bioselБиотехнология и селекция растенийPlant Biotechnology and Breeding2658-62662658-6258VIR10.30901/2658-6266-2023-4-o2biosel-204Research ArticleРАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ СЕЛЕКЦИИDEVELOPMENT OF MODERN BREEDING METHODSИспользование метода главных компонент в ранжировании образцов конопли посевной Cannabis sativa L. по жирнокислотному составу масла для ускорения селекцииThe use of the principal component analysis in ranking hemp (Cannabis sativa L.) accessions according to the seed oil fatty acid composition for crop improvementhttps://orcid.org/0000-0001-7670-4360ГригорьевС. В.GrigorievS. V.

Сергей Владимирович Григорьев, Ph.D., кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, отдел генетических ресурсов масличных и прядильных культур, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42, 44

Sergei V. Grigoriev, Ph.D., Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher, Department of Oil and Fiber Crop Genetic Resources, VIR

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

s.grigoryev@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2563-6094ИлларионоваК. В.IllarionovaK. V.

Ксения Викторовна Илларионова, кандидат технических наук, доцент, СПбПУ

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Политехническая 29

Ksenia V. Illarionova, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, SPbPU

29, Polytechnicheskaya Street, St. Petersburg, 195251 Russia

elkv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4962-1989ПодольнаяЛ. П.PodolnayaL. P.

Лариса Петровна Подольная, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, отдел генетических ресурсов масличных и прядильных культур, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42, 44

Larisa P. Podolnaya, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, Department of Genetic Resources of Oil and Fiber Crop Genetic Resources, VIR

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

l.podolnaya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3992-5353ШеленгаТ. В.ShelengaT. V.

Татьяна Васильевна Шеленга, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, отдел биохимии и молекулярной биологии, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42, 44

Tatyana V. Shelenga, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, Department of Biochemistry and Molecular Biology, VIR

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

tatinashelenga@yandex.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great Polytechnic UniversityRussian Federation20231603202464613Copyright © Григорьев С.В., Илларионова К.В., Подольная Л.П., Шеленга Т.В., 20232023Григорьев С.В., Илларионова К.В., Подольная Л.П., Шеленга Т.В.Grigoriev S.V., Illarionova K.V., Podolnaya L.P., Shelenga T.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://biosel.elpub.ru/jour/article/view/204

Применение современных методов оценки генотипического разнообразия селекционного материала весьма эффективно в селекции сельскохозяйственных растений. Интерпретация результатов изучения биохимического состава масла семян образцов коллекции конопли посевной Cannabis sativa L. является одним из важных этапов селекции сортов культуры актуального масличного направления, поскольку конопля обладает уникальным среди масличных культур России набором жирных кислот (ЖК) масла. Исследование закономерностей формирования жирнокислотного состава (ЖКС) масла, факторных нагрузок содержания кислот, в случае сортов масличного направления использования, имеет научную значимость и практическую ценность для решения задач эффективного ускорения современной селекции на повышение качества и биологической активности масла. Применение анализа главных компонент может явиться эффективным инструментом в достижении этой цели. Изучение ЖКС масла семян 25 образцов конопли посевной Cannabis sativa L. коллекции ВИР было проведено во Всероссийском институте генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова. Образцы конопли среднерусского экотипа, представленные местными, промышленными сортами и селекционным материалом, были выращены на лугово-черноземных почвах в Пензенской области в зоне Среднего Поволжья России с умеренно-континентальным климатом. ЖКС масла семян изучали с помощью газожидкостной хроматографии с масс-спектрометрией на хроматографе Agilent 6850. Полученные результаты обрабатывали с помощью программного обеспечения UniChrom и AMDIS. Высокое содержание омега-3 стеаридониковой ЖК было обнаружено у образцов: к-205, Украина (1,23%); к-168, Россия (0,87%); α-линоленовой: к-168, Россия (0,82%); к-224, ГДР (0,39%); линолевой: к-154, Россия (67,29%); к-360, Россия (66,24%); к-150, Россия (64, 58%); γ-линоленовой: к-88, Россия (2,43%); к-211, ГДР (1,92%). Установлено, что формирование ЖКС масла семян конопли – многофакторный процесс. Главный фактор определил 27,8% изменчивости. Было выявлено наличие положительных и отрицательных факторных нагрузок. Наибольшую факторную нагрузку в дисперсии комплекса признаков ЖКС масла, определяемой главным фактором, несёт линолевая кислота (+0,73). Отрицательные по отношению к этой кислоте нагрузки выявлены для миристиновой (−0,81), лауриновой (−0,78), пальмитолеиновой (−0,72) и олеиновой (−0,72) кислотам. Содержание биологически активной омега-6 диненасыщенной линолевой кислоты отрицательно связано с содержанием омега-9 мононенасыщенной олеиновой, а также с содержанием полиненасыщенных омега-6 γ-линоленовой, омега-3 стеаридониковой и омега-3 α- линоленовой кислот. Полученная информация может быть использована для подбора образцов с оптимальным ЖКС в селекции сортов конопли посевной масличного направления использования.

 

The use of modern methods for assessing the genotypic diversity of breeding material is effective in crop improvement. Interpretation of the results of a study of the fatty acid biochemical composition in seeds of hemp (Cannabis sativa L.) accessions is one of important stages in breeding oilseed varieties, since hemp possesses a unique fatty acid composition (FAC) among other oilseed crops in Russia. Studies of regularities in formation of seed oil FAC and the principal component analysis (PCA) of fatty acid contents have scientific significance and practical value for ensuring the acceleration of oilseed variety breeding aimed at improving quality and biological activity of oil. The use of PCA can be an effective in achieving this goal. The fatty acid profile of oil has been evaluated at the N.I. Vavilov Institute of Plant Genetic Resources in 25 hemp accessions from the VIR hemp collection. Local and industrial hemp varieties and breeding material of the Middle Russian ecotype were grown in Penza Province with a temperate continental climate on meadow-black soils of the Middle Volga Region of Russia. The seed oil FAC was studied using gas-liquid chromatography with mass spectrometry on an Agilent 6850 chromatograph. The results were processed using the UniChrom and AMDIS software. High content of omega-3 stearidonic fatty acid was found in accessions k-205 from Ukraine (1.23%) and k-168 from Russia (0.87%); that of α-linolenic acid in k-168 from Russia (0.82%) and k-224 from GDR (0.39%); of linoleic acid in k-154 (67.29%), k-360 (66.24%), and k-150 (64.58%) (all three from Russia); of γ-linolenic acid in k-88 from Russia (2.43%) and k-211 from GDR (1.92%). It has been established that the formation of hemp seed oil FAC is a multifactorial process. The main factor determined 27.8% of the variability. The presence of both positive and negative factor loadings was revealed. The highest factor loading for the variance of a complex of characters of the oil FAC is on the main factor, i.e. linoleic acid (+0.73). In relation to this acid, negative loadings were detected for myristic acid (−0.81), lauric acid (−0.78), palmitoleic acid (−0.72), and oleic acid (−0.72). The content of bioactive omega-6 diunsaturated linoleic acid was negatively associated with the content of omega-9 monounsaturated oleic acid, as well as with the content of polyunsaturated omega-6 γ-linolenic, omega-3 stearidonic, and omega-3 α-linoleic acids. The obtained information can be used for identifying accessions with the optimal FAC for their involvement in breeding oilseed hemp varieties.

биологически активные вещества растительных маселисходный селекционный материаллатентные взаимозависимости переменныхкритерий «каменистая осыпь»факторные нагрузкиbioactive substances in vegetable oilssource breeding materiallatent interdependent variablesscree plot criteriafactor loadingsРабота проводилась в рамках тематического плана ВИР по проекту № FGEM-2022-0005 «Растительные ресурсы масличных и прядильных культур ВИР как основа теоретических исследований и их практического использования».The work was carried out within the framework of the Thematic Plan of VIR under Project No. FGEM-2022-0005 “Plant resources of oilseed and fiber crops at VIR as the basis for theoretical research and their practical use”.ReferencesAlonso-Esteban J.I., González-Fernández M.J., Fabrikov D., de Cortes Sánchez-Mata M., Torija-Isasa E., Guil-Guerrero J.L. Fatty acids and minor functional compounds of hemp (Cannabis sativa L.) seeds and other Cannabaceae species. Journal of Food Composition and Analysis. 2023;115:104962. DOI: 10.1016/j.jfca.2022.104962Alonso-Esteban J.I., González-Fernández M.J., Fabrikov D., de Cortes Sánchez-Mata M., Torija-Isasa E., Guil-Guerrero J.L. Fatty acids and minor functional compounds of hemp (Cannabis sativa L.) seeds and other Cannabaceae species. Journal of Food Composition and Analysis. 2023;115:104962. DOI: 10.1016/j.jfca.2022.104962Aslam H., Green J., Jacka F.N., Collier F., Berk M., Pasco J., Dawson S.L. Fermented foods, the gut and mental health: a mechanistic overview with implications for depression and anxiety. Nutritional Neuroscience. 2020;23(9):659-671. DOI: 10.1080/1028415X.2018.1544332Aslam H., Green J., Jacka F.N., Collier F., Berk M., Pasco J., Dawson S.L. Fermented foods, the gut and mental health: a mechanistic overview with implications for depression and anxiety. Nutritional Neuroscience. 2020;23(9):659-671. DOI: 10.1080/1028415X.2018.1544332Брач Н.Б. Корреляционный и факторный анализ некоторых признаков льна-долгунца. Научно-технический бюллетень Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. 1989;188:45-46.Brutch N.B. Correlation and factor analysis of some traits of fiber flax. Scientific and Technical Bulletin of the N.I. Vavilov All-Union Research Institute of Plant Industry. 1989;188:45-46. [in Russian]Ермаков А.И., Арасимович В.В., Смирнова-Иконникова М.И., Ярош Н.П. Луковникова Г.А. Методы биохимических исследований растений. Ленинград: Колос; 1972.Ermakov А.I., Arasimovich V.V., Smirnova-Ikonnikova M.I., Yarosh N.P., Lukovnikova G.A. Methods of biochemical research of plants (Metody biokhimicheskikh issledovaniy rasteniy). Leningrad: Kolos Publishers; 1972. [in Russian]Perchuk I.N., Shelenga T.V., Burlyaeva M.O. The effect of illumination patterns during mung bean seed germination on the metabolite composition of the sprouts. Plants. 2023;12(21):3772. DOI: 10.3390/plants12213772Perchuk I.N., Shelenga T.V., Burlyaeva M.O. The effect of illumination patterns during mung bean seed germination on the metabolite composition of the sprouts. Plants. 2023;12(21):3772. DOI: 10.3390/plants12213772Cerino P., Buonerba C., Cannazza G, D'Auria J., Ottoni E., Fulgione A., Di Stasio A., Pierri B., Gallo A. A review of hemp as food and nutritional supplement. Cannabis and Cannabinoid Research. 2021;6(1):19-27. DOI: 10.1089/can.2020.0001Cerino P., Buonerba C., Cannazza G, D'Auria J., Ottoni E., Fulgione A., Di Stasio A., Pierri B., Gallo A. A review of hemp as food and nutritional supplement. Cannabis and Cannabinoid Research. 2021;6(1):19-27. DOI: 10.1089/can.2020.0001Farinon B., Molinari R., Costantini L., Merendino N. The seed of industrial hemp (Cannabis sativa L.): nutritional quality and potential functionality for human health and nutrition. Nutrients. 2020;12(7):1935. DOI: 10.3390/nu12071935Farinon B., Molinari R., Costantini L., Merendino N. The seed of industrial hemp (Cannabis sativa L.): nutritional quality and potential functionality for human health and nutrition. Nutrients. 2020;12(7):1935. DOI: 10.3390/nu12071935Grigoryev S.V., Illarionova K.V. Evaluation of factors having an effect on cannabidiol amount in Cannabis sativa L. Agricultural Biology. 2020;55(1):107-117. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.107engGrigoryev S.V., Illarionova K.V. Evaluation of factors having an effect on cannabidiol amount in Cannabis sativa L. Agricultural Biology. 2020;55(1):107-117. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.107engGrigoriev S., Illarionova K., Shelenga T. Hempseeds (Cannabis spp.) as a source of functional food ingredients, prebiotics and phytosterols. Agricultural and Food Science. 2020;29(5):460-470. DOI: 10.23986/afsci.95620Grigoriev S., Illarionova K., Shelenga T. Hempseeds (Cannabis spp.) as a source of functional food ingredients, prebiotics and phytosterols. Agricultural and Food Science. 2020;29(5):460-470. DOI: 10.23986/afsci.95620Григорьев С.В. Шеленга Т.В., Илларионова К.В. Масла конопли и хлопчатника образцов коллекции ВИР как источник функциональных пищевых ингредиентов. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(2):38-43. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-2-38-43Grigoryev S.V., Shelenga T.V. Illarionova K.V. Hempseed and cottonseed oils in the accessions from the VIR collection as sources of functional food ingredients. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2019;180(2):38-43. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-2-38-43Harwood J.L. Polyunsaturated fatty acids: conversion to lipid mediators, roles in inflammatory diseases and dietary sources. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(10):8838. DOI: 10.3390/ijms24108838Harwood J.L. Polyunsaturated fatty acids: conversion to lipid mediators, roles in inflammatory diseases and dietary sources. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(10):8838. DOI: 10.3390/ijms24108838Occhiuto C., Aliberto G., Ingegneri M., Trombetta D., Circosta C., Smeriglio A. Comparative evaluation of the nutrients, phytochemicals, and antioxidant activity of two hempseed oils and their byproducts after cold pressing. Molecules. 2022;27(11):3431. DOI: 10.3390/molecules27113431Occhiuto C., Aliberto G., Ingegneri M., Trombetta D., Circosta C., Smeriglio A. Comparative evaluation of the nutrients, phytochemicals, and antioxidant activity of two hempseed oils and their byproducts after cold pressing. Molecules. 2022;27(11):3431. DOI: 10.3390/molecules27113431Подольная Л.П., Асфандиярова М.Ш. Корреляционный и факторный анализ морфологических признаков диплоидных видов хлопчатника Мексики. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1999;156:70-77.Podolnaya L.P., Asfandiyarova M.Sh. Correlation and factor analysis of morphological characters in the diploid species of Mexican cotton. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1999;156:70-77. [in Russian]Попов В.С., Григорьев С.В., Илларионова К.В., Шеленга Т.В. Жирнокислотный состав масел конопли и хлопчатника и перспективы их использования в пищевой промышленности и функциональном питании. Аграрная Россия. 2019;8:9-15. DOI: 10.30906/1999-5636-2019-8-9-15Popov V.S., Grigoryev S.V., Illarionova K.V., Shelenga T.V. Fatty acid composition of hemp and cotton oils and prospects of their use in the food industries and in functional food. Agrarnaya Rossiya =Agrarian Russia. 2019;8:9-15. [in Russian]. DOI: 10.30906/1999-5636-2019-8-9-15Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1. «Сорта растений» (официальное издание). Москва: Министерство сельского хозяйства России; Госсорткомиссия; 2023.State Register for Selection Achievements Admitted for Usage (National List). Vol. 1. “Plant varieties” (official publication). Moscow: Ministry of Agriculture of Russia; Gossortkomissiya; 2023. [in Russian]ГОСТ 8989-73. Масло конопляное. Технические условия. Москва: Стандартинформ; 2011.State Standard GOST 8989-73. Hempseed oil. Specifications. Moscow: Standartinform; 2011. [in Russian]Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 024/2011. Технический регламент на масложировую продукцию (с изменениями на 23 апреля 2015 года). URL: https://docs.cntd.ru/document/902320571 [дата обращения: 24.09.2023].Technical Regulations of the Customs Union TR CU 024/2011. Technical regulations for fat and oil products (as amended on April 23, 2015). [in Russian]. URL: https://docs.cntd.ru/document/902320571 [дата обращения: 24.09.2023].

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