К рыжику посевному стали относиться серьезно. Сравнительный анализ экспрессии генов, участвующих в синтезе жирных кислот, у разных сортов рыжика в новом исследовании позволил выбрать лучших кандидатов для производства лекарственного, а также промышленного рыжиковых масел.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива исследователей из Испании (Мадридский институт исследований и разработок в области сельского хозяйства, продовольствия и сельского хозяйства (IMIDRA), Университет Алькала, Университет короля Хуана Карлоса), которые в сотрудничестве с коллегами из компании Camelina Company España SL занимают селекцией рыжика посевного.
Camelina sativa (L.) Crantz, также известная как рыжик посевной, является реликтовой масличной культурой из семейства крестоцветных. Рыжик посевной произрастает в Европе и юго-западной Азии и был завезен в Америку и Канаду как загрязнитель льна. Генетическое разнообразие этой культуры берет свое начало в России и Украине.
В целом, выращивание рыжика восходит к позднему неолиту и раннему бронзовому веку, его масло использовалось для ламп, ухода за телом и в пищу в Римской империи. Его использовали в качестве топлива до 1940 года, когда его заменили более продуктивные культуры.
В настоящее время рыжик выращивается на более чем 10 000 гектаров ежегодно в Европе, причем значительная часть - в органическом земледелии, поскольку может переносить засуху и биотические стрессы и хорошо адаптируется к плохим почвам
Camelina - травянистое однолетнее растение, озимое или яровое – два биотипа, и кустистое: сначала растет в виде розетки листьев, а затем развивает стебель с многочисленными листьями и ветвями. Соцветие состоит из бледно-желтых цветков диаметром приблизительно 5–7 мм. Небольшой грушевидный стручок размером от 0,8 до 2 см имеет кончик длиной 2–3 мм и содержит около 15 овальных желтых семян, которые становятся темно-коричневыми при созревании.
C. sativa имеет предполагаемый размер генома ~782 Мб. Хотя в настоящее время это диплоидный вид (2n = 40), он произошел от гибридизации трех предковых видов Camelina и произошел от аллотетраплоидных и диплоидных субгеномов. Гибридизация субгеномов произошла быстро и недавно, подобно гибридизации рапса, хлопка или пшеницы, во время расширения сельского хозяйства 5–10 000 лет назад, так что C. sativa сохраняет некоторые черты своего гексаплоидного происхождения, такие как наличие трех копий для большинства генов.
Масло рыжика, традиционно используемое в народной медицине для лечения ран и ожогов, в последнее время привлекло внимание из-за своего состава, что делает его пригодным для использования в пищевых продуктах, кормах и биотопливе.
Оно содержит незаменимые жирные кислоты, среди которых линолевые, которые связаны со снижением риска коронарных болезней сердца и воспалительных заболеваний. Масло также включает олеиновую кислоту, эйкозеновую кислоту и второстепенные жирные кислоты, такие как пальмитиновая стеариновая и эруковая.
Уровень эруковой кислоты в масле намного ниже, чем в других масличных семенах, таких как рапсовое масло (50%), за исключением семян канолы, которые были генетически отобраны для низкого содержания эуриновой кислоты.
Масло рыжика содержит высокий процент ненасыщенных жирных кислот (НЖК) (83–89%) и значительные антиоксиданты, такие как α-токоферол (0,26–0,39 мг/кг), γ-токоферол (0,26–0,39 мг/кг) и витамин E (202–234 мг/кг), которые повышают его устойчивость к окислительной дегенерации и увеличивают срок его хранения.
Кроме того, его фитостероловый состав, включая β-ситостерол (9,72–48,11%), предлагает потенциальную профилактику рака и противовоспалительные преимущества.
«Однако состав жирных кислот рыжикового масла все еще поддается существенному улучшению, поскольку эта культура не подвергалась обширной селекции из-за ее отказа от выращивания в прошлом веке. В результате в настоящее время существует очень ограниченное количество подходящих сортов», - подчеркивают авторы работы.
Экспрессия генов, связанная с синтезом жирных кислот, была тщательно изучена у нескольких видов растений, включая рапс, рис, оливу, арахис, лен и Arabidopsis thaliana, филогенетически близкий модельный вид Camelina sativa. Эти исследования охватывают анализ экспрессии отдельных генов и глобальные исследования с использованием передовых методов, таких как РНК-Seq.
Однако лишь немногие исследования изучали экспрессию этих генов как инструмент для выявления сортов с потенциалом для генетического улучшения.
Фактический состав жирных кислот семян во многом зависит от экспрессии генов, кодирующих ферменты, модифицирующие жирные кислоты.
Особый интерес для исследования рыжика представляют десатуразы (ADS1, ADS2, FAB2a, FAB2b, FAB2c, FAD2, FAD3, FAD6, FAD7, FAD8 и SLD) и элонгазы (FAB1 и FAE1). Эти ферменты вводят двойные связи и удлиняют цепи жирных кислот, генерируя МНЖК (мононенасыщенные жирные кислоты) из насыщенных жирных кислот (НЖК) и полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) из МНЖК.
Пищевая промышленность требует масел, богатых полезными НЖК, МНЖК и ПНЖК, такими как олеиновая кислота, линолевая кислота (ЛК, Ω-6) и α-линоленовая кислота (АЛК, Ω-3). Масло рыжика имеет очень полезное соотношение Ω-3 к Ω-6 жирным кислотам 2:1, что делает его отличным выбором для укрепления здоровья при употреблении в сыром виде. Оно подходит для пищевых продуктов и кормов, включая нутрицевтические и фармацевтические цели.
Ученые проанализировали экспрессию семи ключевых ферментов, участвующих в биосинтезе жирных кислот, в девяти образцах C. sativa на трех стадиях развития стручка, используя высокоэффективные анализы qRT-PCR, разработанные для целевых генов и нормализующего контроля. Информация о выбранных сортах является предметом защиты интеллектуальной собственности и не может быть раскрыта на данном этапе, однако, исследование определяет сорта, которые особенно заслуживают дальнейшего изучения.
«Результаты подчеркивают сложную регуляцию генов, участвующих в синтезе жирных кислот, контролируемую как развитием стручков, так и генетическим фоном. Повышенная экспрессия FAE1 и FAD3 в определенных сортах предполагает потенциальное применение в селекционных программах, направленных на улучшение качества масла. Кроме того, наблюдаемая межсортовая изменчивость дает ценную возможность разрабатывать сорта, адаптированные к определенным условиям окружающей среды или с улучшенными липидными профилями», - сообщают авторы исследования.
Сорт, обозначенный V18 показал самую высокую экспрессию FAB2c, FAD2 и FAD3, которые связаны с синтезом ПНЖК, что делает его пригодным для производства полезных пищевых масел. И аналогичным образом был оценен сорт V1, который демонстрирует относительно высокую экспрессию FAB1 и FAB2c.
V14 и V7 показали повышенную экспрессию FAB2a и FAD2, участвующих в накоплении НЖК и МНЖК, что может сделать их пригодными для промышленного производства материалов.
Такие сорта, как V18 и V14, могут быть оптимальными для биотоплива и технических отраслей промышленности из-за их потенциальной способности синтезировать длинноцепочечные и насыщенные жирные кислоты. Напротив, V1 и V18 выделяются для пищевых применений из-за их высокой экспрессии генов, связанных со здоровыми жирными кислотами.
V18 представляется особенно многообещающим, поскольку демонстрирует экспрессию генов, связанных с биосинтезом кислот, которые имеют значение для пищевых продуктов, биотоплива и промышленного применения. Эти результаты вместе с разработанными анализами qRT-PCR предоставляют ценные инструменты для выбора сортов Camelina с оптимизированными генетическими профилями, подчеркивая потенциал использования естественного транскрипционного разнообразия для улучшения урожая.
«Результаты показывают, что экспрессия генов в стручках обусловлена как стадиями развития, так и генетическим фоном, при этом значительные взаимодействия наблюдаются в экспрессии ADS2, FAD2, FAD3 и FAE1. Поздние стадии развития стручка в целом соответствуют повышенной экспрессии генов биосинтеза, что согласуется со временем накопления масла в развивающихся семенах. Выраженные пики экспрессии, наблюдаемые в V18 по нескольким генам, указывают на повышенную экспрессию генов в зрелых стручках; однако необходимы дальнейшие исследования для выяснения основного регуляторного механизма. Точные и эффективные анализы q-RT-PCR, разработанные здесь, предоставляют ценные молекулярные ресурсы для будущих исследований. Учитывая ограниченную историю разведения Camelina, такие молекулярные идеи необходимы для ускорения развития сортов, которые соответствуют агрономическим и промышленным требованиям», - заключили авторы работы.
По статье группы авторов (Элиза Гомес, Грегорио Уэрос, Дэвид Мостаза-Коладо, Анибаль Капуано, Мерседес Ускола, Педро В. Маури), опубликованной в журнале Agriculture 2025 на портале www.mdpi.com. Фото принадлежит группе указанных авторов.