Genotypic and phenotypic analysis of the allelic diversity in candidate genes for oil content in exotic plant materials of rapeseed (Brassica napus L.)

Durch eine Erhöhung der Diversität in Kandidatengenen für Ölgehalt könnten sich neue Ansätze zur Erhöhung des Ölgehalts ergeben (Osborn et al., 2007; Würschum et al., 2013). Im Rahmen dieser Arbeit wurde die allele Diversität auf der Basis von DNA-Sequenzen in einer großen Anzahl von Kandidatengenloci für Ölgehalt in exotischem Rapsmaterial (Sommerrapssorten, chinesische Rapssorten und Resynthesen) im Vergleich zu Winterraps untersucht. Viele Allele wurden exklusiv in den exotischen Genotypen aufgefunden (neue Allele). Die höchste Anzahl an neuen Allelen wurde in der Resynthese “MOY4“ (Brassica rapa var. trilocularis x Brassica montana) entdeckt. Viele der Allele wiesen SNP, die zu Aminosäureaustauschen führen, sowie InDel im kodierenden Bereich der untersuchten Kandidatengenloci auf. Einige dieser Polymorphismen konnten sogar Bereichen von Proteindomänen zugeordnet werden. Im Großen und Ganzen konnte in der durchgeführten Diversitätsstudie gezeigt werden, dass die untersuchten exotischen Genotypen genutzt werden können, um die allele Diversität in Kandidatengenen für Ölgehalt zu erhöhen. Zudem weist die relativ hohe Anzahl an nicht stillen Polymorphismen in den kodierenden Bereichen der verschiedenen Kandidatengenloci darauf hin, dass einige aufgefundene Allele den Ölgehalt beeinflussen könnten. Um einen möglichen positiven Einfluss von neuen Allelen in Kandidatengenen für Ölgehalt auf den Ölgehalt zu testen, wurden diese in spaltenden F2-Populationen an jeweils drei verschiedenen Standorten untersucht. In diesem Versuch wurden neue Allele, die in der durchgeführten Diversitätsstudie entdeckt wurden, sowie neue Allele, welche bereits in dem vorigen GABI BRIDGE Projekt aufgefunden wurden, mittels Varianzanalyse auf eine Auswirkung auf den Ölgehalt getestet. In einzelnen Populationen konnten signifikante Geneffekte auf den 87 Ölgehalt an drei verschiedenen Kandidatengenloci ermittelt werden: S13 (Kandidatengen KAS III), K48 (Kandidatengen PKP2), L65 (Kandidatengen LEC2). Einzel-Locus-Genotyp x Umweltinteraktionen mit einem signifikanten Effekt auf Ölgehalt wurden an sechs Kandidatengenloci inklusive S13 von KAS III aufgefunden. Diese aufgefundenen signifikanten Effekte auf den Ölgehalt können als deutlicher Hinweis auf die Wichtigkeit der untersuchten Loci beziehungsweise des Alleles auf den Ölgehalt interpretiert werden.

Novel alleles in genes for oil content can entails the possibility for new approaches to positively influence the oil content in rape seed (Osborn et al., 2007; Würschum et al., 2013; Jesske et al., 2013a). In this study, the allelic diversity of a large number of candidate gene loci for oil content has been analyzed on the DNA sequence level in a broad set of exotic rapeseed materials represented by Chinese, spring and resynthesized rapeseed and has been compared to current winter rapeseed breeding materials. Many alleles have been observed that were specific to the exotic genotypes. The highest number of novel alleles was detected in a resynthesized rapeseed out of “Yellow Sarson” (Brassica rapa var. trilocularis, A-genome) and Brassica montana (C-genome). Many of the detected alleles showed non-silent SNPs and InDels in coding regions of the analyzed candidate gene loci. Some of these polymorphisms even were found to be located in protein domain regions. These results indicate that some of the detected alleles may influence the oil content. To test a possible influence on oil content, novel alleles detected in the diversity study as well as novel alleles detected in the earlier GABI BRIDGE project have been tested in segregating F2 populations at three different locations, respectively. Significant gene effects on oil content were detected at three candidate gene loci, S13 of KAS III, K48 of PKP2 and L65 of LEC2 in one population each. Single locus genotype x environment interaction affecting oil content was significant at six candidate gene loci, including the candidate gene locus S13 of KAS III. These significant effects on oil content can be seen as a strong indicator for the importance of the observed locus respectively the allele with regard to oil content.