (FN) mezi liniemi „A“ a „C“ odrůdy Niagara. V tabulce 1 můžeme vidět, že statisticky průkazný rozdíl pro gluteninové linie odrůdy Asta byl zjištěn pouze v hodnotách testu Falling number.
Z výsledků je patrno že jednotlivé komponenty (bílkovinné linie) polymorfních odrůd se mohou lišit různou technologickou či agronomickou hodnotou, což bylo potvrzeno i dalšími autory (Sontak-Strohm et al., 1996). Jako příklad lze uvést odrůdu Karolinum, jejíž gliadinové složení svědčí o záměrném vytvoření této odrůdy, tak aby měla uspokojivou pekařskou jakost a zároveň dobrou odolnost ke rzi travní. Tato odrůda je složená ze dvou gliadinových linií v poměru 2:1 (A/B), kdy linie A (je vybavena žitným translokačním segmentem T1BL.1RS, který nese gen odolnosti ke rzi travní Sr 31 a současně podmiňuje horší pekařskou jakost pšeničné mouky (přítomnost sekalinových genů). Odrůda byla na základě svých kvalitativních parametrů v roce registrace (2003) zařazena do třídy pekařské jakosti A (kvalitní), (ÚKZÚZ, Česká republika). Pokud by došlo k výraznému snížení procentického zastoupení linie „B“, je pravděpodobné, že celá odrůda by se změnila natolik, že její vlastnosti by odpovídaly spíše třídám pekařské jakosti B (chlebová) nebo C (pšenice nevhodná pro pekařské využití).
Závěr
Znalost vnitroodrůdového bílkovinného polymorfismu registrovaných odrůd pšenice je významná nejen pro organizace pověřené udržováním jednotlivých registrovaných odrůd, ale i pro semenářství. Zjištěné poznatky mohou být efektivně využitelné i v oblasti šlechtění nových odrůd, kde by vždy mělo být bráno v úvahu, zda rodičovské komponenty použité ke křížení, byly homogenní či heterogenní (víceliniové) odrůdy.
Poděkování: Tato práce byla podpořena řešením projektu MZe ČR QH92155.
Literatura
CHLOUPEK, O., 2000. Šlechtění pšenice. Pages 1587-164. In: Genetická diverzita, šlechtění a semenářství. Academia, Praha.
SONTAG-STROHM, T. – PAYNE, P.I. – SALOVAARA H., 1996.Effect of allelic variation of glutenin subunits and gliadins on baking quality in the progeny of two biotypes of bread wheat cv. Ulla. J Cereal Sci. 24 (2): 115-124
Zborník zo 6. vedeckej konferencie, Piešťany : CVRV, 201
113
BRADOVÁ, J. – ŠAŠEK A. 2005. Diversity of gliadins and HMW glutenin subunits in Czech registered wheat varieties. Czech J Genet Plant Breed 41:160-163
ŠAŠEK, A. – ČERNÝ, J. – SÝKOROVÁ, S. – BRADOVÁ J. 2000. Katalog elektroforetických spekter odrůd pšenice seté. Pages 22-23. In: Inovované katalogy bílkovinných genetických markerů pšenice seté a ječmene. ÚZPI, Praha.
LAEMMLI, V. K.1970: Cleavage of structural proteins during assembly of the head bacteriophag. Nature, 227: 680-685.
PAYNE, P.I. – LAWRENCE G.J., 1983. Catalogue of alleles or the complex loci, Glu-A1, Glu-B1 and Glu- D1 which coded for high-molecular-weight subunits of glutenin in hexaploid wheat. Cereal Research Commun. 11: 29-35.
DICK, J.W. – QUICK, J.S. 1983. A modified screening test for rapid estimation of gluten strenght in early- generation durum wheat breeding lines.Cereal Chem. 60(4):315-318.
PEDERSEN, L. – KAACK, L. – BERGSOE, M.N. – ADLER-NISSEN, J., 2004. Rheological properties of biscuit dough from different cultivars, and relationship to baking characteristic. J Cereal Sci. 39: 37-46 VYHNÁNEK, T. – BEDNÁŘ, J. 2003. Detection of the varietal purity in sample of harvested wheat and
triticale grains by prolamin marker. Plant Soil Environ. 49: 95–98
Adresa autora:
Ing. Jana Bradová, Ing. Václav Dvořáček, PhD., Ing. Jana Chrpová,CSc., Výzkumný ústav rostlinné výroby,v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6, ČR
Zborník zo 6. vedeckej konferencie, Piešťany : CVRV, 201