Untersuchungen zur Proteinqualität im Winterraps (Brassica napus L.) im Hinblick auf das Cruciferin:Napin-Verhältnis unter Berücksichtigung der Aminosäurenzusammensetzung

Abstract

Mit wachsender Nachfrage nach nachhaltigen und klimaneutralen Pflanzenproteinen stellt das in großen Mengen verfügbare Protein des Rapses (Brassica napus) auch für die Deckung des Bedarfs an pflanzlichem Protein für die Humanernährung eine interessante Quelle dar. Um Erkenntnisse über die Proteinqualität in Raps zu erlangen, wurden die Speicherproteinfraktionen Cruciferin und Napin sowie die Aminosäurenzusammensetzung in einem Winterrapsdiversitätsset untersucht. Dieses Diversitätsset bestehend aus 226 Winterraps Akzessionen wurde dazu mittels Nahinfrarotreflexionspektroskopie (NIRS) zum Protein- und Ölgehalt sowie der Glucosinolatgehalt, des Erucasäuregehaltes und des Fettsäuremusters untersucht. Die Proteinfraktionen wurden mit SDS-PAGE, die Aminosäuremuster mit Hilfe von Aminosäureanalysen analysiert. Das Diversitätsset zeigte in allen Merkmalen eine vielversprechende genetische Vielfalt für weitere Züchtungsanstrengungen. Die niedrige Heritabilität und die hierdurch verursachte hohe Genotyp-Umwelt-Interaktion könnten Züchtungsbemühungen im Hinblick auf die Verbesserung der Proteinqualität behindern. Darüber hinaus wurde eine NIRS-Kalibration für die Aminosäurefraktionen von essentiellen, semi-essentiellen und nicht-essentiellen Aminosäuren für eine schnelle und zerstörungsfreie Analysemethode erstellt, um die Aminosäuregruppenmuster für zusätzliche Genotypen festzustellen. Anschließend wurden die geschätzten Werte in einer genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) verwendet, um Kenntnisse über den genetischen Hintergrund der Proteinqualität zu erlangen. Eine Kreuzvalidierung der NIRS-Kalibrierung zeigte, dass die Verwendung der NIRS-Kalibration für Zuchtentscheidungen sinnvoll sein kann, vor allem im Hinblick auf die die Extremwerte, welche hinsichtlich der Aminosäuregruppen gelten, nicht aber für die mittleren Werte. Die GWAS ergab QTL für die Merkmale Erucasäure, Glucosinolate, Napin, EAA, NEA, den Proteingehalt, den Ölgehalt, die einzelnen Aminosäuren Alanin, Glutamin, Leucin, Methionin, Isoleucin, Prolin, Serin und Threonin sowie Haploblöcke für Napin, EAA, NEA, Alanin, Arginin, Methionin, Prolin, Serin und den Proteingehalt. Darüber hinaus wurden Kandidatengene in einigen Haploblöcken und SNPs gefunden. Ein zweiter Feldversuch mit 30 Eliterapssorten der letzten 25 Jahre, welche unterschiedlicher Stickstoffdüngung unterlagen, ergab, dass neuere Sorten zu einem für die menschliche Ernährung günstigen Cruciferin:Napin-Verhältnis tendieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass bereits in den letzten Jahren eine indirekte Selektion auf im Verhältnis Napin-reichere Genotypen stattgefunden haben könnte. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass eine ausreichende genetische Diversität zur Verbesserung der Proteinqualität in Raps vorhanden ist. Da aber auch eine extrem niedrige Heritabilität und hohe Genotyp-Umwelt-Interaktion gemessen wurden, mag es sinnvoller sein, das bereits jetzt sehr hochwertige Rapsprotein der Elitesorten zu nutzen, vor allem, weil durch die immer höheren Flächenerträge auch ein erhöhter Proteinertrag generiert worden ist. Darüber hinaus wird die Etablierung der NIRS-Kalibrierung den Züchtungsprozess hin zu hochwertigen Proteinsorten in Raps vereinfachen.