Влияние генотипа и погодных условий Северо-Западного региона РФ на жирнокислотный состав масла семян льна (Linum usitatissimum L.)

Лен – одна из основных масличных культур, посевы которой в последние годы значительно расширились, в том числе на территории с более суровым климатом. Для устойчивого получения высоких урожаев надлежащего качества необходим анализ влияния новых условий на потребительские свойства получаемой продукции. В работе проанализировано влияние погодных условий Северо-Запада РФ на жирнокислотный состав масла различных сортов масличного льна. Методом газовой хроматографии проанализировано содержание 16 жирных кислот у 20 сортов и линий из коллекции ВИР, выращенных в Ленинградской области в 2016-2018 годах и характеризующихся различным происхождением и разным составом масла. Установлено, что генотип практически не влияет на содержание в зрелых семенах короткоцепочечных минорных кислот (до С14), а также элаидиновой кислоты. При этом засуха сокращает их долю в масле вплоть до полного отсутствия. Количество длинноцепочечных кислот зависит как от генотипа, так и от условий выращивания. Доля линолевой и линоленовой кислот практически полностью определяется генотипом. В то же время нами подтверждены данные других авторов о том, что понижение температуры воздуха приводит к уменьшению доли олеиновой кислоты и увеличению доли линоленовой. Однако это справедливо только для сортов, содержащих большое количество линоленовой кислоты, то есть несущих доминантные аллели генов FAD3A и FAD3B, контролирующих последний этап десатурации жирных кислот у льна.

1. Banik M., Duguid S., Cloutier S. Transcript profiling and gene characterization of three fatty acid desaturase genes in high, moderate, and low linolenic acid genotypes of flax (Linum usitatissimum L.) and their role in linolenic acid accumulation. Genome. 2011;54:471-483. DOI: 10.1139/g11-013

2. Брач Н.Б., Пороховинова Е.А., Шеленга Т.В. Инновационные возможности селекции масличного льна, ориентированной на различный состав масла. Достижения науки и техники АПК. 2016;30(6):5-8.

3. Cunnane S. Metabolism and function of α-linolenic acid in humans. In: Cunnane S. Flax seed in human nutrition. Champaing, USA: AOCS Press; 1995. p. 99-127.

4. Dar A.A., Choudhury A.R., Kancharla P.K., Arumugam N. The FAD2 gene in plants: occurrence, regulation, and role. Frontiers in Plant Science. 2017;8:1789. DOI: 10.3389/fpls.2017.01789

5. Durrett T.P., Benning C., Ohlrogge J. Plant triacylglycerols as feedstocks for the production of biofuels. The Plant Journal. 2008;54(4):593-607. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03442.x

6. Fofana B., Cloutier S., Duguid S., Ching J., Rampitsch C. Gene expression of stearoyl-ACP desaturase and delta12 fatty acid desaturase 2 is modulated during seed development of flax (Linum usitatissimum). Lipids. 2006;41(7):705-712. DOI: 10.1007/s11745-006-5021-x

7. Гаврилова В.А., Брач Н.Б., Дубовская А.Г., Конькова Н.Г., Пороховинова Е.А. Генетические и селекционные аспекты, определяющие качество семян, масла и шрота льна, подсолнечника, рапса и рыжика. В кн.: Масложировая индустрия – 2005: факторы, определяющие качество масложировых продуктов (Maslozhirovaya industriya – 2005: faktory, opredelyayushchiye kachestvo maslozhirovykh produktov): материалы докладов 5-ой Международной конференции; 19-20 октября 2005 г.; Санкт-Петербург, Россия. Санкт-Петербург; 2005. С.20-22.

8. Gavrilova V., Shelenga T., Porokhovinova E., Dubovskaya A., Konkova N., Grigoryev S., Podolnaya L., Konarev A., Yakusheva T., Kishlyan N., Pavlov A., Brutch N. The diversity of fatty acid composition in traditional and rare oil crops cultivated in Russia. Biological Communications 2020;65(1):68–81. DOI: 10.21638/spbu03.2020.106

9. Green A. Genetic control of polyunsaturated fatty acid biosynthesis in flax (Linum usitatissimum) seed oil. Theoretical and Applied Genetics. 1986;72(5):654-661. DOI: 10.1007/BF00289004

10. Григорьев С.В., Илларионова К.В., Подольная Л.П., Шеленга Т.В. Использование метода главных компонент в ранжировании образцов конопли посевной Cannabis sativa L. по жирнокислотному составу масла для ускорения селекции. Биотехнология и селекция растений. 2023;6(4):6-13. DOI: 10.30901/2658-6266-2023-4-o2

11. Hatanaka T., Yamamoto N., Araki R., Kishigami M., Nakamoto T., Masumura T., Sugimoto T. Fatty acid compositions of triacylglycerols in flax (Linum usitatissimum L.) seeds with varied seeding dates and nitrogen fertilization in a temperate region of Japan. Soil science and plant nutrition 2021;67(3):269–276. DOI: 10.1080/00380768.2021.1908093

12. Khadake R.M., Ranjekar P.K., Harsulkar A.M. Cloning of a novel omega-6 desaturase from flax (Linum usitatissimum L.) and its functional analysis in Saccharomyces cerevisiae. Molecular Biotechnology. 2009;42(2):168-174. DOI: 10.1007/s12033-009-9150-3

13. Krasowska A., Dziakowiec D., Polinceusz A., Plonka A., Lukaszewicz M. Cloning of flax oleic fatty acid desaturase and its expression in yeast. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 2007;84(9):809-816. DOI: 10.1007/s11746-007-1106-9

14. Кутузова С.Н., Питько А.Г. Методические указания по изучению коллекции льна (Linum usitatissimum L.). Ленинград: ВИР; 1988.

15. Menard G.N., Moreno J.M., Bryant F.M., Munoz-Azcarate O., Kelly A.A., Hassani-Pak K., Kurup S., Eastmond P.J. Genome wide analysis of fatty acid desaturation and its response to temperature. Plant Physiology. 2017;173(3):1594-1605. DOI: 10.1104/pp.16.01907

16. Nikolau B.J., Ohlrogge J.B., Wurtele E.S. Plant biotin-containing carboxylases. Archives of Biochemistry and Biophysics. 2003;414(2):211-222. DOI: 10.1016/S0003-9861(03)00156-5

17. Попова Г.А., Рогальская Н.Б., Князева Н.В., Трофимова В.М., Шеленга Т.В., Пороховинова Е.А., Брач Н.Б. Влияние погодных условий разных лет на биохимический состав масла льна. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(3):91-100. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-3-91-100

18. Porokhovinova E.A., Shelenga T.V., Matveeva T.V., Pavlov A.V., Grigorieva E.A., Brutch N.B. Polymorphism of genes controlling low level of linolenic acid in lines from VIR flax genetic collection. Ecological Genetics. 2019;17(2):5-19. DOI: 10.17816/ecogen1725-19

19. Radovanovic N., Thambugal D., Duguid S., Loewen E, Cloutier S. Functional characterization of flax fatty acid desaturase FAD2 and FAD3 isoforms expressed in yeast reveals a broad diversity in activity. Molecular Biotechnology, 2014;56(7):609-20. DOI: 10.1007/s12033-014-9737-1

20. Rajwade A.V., Kadoo N.Y., Borikar S.P., Harsulkar A.M., Ghorpade P.B., Gupta V.S. Differential transcriptional activity of SAD, FAD2 and FAD3 desaturase genes in developing seeds of linseed contributes to varietal variation in α-linolenic acid content. Phytochemistry. 2014;98(2):41-53. DOI: 10.1016/j.phytochem.2013.12.002

21. Somerville C.R., Browse J., Jaworski J.C., Ohlrogge J. Lipids. In: B.D. Buchanan, W. Gruissem, R.L. Jones (eds). Biochemistry and Molecular Biology of Plants. Rockville, MD: American Society of Plant Physiologists; 2000. p.456-526.

22. Tai H., Jaworski J.G. 3-Ketoacylacyl carrier protein synthase III from spinach (Spinacia oleracea) is not similar to other condensing enzymes of fatty acid synthase. Plant Physiology. 1993;103(4):1361-1367. DOI: 10.1104/pp.103.4.1361

23. Teixeira M.C., Carvalho I.S., Brodelius M. Omega-3 fatty acid desaturase genes isolated from purslane (Portulaca oleracea L.): expression in different tissues and response to cold and wound stress. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2010;58(3):1870-1877. DOI: 10.1021/jf902684v

24. Teixeira M.C., Coelho N., Olsson M.E., Brodelius P.E., Carvalho I.S., Brodelius M. Molecular cloning and expression analysis of three omega-6 desaturase genes from purslane (Portulaca oleracea L.). Biotechnology Letters. 2009;31(7):1089-1101. DOI: 10.1007/s10529-009-9956-x

25. Tejklova E., Bjelkova M., Pavelek M. Medum-linolenic linseed (Linum usitatissimum L.) Raciol. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2011;47(3):128-130. DOI: 10.17221/96/2011-CJGPB

26. Thambugala D., Cloutier S. Fatty acid composition and desaturase gene expression in flax (Linum usitatissimum L.). Journal of Applied Genetics. 2014;55(4):423-432. DOI: 10.1007/s13353-014-0222-0

27. Thambugala D., Duguid S., Loewen E., Rowland G., Booker H., You F.M., Cloutier S. Genetic variation of six desaturase genes in flax and their impact on fatty acid composition. Theoretical and Applied Genetics. 2013;126(10):2627-2641. DOI: 10.1007/s00122-013-2161-2

28. Vega S.E., del Rio A.H., Bamberg J.B., Palta J.P. Evidence for the up-regulation of stearoyl-ACP (Δ9) desaturase gene expression during cold acclimation. American Journal of Potato Research. 2004;81(2):125-135. DOI: 10.1007/BF02853610

29. Vrinten P, Hu Z., Munchinsky M.A., Rowland G., Qiu X. Two FAD3 desaturase genes control the level of linolenic acid in flax seed. Plant Physiology. 2005;139(1):79-87. DOI: 10.1104/pp.105.064451

30. You F., Li P., Kumar S., Ragupathy R., Li Z., Fu Y., Cloutie S. Genome-wide identification and characterization of the gene families controlling fatty acid biosynthesis in flax (Linum usitatissimum L). Journal of Proteomics Bioinformation. 2014;7:310-326. DOI: 10.4172/jpb.1000334