Фенотипическое проявление признаков наличия и содержания каннабиноидов в процессе самоопыления однодомной конопли и направленного отбора
DOI:
https://doi.org/10.30835/2413-7510.2020.222333Ключевые слова:
конопля, селекция, инбридинг, самоопыленная линия, наследование, каннабиноид, корреляцияАннотация
Цель и задачи исследования – установить особенности наследования признаков наличия и содержания каннабиноидных соединений в процессе самоопыления однодомной конопли; провести компаративный анализ значений коэффициентов парной корреляции между признаками содержания основных каннабиноидных соединений в исходных формах и самоопыленных линиях; исследовать эффективность использования самоопыления в селекции конопли.
Материал и методы. Исследования проведены на базе Института лубяных культур НААН (г. Глухов, Сумская обл., Украина) в течение 2009–2019 гг. Объект исследований – самоопыленные линии сортов промышленной конопли Глуховские 58, Глесия, Миколайчик, Глуховские 46 среднеевропейского эколого-географического типа и Золотоношские 15 южного эколого-географического типа. Самоопыление растений (с отсутствием и наличием каннабиноидов) осуществляли под индивидуальными изоляторами с агроволокна в условиях вегетационного домика. Потомство выращивали в питомнике оценки, анализ каннабиноидных соединений проводили методом тонкослойной хроматографии. В растительных образцах всех исследуемых сортов и самоопыленных линий содержание тетрагидроканнабинола (ТГК) не превышало 0,08 % – нормы, разрешенной действующим законодательством Украины. Статистическую обработку данных осуществляли по показателям среднего арифметического, погрешности выборочной средней, коэффициентов парной корреляции и криволинейной регрессии.
Обсуждение результатов. При условии целенаправленного отбора исходных растений с отсутствием каннабидиола (КБД), ТГК и каннабинола (КБН) в процессе самоопыления их содержание уменьшалось до полного отсутствия. Стабильность (гомозиготация) линий наступала в I2–I6 и зависела от генотипа конкретного сорта. Самоопыленные линии именно этих поколений целесообразно привлекать как родительские компоненты в скрещиваниях. Характерной особенностью исследуемых современных сортов конопли является способность давать уже в I1 семьи с отсутствием КБД, ТГК и КБН.
Между признаками содержания каннабиноидных соединений установлены сильные положительные корреляционные связи, в частности в I1–I3 Глуховские 58 и в I1–I3 Золотоношские 15 обнаружена сильная положительная корреляционная связь между признаками содержания КБД и ТГК (r от 0,72 до 0,79 и от 0,71 до 0,90), сильная или средняя положительная корреляционная связь между признаками содержания КБД и КБН (0,68–0,80 и 0,67–0,82) и сильная положительная связь между ТГК и КБН (0,71–0,83 и 0,80–0,85 соответственно), что упрощает отбор на снижение содержания всех компонентов каннабиноидов и значительно усложняет селекцию в направлении повышения КБД и одновременного снижения содержания ТГК. Корреляционные связи между содержанием каннабиноидных соединений в самоопыленных линий слабее сравнительно с исходными формами, а коэффициенты имеют значительный размах вариации, что позволяет использовать близкородственное размножение в селекции на снижение содержания ТГК и повышение содержания непсихотропных каннабиноидов.
Выводы. Самоопыление является эффективным приемом определения стабильности популяции сорта конопли по признакам наличия и содержания каннабиноидных соединений и селекционным методом создания исходного материала со стабильным признаком их отсутствия или наличияБиблиографические ссылки
Dayanandan P, Kaufman PB. Trichomes of Cannabis sativa L. (Cannabaceae). American Journal of Botany. 1976; 63(5): 578–591. DOI: 10.1002/j.1537‑2197.1976.tb11846.x
Mahlberg PG, Kim E-S. Immunochemical localization of tetrahydrocannabinol (THC) in cryofixed glandular trichomes of Cannabis (Cannabaceae). American Journal of Botany. 1997; 84(3): 336–342. DOI: 10.2307/2446007
Rodziewicz P, Loroch S, Marczak Ł, Sickmann A, Kayser O. Cannabinoid synthases and osmoprotective metabolites accumulate in the exudates of Cannabis sativa L. glandular trichomes. Plant Science. 2019; 284: 108–116. DOI: 10.1016/j.plantsci.2019.04.008
Turner JC, Hemphill JK, Mahlberg PG. Quantitative determination of cannabinoids in individual glandular trichomes of Cannabis sativa L. (Cannabaceae). American Journal of Botany. 1978; 65(10): 1103–1106. DOI: 10.1002/j.1537‑2197.1978.tb06177.x
Wagner GJ. Secreting glandular trichomes: more than just hairs. Plant Physioligy. 1991; 96(3): 675–679. DOI: 10.1104/pp.96.3.675
Mahlberg PG, Kim ES. Accumulation of cannabinoids in glandular trichomes of Cannabis (Cannabaceae). Journal of Industrial Hemp. 2004; 9(1): 15–36. DOI: 10.1300/J237v09n01_04
Morimoto S, Tanaka Y, Sasaki K, Tanaka H, Fukamizu T, Shoyama Y, Shoyama Y, Taura F. Identification and characterization of cannabinoids that induce cell death through mitochondrial permeability transition in cannabis leaf cells. The Journal of Biological Chemistry. 2007; 282(28): 20739–20751. DOI: 10.1074/jbc.M700133200
Shoyama Y, Sugawa C, Tanaka H, Morimoto S. Cannabinoids act as necrosis-inducing factors in Cannabis sativa. Plant Signaling & Behavior. 2009; 3(12): 1111–1112. DOI: 10.4161/psb.3.12.7011
Happyana N, Agnolet S, Muntendam R, van Dam A, Schneider B, Kayser O. Analysis of cannabinoids in laser-microdissected trichomes of medicinal Cannabis sativa using LCMS and cryogenic NMR. Phytochemistry. 2013; 87: 51–59. DOI: 10.1016/j.phytochem.2012.11.001
Hanuš LO, Meyer SM, Muñoz E, Taglialatela-Scafati O, Appendino G. Phytocannabinoids: a unified critical inventory. Natural Product Report. 2016; 33(12): 1357–1392. DOI: 10.1039/C6NP00074F
Radwan MM, Wanas AS, Chandra S, ElSohly MA. Natural cannabinoids of cannabis and methods of analysis. In: Chandra S, Lata H, ElSohly MA, editors. Cannabis sativa L. – Botany and Biotechnology. Cham; 2017. р. 161–182. DOI: 10.1007/978-3-319-54564-6_7
Elsohly MA, Slade D. Chemical constituents of marijuana: the complex mixture of natural cannabinoids. Life Sciences. 2005; 78(5): 539–548. DOI: 10.1016/j.lfs.2005.09.011
Leghissa A, Hildenbrand Z, Schug KA. A review of methods for the chemical characterization of cannabis natural products. Journal of Separation Science. 2018; 41(1): 398–415. DOI: 10.1002/jssc.201701003
Iannotti FA, de Maio F, Panza E, Appendino G, Taglialatela-Scafati O, de Petrocellis L, Amodeo P, Vitale RM. Identification and characterization of cannabimovone, a cannabinoid from Cannabis sativa, as a novel PPARγ agonist via a combined computational and functional study. Molecules. 2020; 25(1119): 1–13. DOI: 10.3390/molecules25051119
Fellermeier M, Zenk MH. Prenylation of olivetolate by a hemp transferase yields cannabigerolic acid, the precursor of tetrahydrocannabinol. FEBS Letters. 1998; 427(2): 283–285. DOI: 10.1016/S0014-5793(98)00450-5
Zirpel B, Kayser O, Stehle F. Elucidation of structure-function relationship of THCA and CBDA synthase from Cannabis sativa L. Journal of Biotechnology. 2018; 284: 17–26. DOI: 10.1016/j.jbiotec.2018.07.031
Degenhardt F, Stehle F, Kayser O. The biosynthesis of cannabinoids. In: Preedy VR, editor. Handbook of Cannabis and Related Pathologies: Biology, Pharmacology, Diagnosis, and Treatment. 2017. р. 13–23. DOI: 10.1016/B978‑0‑12‑800756‑3.00002-8
Onofri C, de Meijer EPM., Mandolino G. Sequence heterogeneity of cannabidiolic- and tetrahydrocannabinolic acid-synthase in Cannabis sativa L. and its relationship with chemical phenotype. Phytochemistry. 2015; 116: 57–68. DOI: 10.1016/j.phytochem.2015.03.006
Taura F, Tanaya R, Sirikantaramas S. Recent advances in cannabinoid biochemistry and biotechnology. Science Asia. 2019; 45: 399–407. DOI: 10.2306/scienceasia1513‑1874.2019.45.399
Sirikantaramas S, Morimoto S, Shoyama Y, Ishikawa Y, Wada Y, Shoyama Y, Taura F. The gene controlling marijuana psychoactivity: molecular cloning and heterologous expression of delta1‑tetrahydrocannabinolic acid synthase from Cannabis sativa L. Journal of Biological Chemistry. 2004; 279(38): 39767–39774. DOI: 10.1074/jbc.M403693200
Sirikantaramas S, Taura F, Tanaka Y, Ishikawa Y, Morimoto S, Shoyama Y. Tetrahydrocannabinolic acid synthase, the enzyme controlling marijuana psychoactivity, is secreted into the storage cavity of the glandular trichomes. Plant and Cell Physiology. 2005; 46(9): 1578–1582. DOI: 10.1093/pcp/pci166
Taura F, Sirikantaramas S, Shoyama Y, Yoshikai K, Shoyama Y, Morimoto S. Cannabidiolic-acid synthase, the chemotype-determining enzyme in the fiber-type Cannabis sativa. FEBS Letters. 2007; 581(16): 2929–2934. DOI: 10.1016/j.febslet.2007.05.043
Morimoto S, Komatsu K, Taura F, Shoyama Y. Purification and characterization of cannabichromenic acid synthase from Cannabis sativa. Phytochemistry. 1998; 49(6): 1525–1529. DOI: 10.1016/S0031‑9422(98)00278-7
de Meijer EP, Bagatta M, Carboni A, Crucitti P, Moliterni VMC, Ranalli P, Mandolino G. The inheritance of chemical phenotype in Cannabis sativa L. Genetics. 2003; 163(1): 335–346.
Weiblen GD, Wenger JP, Craft KJ, ElSohly MA, Mehmedic Z, Treiber EL, Marks MD. Gene duplication and divergence affecting drug content in Cannabis sativa. New Phytologist. 2015; 208(4): 1241–1250. DOI:10.1111/nph.13562
Sarsenbaev KN, Kozhamzharova LS, Yessimsiitova Z, Seitbayev KZH. Polymorphism of DNA and accumulation of cannabinoids by the cultivated and wild hemp in Chu Valley. World Applied Sciences Journal. 2013; 26(6): 744–749. DOI: 10.5829/idosi.wasj.2013.26.06.13381
Myhal' MD, Mishchenko SV, Laiko IM. Inbreeding and heterosis of hemp. Sumy; 2020. 146 p.
Mishchenko S, Mokher J. Laiko I. Burbulis N. Kyrychenko H. Dudukova S. Phenological growth stages of hemp (Cannabis sativa L.): codification and description according to the BBCH scale. Žemės ūkio mokslai. 2017; 24(2): 31–36. DOI: 10.6001/zemesukiomokslai.v24i2.3496
Dospekhov BA. Methods of field experience. Mosсow; 1973. 336 р.
Mishchenko SV. Correlation between the basic cannabinoid compounds of plants of modern non-narcotic hemp varieties. Visnyk Poltavs'koyi derzhavnoyi ahrarnoyi akademiyi. 2012; 2: 65–69. DOI: 10.31210/visnyk2012.02.14
Kyrychenko HI, Laiko IM, Mishchenko SV. Analysis of Cannabis sativa L. collection accessions for cannabinoid contens and chemotype. Genetychni resursy roslyn. 2019; 25: 115–128. DOI: 10.36814/pgr.2019.25.09
Mishchenko SV, Laiko IM. Determination of the level of stability of the sign of absence of cannabinoids in hemp by self-pollination. Novitni tekhnolohiyi vyroshchuvannya sil's'kohospodars'kykh kul'tur: naukovi pratsi Instytutu bioenerhetychnykh kul'tur i tsukrovykh buryakiv NAAN. 2012; 14: 487–490.
Mishchenko SV. Cannabinoids content in variety-line, line-variety and interline hemp F1–F3 hybrids and methodological approaches to their creation. Visnyk Tsentru naukovoho zabezpechennya APV Kharkivs'koyi oblasti. 2016; 21: 186–194.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2020 S. V. Mishchenko
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
При размещении текстов статей в электронных ресурсах авторские права сохраняются за автором печатной публикации.
Автор может не соглашаться с правками рецензентов и редакции, мотивируя при этом свою точку зрения.
Автор может требовать от редакции разъяснений или изменений в случае обнаружения существенных ошибок в его статье.
Автор может использовать материалы, опубликованные в журнале «Селекция и семеноводство» в своих работах, обязательно ссылаясь на наш журнал.
