vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2021-3-91-100vir-nw-1033Research ArticleКОЛЛЕКЦИИ МИРОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СЕЛЕКЦИИCOLLECTIONS OF THE WORLD’S CROP GENETIC RESOURCES FOR THE DEVELOPMENT OF PRIORITY PLANT BREEDING TRENDSВлияние погодных условий разных лет на биохимический состав масла льнаThe impact of weather conditions in different years on the biochemical composition of linseed oilhttps://orcid.org/0000-0001-9293-5812ПоповаГ. А.PopovaG. A.

634050 Россия, г. Томск, ул. Гагарина, 3

3 Gagarina St., Tomsk 634050, Russia

https://orcid.org/0000-0002-7601-5319РогальскаяН. Б.RogalskayaN. B.

634050 Россия, г. Томск, ул. Гагарина, 3

3 Gagarina St., Tomsk 634050, Russia

https://orcid.org/0000-0002-4995-5735КнязеваН. В.KnyazevaN. V.

634050 Россия, г. Томск, ул. Гагарина, 3

3 Gagarina St., Tomsk 634050, Russia

https://orcid.org/0000-0001-9293-5812ТрофимоваВ. М.TrofimovaV. M.

634050 Россия, г. Томск, ул. Гагарина, 3

3 Gagarina St., Tomsk 634050, Russia

https://orcid.org/0000-0003-3992-5353ШеленгаТ. В.ShelengaT. V.

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000 Russia

https://orcid.org/0000-0002-8328-9684ПороховиноваЕ. А.PorokhovinovaE. A.

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000 Russia

https://orcid.org/0000-0003-2253-6263БрачН. Б.BrutchN. B.

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000 Russia

n.brutch@vir.nw.ruCибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа – филиал Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий Российской академии наукРоссияSiberian Research Institute of Agriculture and Peat, branch of the Siberian Federal Scientific Center of Agro-Bio Technologies of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation202106102021182391100Copyright © Попова Г.А., Рогальская Н.Б., Князева Н.В., Трофимова В.М., Шеленга Т.В., Пороховинова Е.А., Брач Н.Б., 20212021Попова Г.А., Рогальская Н.Б., Князева Н.В., Трофимова В.М., Шеленга Т.В., Пороховинова Е.А., Брач Н.Б.Popova G.A., Rogalskaya N.B., Knyazeva N.V., Trofimova V.M., Shelenga T.V., Porokhovinova E.A., Brutch N.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1033Актуальность

Актуальность. Масло льна используют для различных целей в зависимости от состава, и селекция культуры направлена на создание сортов с различными биохимическими характеристиками. Культура широко распространена в различных  климатических зонах, условия оказывают сильное влияние на биосинтез жирных кислот. Исследование направлено на изучение воздействия погодных условий на изменения состава жирных кислот.

Материалы и методы

Материалы и методы. Двадцать сортов и линий масличного льна из коллекции ВИР, различающихся по происхож дению и составу масла, выращивали в Томской области в 2016–2018 гг. Содержание лауриновой, миристиновой, пальмитиновой, пальмитолеиновой, маргариновой, стеариновой, олеиновой, вакценовой, линолевой, линоленовой, арахиновой, эйкозеновой, арахидоновой, бегеновой и лигноцериновой кислот оценивали методом газо-жидкостной хроматографии.

Результаты

Результаты. Проанализированный материал представляет широкое разнообразие генов, контролирующих различные этапы биосинтеза жирных кислот, и генетических механизмов, участвующих в реакциях на изменяющиеся условия среды.  Дисперсионный анализ показал, что содержание олеиновой, линолевой, линоленовой кислот контролируется только генотипом. Содержание пальмитиновой и стеариновой кислот зависит от генотипа и окружающей среды. На синтез лауреновой и цисвакценовой кислот значимо влияют условия выращивания. Все кислоты, кроме линолевой и линоленовой, демонстрировали высокое случайное варьирование, которое в нашем опыте включало в себя взаимодействие генотипа со средой. Образцы различались по степени варьирования признаков в разных условиях. Определенной закономерности изменения содержания жирных кислот за три года эксперимента обнаружено не было.

Заключение

Заключение. Изученные генотипы, возможно, имеют различные механизмы регуляции синтеза жирных кислот и представляют разнообразный материал для дальнейших теоретических исследований этой регуляции и, с другой стороны, для селекции новых сортов масличного льна с широкой адаптацией к условиям выращивания.

Background

Background. Linseed oil is a versatile product with varying biochemical composition. Linseed breeding is aimed at producing cultivars with different chemical properties in their oil. The crop is widespread but the environment has a great effect on its fatty acid  biosynthesis.

Materials and methods

Materials and methods. The impact of weather conditions on the variations in fatty acids composition was studied. Twenty linseed cultivars and accessions of diverse origin and with varying oil composition from the VIR collection were grown in Tomsk Province in 2016–2018. The content of 15 fatty acids (lauric, myristic, palmitic, palmitoleic, margaric, stearic, oleic, cis-vaccenic, linoleic, linolenic, arachidic, eicosenic, arachido nic, behenic, and lignoceric) was assessed in linseed oil using gas–liquid chromatography.

Results

Results. The tested material presented a wide diversity of genes controlling different steps of fatty acids biosynthesis and genetic mechanisms involved in the responses to the changing environment. The analysis of variance proved that the content of oleic, linoleic, linolenic and lignoceric acids was controlled solely by the genotype. The content of palmitic and stearic acids was influenced by both the genotype and environment. The synthesis of lauric and cis-vaccenic acids was significantly affected by the weather. Practically all acids, except linoleic and linolenic ones, showed a very high random variation, which in our experiment included genotype × environment interaction. The accessions differed in the range of variation in their characters under diffe rent conditions. There was no definite regularity in the hanges of fatty acid content in the tested genotypes during 3 years.

Conclusion

Conclusion. The assessed genotypes probably possess different regulatory mechanisms for fatty acid biosynthesis. Thus, they present a diverse stock for further investigations into fatty acid biosynthesis and for the development of new linseed cultivars widely adaptable to environmental conditions.

масло льнажирные кислотыпогодные условиягенотипlinseed oilfatty acidsenvironmental conditionsgenotypeРабота выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № 0662- 2019-0001 «Коллекция масличных и прядильных культур ВИР: поддержание, изучение, расширение генетического разнообразия», номер государственной регистрации: АААА-А19-119013090159-5.The research was performed within the framework of the State Task according to the theme plan of VIR, Project No. 0662- 2019-0001 “The collection of oil and fiber crops at VIR: maintenance, study, and genetic diversity expansion”, State Registration No АААА-А19-119013090159-5.ReferencesАнтонова О.И., Толстых А.С., Чередниченко К.Н. Агрономическая и экономическая эффективность применения минеральных удобрений и биологически активных веществ под лен масличный в Алтайском крае. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2012;1(87):20-23.Antonova O.I., Tolstykh A.S., Cherednichenko K.N. Agronomic and economic efficiency of mineral fertilizers and biologically active substances applied for linseed in Altai Territory (Agronomicheskaya i ekonomicheskaya effektivnost primeneniya mineralnykh udobrieniy i biologicheski aktivnykh veshchestv pod len maslichny v Altayskom kraye). Bulletin of Altai State Agricultural University. 2012;1(87):20-23. [in Russian]Banik M., Duguid S., Cloutier S. Transcript profiling and gene characterization of three fatty acid desaturase genes in high, moderate, and low linolenic acid genotypes of flax (Linum usitatissimum L.) and their role in linolenic acid accumulation. Genome. 2011;54(6):471-483. DOI: 10.1139/g11-013Banik M., Duguid S., Cloutier S. Transcript profiling and gene characterization of three fatty acid desaturase genes in high, moderate, and low linolenic acid genotypes of flax (Linum usitatissimum L.) and their role in linolenic acid accumulation. Genome. 2011;54(6):471-483. DOI: 10.1139/g11-013Брач Н.Б., Пороховинова Е.А., Шеленга Т.В. Инновационные возможности селекции масличного льна, ориентированной на различный состав масла. Достижения науки и техники АПК. 2016a;30(6):5-8.Brutch N.B., Porokhoviniva E.A., Shelenga T.V. Innovative possibilities for linseed breeding orientated at the different oil composition. Achievements of Science and Technology of AIC. 2016a;30(6):5-8. [in Russian]Брач Н.Б., Пороховинова Е.А., Шеленга Т.В. Перспективы создания сортов масличного льна специализированного назначения. Аграрный вестник Юго-Востока. 2016b;1-2(14-15):50-52.Brutch N.B., Porokhoviniva E.A., Shelenga T.V. Perspectives of the creation of oil flax varieties for the specialized purpose. Agrarian Reporter of South-East. 2016b;1-2(14-15):50-52. [in Russian]Dar A.A., Choudhury A.R., Kancharla P.K., Arumugam N. The FAD2 gene in plants: occurrence, regulation, and role. Frontiers in Plant Science. 2017;8:1789. DOI: 10.3389/fpls.2017.01789Dar A.A., Choudhury A.R., Kancharla P.K., Arumugam N. The FAD2 gene in plants: occurrence, regulation, and role. Frontiers in Plant Science. 2017;8:1789. DOI: 10.3389/fpls.2017.01789Durrett T.P., Benning C., Ohlrogge J. Plant triacylglycerols as feedstocks for the production of biofuels. The Plant Journal. 2008;54(4):593-607. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03442.xDurrett T.P., Benning C., Ohlrogge J. Plant triacylglycerols as feedstocks for the production of biofuels. The Plant Journal. 2008;54(4):593-607. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03442.xЕвсеева Н.С. География Томской области (Природные условия и ресурсы). Томск: Томский университет; 2001.Evseeva N. Geography of Tomsk Province (Natural conditions and resources) (Geografiya Tomskoy oblasti [Prirodnye usloviya i resursy]). Tomsk: Tomsk University; 2001. [in Russian]Fofana B., Cloutier S., Duguid S., Ching J., Rampitsch C. Gene expression of stearoyl-ACP desaturase and delta12 fatty acid desaturase 2 is modulated during seed development of flax (Linum usitatissimum). Lipids. 2006;41(7):705-712. DOI: 10.1007/s11745-006-5021-xFofana B., Cloutier S., Duguid S., Ching J., Rampitsch C. Gene expression of stearoyl-ACP desaturase and delta12 fatty acid desaturase 2 is modulated during seed development of flax (Linum usitatissimum). Lipids. 2006;41(7):705-712. DOI: 10.1007/s11745-006-5021-xКапинос А.И., Гомаско С.К., Стадник А.Т., Кайзер А.В. Экономическая эффективность возделывания льна масличного в Сибирском регионе. Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2014;1(30):118–125.Kapinos A.I., Gomasko S.K., Stadnik A.T., Kaizer A.V. Economic efficiency of oil flax cultivation in Siberian region. Bulletin of Novosibirsk State Agrarian University. 2014;1(30):118-125. [in Russian]Khadake R.M., Ranjekar P.K., Harsulkar A.M. Cloning of a novel omega-6 desaturase from flax (Linum usitatissimum L.) and its functional analysis in Saccharomyces cerevisiae. Molecular Biotechnology. 2009;42(2):168-174. DOI: 10.1007/s12033-009-9150-3Khadake R.M., Ranjekar P.K., Harsulkar A.M. Cloning of a novel omega-6 desaturase from flax (Linum usitatissimum L.) and its functional analysis in Saccharomyces cerevisiae. Molecular Biotechnology. 2009;42(2):168-174. DOI: 10.1007/s12033-009-9150-3Krasowska A., Dziakowiec D., Polinceusz A., Plonka A., Lukaszewicz M. Cloning of flax oleic fatty acid desaturase and its expression in yeast. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 2007;84(9):809-816. DOI: 10.1007/s11746-007-1106-9Krasowska A., Dziakowiec D., Polinceusz A., Plonka A., Lukaszewicz M. Cloning of flax oleic fatty acid desaturase and its expression in yeast. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 2007;84(9):809-816. DOI: 10.1007/s11746-007-1106-9Menard G.N., Moreno J.M., Bryant F.M., Munoz-Azcarate O., Kelly A.A., Hassani-Pak K. et al. Genome wide analysis of fatty acid desaturation and its response to temperature. Plant Physiology. 2017;173(3):1594-1605. DOI: 10.1104/pp.16.01907Menard G.N., Moreno J.M., Bryant F.M., Munoz-Azcarate O., Kelly A.A., Hassani-Pak K. et al. Genome wide analysis of fatty acid desaturation and its response to temperature. Plant Physiology. 2017;173(3):1594-1605. DOI: 10.1104/pp.16.01907Nikolau B.J., Ohlrogge J.B., Wurtele E.S. Plant biotin-containing carboxylases. Archives of Biochemistry and Biophysics. 2003;414(2):211-222. DOI: 10.1016/S0003-9861(03)00156-5Nikolau B.J., Ohlrogge J.B., Wurtele E.S. Plant biotin-containing carboxylases. Archives of Biochemistry and Biophysics. 2003;414(2):211-222. DOI: 10.1016/S0003-9861(03)00156-5Rajwade A.V., Kadoo N.Y., Borikar S.P., Harsulkar A.M., Ghorpade P.B., Gupta V.S. Differential transcriptional activity of SAD , FAD2 and FAD3 desaturase genes in develo ping seeds of linseed contributes to varietal variation in α-linolenic acid content. Phytochemistry. 2014;98(2):41-53. DOI: 10.1016/j.phytochem.2013.12.002Rajwade A.V., Kadoo N.Y., Borikar S.P., Harsulkar A.M., Ghorpade P.B., Gupta V.S. Differential transcriptional activity of SAD , FAD2 and FAD3 desaturase genes in develo ping seeds of linseed contributes to varietal variation in α-linolenic acid content. Phytochemistry. 2014;98(2):41-53. DOI: 10.1016/j.phytochem.2013.12.002Somerville C.R., Browse J., Jaworski J.C., Ohlrogge J. Lipids. In: B.D. Buchanan, W. Gruissem, R.L. Jones (eds). Biochemistry and Molecular Biology of Plants. Rockville, MD: American Society of Plant Physiologists; 2000. p.456-526.Somerville C.R., Browse J., Jaworski J.C., Ohlrogge J. Lipids. In: B.D. Buchanan, W. Gruissem, R.L. Jones (eds). Biochemistry and Molecular Biology of Plants. Rockville, MD: American Society of Plant Physiologists; 2000. p.456-526.Tai H., Jaworski J.G. 3-Ketoacylacyl carrier protein synthase III from spinach (Spinacia oleracea) is not similar to other condensing enzymes of fatty acid synthase. Plant Physiology. 1993;103(4):1361-1367. DOI: 10.1104/pp.103.4.1361Tai H., Jaworski J.G. 3-Ketoacylacyl carrier protein synthase III from spinach (Spinacia oleracea) is not similar to other condensing enzymes of fatty acid synthase. Plant Physiology. 1993;103(4):1361-1367. DOI: 10.1104/pp.103.4.1361Teixeira M.C., Carvalho I.S., Brodelius M. Omega-3 fatty acid desaturase genes isolated from purslane (Portulaca olera cea L.): expression in different tissues and response to cold and wound stress. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2010;58(3):1870-1877. DOI: 10.1021/jf902684vTeixeira M.C., Carvalho I.S., Brodelius M. Omega-3 fatty acid desaturase genes isolated from purslane (Portulaca olera cea L.): expression in different tissues and response to cold and wound stress. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2010;58(3):1870-1877. DOI: 10.1021/jf902684vTeixeira M.C., Coelho N., Olsson M.E., Brodelius P.E., Carvalho I.S., Brodelius M. Molecular cloning and expression analysis of three omega-6 desaturase genes from purslane (Portulacaoleracea L.). Biotechnology Letters. 2009;31(7):1089-1101. DOI: 10.1007/s10529-009-9956-xTeixeira M.C., Coelho N., Olsson M.E., Brodelius P.E., Carvalho I.S., Brodelius M. Molecular cloning and expression analysis of three omega-6 desaturase genes from purslane (Portulacaoleracea L.). Biotechnology Letters. 2009;31(7):1089-1101. DOI: 10.1007/s10529-009-9956-xThambugala D., Cloutier S. Fatty acid composition and desaturase gene expression in flax (Linum usitatissimum L.). Journal of Applied Genetics. 2014;55(4):423-432. DOI: 10.1007/s13353-014-0222-0Thambugala D., Cloutier S. Fatty acid composition and desaturase gene expression in flax (Linum usitatissimum L.). Journal of Applied Genetics. 2014;55(4):423-432. DOI: 10.1007/s13353-014-0222-0Thambugala D., Duguid S., Loewen E., Rowland G., Booker H., You F.M. et al. Genetic variation of six desaturase genes in flax and their impact on fatty acid composition. Theoretical and Applied Genetics. 2013;126(10):2627-2641. DOI: 10.1007/s00122-013-2161-2Thambugala D., Duguid S., Loewen E., Rowland G., Booker H., You F.M. et al. Genetic variation of six desaturase genes in flax and their impact on fatty acid composition. Theoretical and Applied Genetics. 2013;126(10):2627-2641. DOI: 10.1007/s00122-013-2161-2Thompson L.U., Cunnane S.C. Flax seed in human nutrition. Champaign, IL: AOCS Press; 2003. DOI: 10.1002/jsfa.2233Thompson L.U., Cunnane S.C. Flax seed in human nutrition. Champaign, IL: AOCS Press; 2003. DOI: 10.1002/jsfa.2233Vega S.E., del Rio A.H., Bamberg J.B., Palta J.P. Evidence for the up-regulation of stearoyl-ACP (Δ9) desaturase gene expression during cold acclimation. American Journal of Potato Research. 2004;81(2):125-135. DOI: 10.1007/BF02853610Vega S.E., del Rio A.H., Bamberg J.B., Palta J.P. Evidence for the up-regulation of stearoyl-ACP (Δ9) desaturase gene expression during cold acclimation. American Journal of Potato Research. 2004;81(2):125-135. DOI: 10.1007/BF02853610Vrinten P, Hu Z., Munchinsky M.A., Rowland G., Qiu X. Two FAD3 desaturase genes control the level of linolenic acid in flax seed. Plant Physiology. 2005;139(1):79-87. DOI: 10.1104/pp.105.064451Vrinten P, Hu Z., Munchinsky M.A., Rowland G., Qiu X. Two FAD3 desaturase genes control the level of linolenic acid in flax seed. Plant Physiology. 2005;139(1):79-87. DOI: 10.1104/pp.105.064451

The authors declare that there are no conflicts of interest present.