Biotekniikka kauran jalostuksessa. Uudet menetelmät laadun parantamiseksi

Abstract

Kauran lajikejalostuksella pyritään tuottamaan entistä satoisampia ja laadukkaampia lajikkeita. Bioteknisiä menetelmiä hyödyntämällä mahdollisuudet vastata rehu- ja elintarviketeollisuuden sekä viljelijöiden toivomuksiin paranevat. Tässä hankkeessa kehitettiin ja sovellettiin biotekniikan menetelmiä kotimaisen kauranjalostuksen tueksi. Tutkittaviksi ominaisuuksiksi valittiin kauran sisältämä terveysvaikutteinen ravintokuitu B-glukaani, rehun energia-arvon kannalta tärkeä öljypitoisuus ja viime vuosina Suomeen levinnyt kauran lehtilaikkutauti. Lisäksi tutkittiin maaperän myrkyllisen raskasmetallin kadmiumin kertymistä jyviin. Tutkimuksessa koottiin yli kuusisataa DNA-merkkiä käsittävä geenikartta käyttäen pohjoismaista kauran risteytysjälkeläistöä, joka oli muokattu solukkoviljelyssä haploidiavaiheen avulla täysin yhtenäisiksi DH-linjoiksi. Kartan avulla paikannettiin tutkittuihin ominaisuuksiin vaikuttavia geenejä. Tutkimuksessa löydettiin muun muassa seitsemän öljypitoisuuteen, kaksi B-glukaaniin ja monta lehtilaikkutautiin vaikuttavaa kromosomialuetta sekä kadmiumin kertymiseen vaikuttava suurivaikutteinen kromosomialue. Lisäksi kartoitettiin viljelyominaisuuksiin vaikuttavia geenejä. Ominaisuuteen vaikuttavan geenin lähellä sijaitsevia DNA-merkkejä voidaan käyttää näiden ominaisuuksien merkkiavusteisessa valintajalostuksessa. Geeninsiirrot mahdollistavat niin sanotun täsmäjalostuksen eli vain halutun ominaisuuden aiheuttavan geenin siirtämisen lajikkeeseen. Lisäksi voidaan ylittää lajinsisäisen luonnollisen vaihtelun mahdollisuudet käyttämällä geeniä, jota ei saada lajikkeeseen risteyttämällä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin, voidaanko kauran B-glukaanipitoisuutta nostaa siirtämällä siihen tehokkaampi -glukaanisyntaasigeeni. Tulosten perusteella suomalaisella kauranjalostuksella on käytettävissään toimiva geeninsiirtomenetelmä. Haploidijalostustekniikat, DNA-merkkiavusteinen valintajalostus ja geeninsiirtotekniikka ovat tämän päivän kauranjalostuksen ulottuvilla. Tulevaisuudessa nopeasti kehittyvät, koko genomin tutkimuksen eli genomiikan menetelmät tarjoavat lisävälineitä kaurankin ominaisuuksien periytymisen ymmärtämiseen ja jalostukseen.

Oat cultivar breeding aims at higher yields and better quality. Novel biotechnological methods give tools to breeders enabling more efficient responses to the demands of both the feed and food industries and the farmers and consumers. In this project, biotechnological methods were developed for oat cultivar breeding. The breeding aims that were chosen included: oat soluble bran -glucan, which has positive health benefits in the diet; high oil content, which increases the energy value of feed; resistance to the oat leaf blotch disease, which has spread to the Finnish fields recently; and accumulation of the poisonous heavy metal cadmium in oat grains. A genetic linkage map consisting of over six hundred DNA markers was constructed for a Nordic oat cross population, which was developed into DH lines using the anther culture technique. Genes affecting the desired traits were mapped. Two chromosomal regions related to the -glucan content, seven regions related to the oil content and several regions related to the leaf blotch disease were found. In addition, chromosomal region strongly affecting cadmium accumulation was identified. In addition, genes associated with agronomic traits were mapped. DNA markers linked closely to the gene making the effect can be used for marker assisted selection of these traits in cultivar breeding. Genetic transformation enables "targeted breeding", whereby only the desired genes are transferred to the elite cultivar. In addition, valuable genes of other species can be used. The possibilities to improve oat B-glucan content by a more efficient -glucansynthase transgene, was studied. Haploid breeding technologies, DNA-assisted selection and genetic transformation techniques are available for the oat breeding already today. In future, rapidly developing possibilities to study the whole genomes (genomics) will open up new views to understand inheritance of the traits and breed better oat cultivars.