Genetische und agronomische Charakterisierung von Raps-Mutanten mit gesteigertem Ölsäuregehalt

Abstract

Neben den üblichen Zuchtzielen bei Raps, wie Ertrag, Ertragstabilität, Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheiten und Schädlingen hat vor allem in den letzten Jahren ein weiteres Zuchtziel zunehmend an Bedeutung gewonnen. Hierbei handelt es sich um das Fettsäuremuster vom Rapsöl. Ziel ist es Sorten mit einem hohen Anteil an einfach ungesättigten Fettsäuren (Ölsäure) und geringerem Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren (Linol-, Linolensäure) zu erhalten. Rapsöle mit hohem Anteil an Ölsäure (Zuchtziel bis über 80% Ölsäure) sind für die Nahrungsmittelindustrie und die chemische Industrie von Interesse, da Öle mit hohem Gehalt an Ölsäure eine höhere Temperaturstabilität und geringere Oxidationsanfälligkeit aufweisen. Um eine Veränderung des Fettsäuremusters zu erreichen wurde im Jahr 1991 in Göttingen ein Versuch gestartet, bei dem Raps der Sorte Wotan mit der Mutationen auslösenden Substanz EMS (Ethylmethansulfonat) behandelt wurde. Im Rahmen dieses Versuches konnten bereits Mutanten mit gesteigertem Ölsäuregehalt identifiziert werden. Allerdings wiesen die Mutanten schlechte agronomische Merkmale auf. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Mutanten mit erhöhtem Ölsäuregehalt und gleichzeitig besseren agronomischen Merkmalen zu finden. Dabei sollte auch untersucht werden, ob bei diesen Mutanten der gleiche Genort mutiert war, wie bei früheren Mutanten. Außerdem sollten die Mutanten molekular durch DNA-Sequenzierung charakterisiert werden. Samen von mutagen behandelten Pflanzen (M1-Generation) wurden als Ausgangsmaterial für die vorliegende Arbeit verwendet. Die M2-Generation wurde im Feld angebaut und die geernteten Samen auf ihren Ölsäuregehalt untersucht. Es konnten dabei einige vermutliche Mutanten mit erhöhtem Ölsäuregehalt identifiziert werden. Der in den Jahren 2002 bis 2007 an zwei verschiedenen Orten durchgeführte Anbau bestätigte für 6 Mutanten über mehrere Generationen hinweg höhere Ölsäuregehalte. In den Jahren 2006 und 2007 wurden Leistungsprüfungen im Feld durchgeführt, bei denen die neuen Mutanten, Wotan und die aus früheren Arbeiten bekannte alten Mutanten miteinander im Feld verglichen wurden. Als Ergebnis über 2 Jahre und 2 Orte konnte festgestellt werden, das die neuen Mutanten im Ertrag signifikant besser waren als die alten Mutanten aber nicht ganz das Niveau der Ausgangssorte Wotan erreichten. Von den älteren Mutanten ist bekannt, dass eine monogene Vererbung an einem Genort HO1 vorliegt und eine weitere am Genort HO2. Der Genort HO1 ist lokalisiert im FAD2 Gen, der mikrosomalen Oleatdesaturase. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, festzustellen ob die neu gefundenen Mutanten am gleichen Genort mutiert waren. Dazu wurden Kreuzungen der neuen Mutanten untereinander und mit der alten Mutante 19661 durchgeführt. Bei einer Mutation an unterschiedlichen Genorten müsste es in der spaltenden M2-Generation zu Aufspaltungen im Merkmal Ölsäuregehalt kommen. Als Ergebnis der Kreuzungsexperimente konnte bei 4 Kreuzungen eine eindeutige Aufspaltung in der F2-Generation festgestellt werden Diese Ergebnisse ließen vermuten, dass die untersuchten Mutanten mit erhöhtem Ölsäuregehalt an zwei verschiedenen Genorten lokalisiert sind. Diese Vermutung sollte mit genetischen Analysen untermauert werden. Ein weiteres Ziel der Kreuzungen war es, herauszufinden, ob in den Nachkommenschaften Genotypen mit höheren Ölsäuregehalten als die der Eltern zu erreichen sind. Solche Genotypen wurden bei den Kreuzungen nicht gefunden. Das wichtigste Zielenzym für die Steigerung des Ölsäuregehaltes in der Fettsäure-Biosynthese ist die mikrosomale Oleatdesaturase FAD2. Genetische Untersuchungen des Materials bestätigten die Vermutung, dass die Steigerung des Ölsäuregehaltes in den neu gefundenen Mutanten Mu12 und Mu13 aufgrund einer EMS-induzierten Mutation im FAD2-I Genom entstanden sind. Bei der Mutante 12 konnte im Genom an der Position 638 und bei der Mutante 13 an der Position 476 ein Austausch von Cytosin durch Thymin nachgewiesen werden. Als Ergebnis dieser Mutation fand in der Ölsäure-Desaturase ein Austausch der Aminosäure Prolin durch Leucin und somit eine Veränderung der Enzymstruktur und wahrscheinlich auch der Aktivität statt. Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass neue Mutanten mit erhöhtem Ölsäuregehalt identifiziert und charakterisiert werden konnten. Im Vergleich zu bisher bekannten HO-Mutanten haben die neuen Mutanten deutlich bessere agronomische Eigenschaften und sind daher ein wertvoller Ausgangspunkt für die Rapszüchtung.