Genetic variation and inheritance of phytosterol content in Brassica napus L.
Genetische Variation und Vererbung des Phytosterolgehaltes im Raps (Brassica napus L.)
von Samija Amar
Datum der mündl. Prüfung:2007-07-09
Erschienen:2007-09-13
Betreuer:Prof. Dr. Heiko C. Becker
Gutachter:Prof. Dr. Heiko C. Becker
Gutachter:Prof. Dr. Elke Pawelzik
Gutachter:PD Dr. Brigitte Maass
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Name:amar.pdf
Size:869.Kb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
Improving oil and protein quality for food and feed purposes is considered as an important goal in rapeseed (Brassica napus L.) breeding programmes. Seeds of oilseed rape have been shown to contain high amounts of phytosterols and sinapate esters. Whereas phytosterols, known for their cholesterol-lowering properties, are being used to enrich oil- and milk-derived food products, sinapate esters are limiting the utilisation of rapeseed proteins in the feed industry. Enhancing the phytosterol content of the oil and lowering sinapate ester content of the meal could give an added value to the oilseed rape crop. Main research goals were to study genetic variation in seed phytosterol content of rapeseed germplasm and to localise quantitative trait loci (QTL) for phytosterol and sinapate ester content in a rapeseed doubled haploid population. Additionally, a near infrared reflectance spectroscopic (NIRS) calibration was developed for high throughput estimation of phytosterol content of intact seed samples. Following field experiments large genetic differences were found in seed phytosterol content with a predominant genetic effect. In the three doubled haploid populations tested, there was no evidence for an association between phytosterol content and other relevant seed quality traits, indicating that an efficient breeding for enhanced phytosterol genotypes would be possible without affecting other quality traits. In one of the three doubled haploid populations, segregating for erucic acid content, a close negative correlation was observed between erucic acid and phytosterol and sinapate ester content. Two of the three QTL detected for phytosterol content in this population mapped within the confidence intervals of the two erucic acid genes. This result suggests a negative pleiotropic effect of the erucic acid genes on phytosterol content, which may be caused by competition for cytoplasmic acetyl-CoA, a common precursor for phytosterol and erucic acid biosynthesis. For sinapate ester content, six QTL were detected. Two of them with the strongest additive effects also mapped within the confidence intervals of the two erucic acid genes. A pleiotropic effect of the erucic acid genes may be explained by competition for plastidic phosphoenolpyruvate, a common precursor for de novo fatty acid and sinapate ester biosynthesis. The developed NIRS calibration should be useful for screening genotypes with extreme phytosterol contents in breeding programmes aimed at increasing the phytosterol content in rapeseed.
Keywords: Phytosterols; Brassica napus; Rapeseed; QTL mapping; Sinapic acid; NIRS
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Die Verbesserung der Öl- und Proteinqualität beim Raps (Brassica napus L.) ist eine wichtiges Ziel aktueller Züchtungsprogramme. Rapssamen weisen einen im Vergleich zu anderen Ölsaaten hohen Gehalt an Phytosterolen und Sinapinsäureestern auf. Phytosterole werden auf Grund ihrer cholesterolsenkenden Wirkung für die Herstellung von entsprechend angereicherten funktionellen Lebensmitteln benutzt. Sinapinsäureester führen dagegen zu einer dunklen Verfärbung des Rapsextraktionsschrots und zu einem bitteren Geschmack, welches die Verwendung des Schrots in der Tierernährung begrenzt. Eine Erhöhung des Phytosterolgehaltes im Öl und eine Verringerung des Sinapinsäureestergehaltes im Schrot könnten zu einer erhöhten Wertschöpfung des Rapsöls und Rapsschrots in der Nahrungs- und Futtermittelindustrie führen. Vorrangige Forschungsziele dieser Arbeit waren die Untersuchung der genetischen Variation des Phytosterolgehaltes und die Identifizierung von "Quantitative Trait Loci" (QTL) für Phytosterol- und Sinapinsäureestergehalt. Außerdem sollte eine Nah Infrarot Reflektions-Spektroskopische (NIRS) Kalibrierung für eine effiziente Bestimmung des Phytosterolgehaltes in Rapssamen entwickelt werden. Die varianzanalytische Verrechnung von Feldversuchsergebnissen von drei verschiedenen doppelthaploiden (DH) Populationen zeigte eine große genetische Variation mit überwiegendem Genotypeinfluss auf den Phytosterolgehalt. Eine Korrelation zwischen dem Phytosterolgehalt und anderen qualitätsbestimmenden Merkmalen konnte nicht festgestellt werden. Eine der DH-Populationen segregierte für den Gehalt an Erucasäure im Samenöl; hier war der Phytosterolgehalt und der Sinapinsäureestergehalt negativ korreliert mit dem Erucasäuregehalt. Zwei von den insgesamt drei QTL für Phytosterolgehalt kartierten in dieser Population innerhalb der Konfidenzintervalle der beiden Erucasäuregene, was auf einen pleiotropen Effekt der Erucasäuregene auf den Phytosterolgehalt hindeutet. In der gleichen Population wurden insgesamt sechs QTL für den Sinapinsäureestergehalt identifiziert. Auch hier kartierten die zwei QTL mit den größten additiven Effekten innerhalb der Konfidenzintervalle der beiden Erucasäuregene. Dies kann möglicherweise auf Konkurrenz um plastidäres Phosphoenolpyruvat zurückzuführen sein, welches eine gemeinsame Vorstufe für die de novo Synthese von Fettsäuren und Sinapinsäureester ist. Die entwickelte NIRS Kalibrierung kann in Züchtungsprogrammen, die auf einen erhöhten Phytosterolgehalt beim Raps zielen, eingesetzt werden.
Schlagwörter: Phytosterole; Brassica napus; Raps; QTL Kartierung; Sinapinsäure; NIRS