Фенотиповий прояв ознак наявності та вмісту канабіноїдів у процесі самозапилення однодомної коноплі та спрямованого добору
DOI:
https://doi.org/10.30835/2413-7510.2020.222333Ключові слова:
конопля, селекція, інбридинг, самозапилена лінія, успадкування, канабіноїд, кореляціяАнотація
Мета та задачі дослідження – установити особливості успадкування ознак наявності та вмісту канабіноїдних сполук у процесі самозапилення однодомної коноплі; провести компаративний аналіз значень коефіцієнтів парної кореляції між ознаками вмісту основних канабіноїдних сполук у вихідних компонентах та самозапилених лініях; дослідити ефективність застосування самозапилення в селекції коноплі.
Матеріали і методи. Дослідження проведено на базі Інституту луб’яних культур НААН (м. Глухів, Сумська обл., Україна) протягом 2009–2019 рр. Об’єктом дослідження були самозапилені лінії сортів промислової коноплі Глухівські 58, Глесія, Миколайчик, Глухівські 46 середньоєвропейського еколого-географічного типу та Золотоніські 15 південного еколого-географічного типу. Самозапилення рослин (за відсутності та наявності канабіноїдів) проводили під індивідуальними ізоляторами з агроволокна в умовах вегетаційного будиночка. Потомство вирощували в розсаднику оцінки, аналіз канабіноїдних сполук проводили методом тонкошарової хроматографії. В рослинних зразках усіх досліджених сортів та самозапилених ліній вміст тетрагідроканабінолу (ТГК) не перевищував 0,08 % – норми, дозволеної діючим законодавством України. Статистичну обробку даних здійснювали за показниками середнього арифметичного, похибки вибіркової середньої, коефіцієнтів парної кореляції та криволінійної регресії.
Обговорення результатів. За умови спрямованого добору вихідних рослин з відсутністю канабідіолу (КБД), ТГК та канабінолу (КБН) в процесі самозапилення їх вміст знижувався до повної відсутності. Стабільність (гомозиготація) ліній наступала в I2–I6 і залежала від генотипу конкретного сорту. Самозапилені лінії саме цих поколінь доцільно залучати як батьківські компоненти в схрещування. Характерною особливістю досліджених сучасних сортів коноплі є властивістьь давати вже в I1 сім’ї з відсутністю КБД, ТГК і КБН.
Між ознаками вмісту канабіноїдних сполук установлено сильну позитивну кореляцію, зокрема в I1–I3 Глухівські 58 та в I1–I3 Золотоніські 15 установлено сильну позитивну кореляцію між ознаками вмісту КБД і ТГК (r від 0,72 до 0,79 та від 0,71 до 0,90), сильну або середню позитивну кореляцію між ознаками вмісту КБД і КБН (0,68–0,80 і 0,67–0,82) та сильну позитивну кореляцію між ТГК і КБН (0,71–0,83 та 0,80–0,85 відповідно). Це спрощує добір на зниження вмісту всіх компонентів канабіноїдів та значно ускладнює селекцію на підвищення КБД і одночасного зниження вмісту ТГК. Кореляція між вмістом канабіноїдних сполук у самозапилених ліній є більш слабкою в порівнянні з вихідними компоентами, а коефіцієнти мають значний розмах варіації, що дозволяє використовувати близькоспоріднене розмноження в селекції на зниження вмісту ТГК та підвищення вмісту непсихотропних канабіноїдів.
Висновки. Самозапилення є ефективним методом визначення стабільності популяції сорту коноплі за ознаками наявності та вмісту канабіноїдних сполук і селекційним методом створення вихідного матеріалу із стабільною ознакою їх відсутності або наявностіПосилання
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.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 S. V. Mishchenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
При розміщенні текстів статей в електронних ресурсах авторські права зберігаються за автором друкованої публікації.
Автор може не погоджуватися з правками рецензентів і редакції, мотивуючи при цьому свою точку зору.
Автор може вимагати від редакції пояснень або змін у випадку виявлення істотних помилок у його статті.
Автор може використовувати матеріали, опубліковані в журналі «Селекція і насінництво» у своїх роботах, обов’язково посилаючись на наш журнал.
