Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | Selektion auf Methioninreichtum bei heimischen Leguminosen (Vicia faba, Pisum sativum und Lupinus angustifolius) |
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| Beschreibung (dt.): | In dem vorliegenden Vorhaben sollen erste Schritte unternommen werden, die Methioningehalte der heimischen Leguminosenarten Vicia faba, Pisum sativum und Lupinus angustifolius zu verbessern. Hierzu soll ein bei Sojabohnen bereits erfolgreich verlaufenes Verfahren der Selektion auf Methioninreichtum bei den genannten Leguminosenarten angewandt und etabliert werden. Zunächst soll die Variationsbreite der Aminosäurezusammensetzung von 50 Genotypen je Leguminosenart anhand von HPLC-Messungen erfasst werden. Im zweiten Schritt sollen Methoden entwickelt werden, mit denen eine frühzeitige Selektion auf methioninreiche Linien möglich ist. Hierzu gehört die Entwicklung eines phänotypischen Selektionsverfahrens und eines Labortestes für methioninreiche Genotypen. Im letzten Schritt werden die entwickelten Methoden angewandt, um gezielt aussichtsreiche Linien zu selektieren und zu vermehren. Somit wird die Grundlage für die weitere ökologische Vermehrung und Züchtung geschaffen. Die Ergebnisse der Arbeiten dienen dazu, der praktischen Pflanzenzüchtung Wege aufzuzei-gen, heimische Leguminosen gezielt auf den wertgebenden Inhaltsstoff Methionin zu selektieren und den Futterwert betriebseigener Futtermittel zu steigern. |
| Ergebnis (dt.): | Im Projekt wurden phänotyische Selektionskriterien zur Identifizierung von Leguminosenpflanzen (Vicia faba, Pisum sativum und Lupinus angustifolius) mit methioninreichem Samen bzw. Samenprotein eingesetzt (nach Imsande 2001). Die Selektion erfolgte an Mx-Generationen EMS behandelter Pflanzen anhand des Chlorophyllgehaltes der Blätter und der Keimwurzellänge in einer Ethioninlösung (Et-Test). Der Methioningehalt der Samen sollte anhand der Schwefelgehalte eingestuft werden. Der im Projekt alternativ entwickelte bakterielle Schnelltest zur Messung der Methioningehalte im Samenprotein erreichte noch keine ausreichende Genauigkeit. Zwischen den Chlorophyllgehalten der Blätter und den Methionin- oder Schwefelgehalten in den Samen der Pflanzen konnte kein belastbarer Zusammenhang ermittelt werden. Im Et-Test konnten bei L. angustifolius im Mittel signifikant höhere relative Methioningehalte (g/16g N) in den Samen der selektierten Pflanzen gegenüber den Kontrollpflanzen festgestellt werden. Bei den übrigen untersuchten Pflanzenarten gelang dies nicht. Bei P. sativum lagen bei den im Et-Test als potentiell methioninreich selektierten Pflanzen bei hohen absoluten Methioningehalten (g/kg) gleichzeitig auch oft hohe S-Gehalte in den Samen vor. Die Methodik des Et-Tests wurde im Projekt erfolgreich entwickelt, jedoch ist die vorliegende Probenzahl für eine abschließende Bewertung der Methodik zu gering. Bei den Untersuchungen zur regulatorischen Funktion vom freiem, zellulären Methionin auf die Protein- und Genexpression der Pflanzen konnte eine Reduktion der allgemeinen Proteinexpression in Gegenwart von 1mM Methionin festgestellt werden. Ein Zusammenhang zwischen Methioningehalt und Chlorophyllbiosynthese konnte nicht bestätigt werden. Anhand der Aminosäurezusammensetzung in den Samen eines Leguminosensortiments (je Art 27-50 Sorten) konnte die aus der Literatur bekannte negative Korrelation zwischen Rohproteingehalt und relativem Methioningehalt bestätigt werden. Die Methioningehalte zeigten mit 12-22% (g/16gN) bzw. 16-24% (g/kg) positiver Abweichung vom Mittelwert eine hohe Variabilität des Merkmals. Die Züchtung von methioninreichen Körnerleguminosen erscheint bereits auf Basis der natürlichen Variabilität der Gehalte mit dem bestehenden Sortiment durchaus erfolgversprechend. Empfehlenswert wäre dazu eine breitangelegte Selektion von Einzelpflanzen aus bestehenden Sorten und Linien nach exakt bestimmten Aminosäuregehalten (z. B. NIR) im Samen. |
| Ergebnis (engl.): | Phenotypic criteria for the selection of grain legumes (Vicia faba, Pisum sativum and Lupinus angustifolius) with elevated methionine contents in seeds or seed protein were evaluated. After mutagenic treatment with EMS plants from Mx generations were selected according to leaf chlorophyll contents and radicle length growth in an ethionine solution (Et-test). The methionine content of the seeds should be classified according to the total sulphur content (acc. to Imsande 2001). As an alternative method to measure the methionine content in the seed protein a bioassay was developed as part of the project but it did not reach sufficient accuracy. No resilient correlation between the chlorophyll content of leaves and the methionine or sulfur contents of seeds could be found. In the Et-test the average relative methionine content (g/16g N) in seeds of selected L. angustifolius plants was significantly higher than in control plants. For the other plant species no accordant differences were found. In seeds from P. sativum plants, which were selected as potentially methionine-rich from the Et-test, high absolute seed-methionine (g/kg) contents were often paired with high absolute sulphur contents. The methodology of the Et-test was successfully developed in the project, but the present number of analysed samples is too small for a final evaluation of the methodology. Regarding the regulatory function of free cellular methionine on protein and gene expression of plants, a reduction of general protein expression in the presence of 1 mM methionine was found. An assumed link between methionine and chlorophyll biosynthesis could not be confirmed. Based on the amino acid composition in seeds of a legume sample (27-50 varieties per species) a negative correlation between the seed protein content and relative methionine content that is known from literature could be confirmed. The varieties showed a high variability in the methionine content with a positive deviation of 12-22 % (g/16gN) or 16-24% (g/kg) from the sample mean. The production of methionine enriched grain legumes seems already feasible on basis of the natural variability of the varieties. For this purpose a broad selection of individual plants from the existing varieties and inbredlines according to exactly determined amino acid contents (e. g. NIR) of the seeds would be recommended. |
| Laufzeit: | Beginn: 01.04.2008 / Ende: 31.12.2010 |
| Ausf. Einrichtung: | Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für ökologischen Landbau, Westerau |
| Themenfelder: | Pflanzenzüchtung, plant breeding |
| Förderprogramme: | Bundesprogramm ökologischer Landbau |
| Schlagworte: | Ökologischer Landbau, organic farming, Pflanzenbau, crop production, Futtermittel, animal feed, Erbse, pea, Bohne, bean, Lupine, lupin |
| Förderkennzeichen: | 2805OE024 |
| Dokument zum Download: | Schlussbericht 05OE024.pdf (5,4 MB) |
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