Módosított életformájú és alkaloidspektrumú mák (Papaver somniferum L.) kemotípusok előállítása
Title in English
Development of poppy (Papaver somniferum L.) chemotypes of modified lyfe cycle and alkaloidspectrum
Keywords in Hungarian
mák, morfin, gyógynövénytermesztés, EU szabályozás, fajtanemesítés, fajtahasználat, export
Keywords in English
poppy, morfin, medicinal plant production, EU regulations, breeding, varieties, exportation
Discipline
Horticulture (Council of Complex Environmental Sciences)
80 %
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)
20 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Department of Medicinal and Aromatic Plants (Corvinus University of Budapest)
Participants
Bernáth, Jenő
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-01-31
Funding (in million HUF)
16.800
FTE (full time equivalent)
0.39
state
closed project
Summary in Hungarian
A mák (Papaver somniferum L.) mind elméleti, mind gyakorlati szempontból az egyik legfontosabb speciális anyagokat felhalmozó növényfajunk. Amellett, hogy magja fontos élelmiszeripari termék a világon évente mintegy 300 tonna morfint dolgoznak fel stratégiailag fontos gyógyszerkészítményekké. Az ENSZ (United Nations Convention against Illicit Traffic in Narcotic Drugs and Psychotropic Substances, 1988) – konvencióját betartva valamennyi érdekelt ország új máktermesztési és fajt alkalmazási stratégiát dolgoz ki. Pályázatunk célja ennek részeként, hogy ismerjük meg az őszi-tavaszi jelleg, illetve a magas és alacsony alkaloidtartalom öröklődésének valamint a két tulajdonság kapcsoltságának törvényszerűségeit, gyorsítsuk fel az EU-ban alkalmazott termesztés-szabályozási formákkal konform őszi-tavaszi ciklusú mákfajták előállítását. Célunk, hogy az opiátalkaloidok képződésében kulcsszerepet játszó bioszintetikus utak (tirozin enzimatikus transzformációja (S)-norkoklaurinná, (S)-retikulin enzimatikus konverziója) elágazási pontjainak működését, valamint az őszi-tavaszi ciklus kialakulását meghatározó öröklődési törvényszerűségek feltárása révén tudományosan alapozzuk meg az őszi- tavaszi ciklusú alacsony alkaloidtartalmú (0,2 mg/g-nál kisebb morfintartalmú) étkezési, valamint magas 15-20 mg/g morfintartalmú ipari fajták előállítását.
Summary
Poppy (Papaver somniferum L.) is one of the most important species from both practical and theoretical point of view, accumulating special biologically active agents. Beyond the utilization of its seeds as an important foodstuff, about 300 tonnes of its alkaloids are processed in the word to produce medicines of high strategic importance, year by year. Complying the UN Convention (United Nations Convention against Illicit Traffic in Narcotic Drugs and Psychotropic Substances, 1988) every countries, which are interested in opiate business are building up new strategy for production and utilization of new poppy cultivars. The main goal of the present project is to clear up the heritability of the autumn sown characteristics of the plants, as well as the high and low alkaloid formation potential and to accelerate the construction of new autumn-sown poppy cultivars, which can fulfil the requirements of EU regulations. Our intention is to identify the genetic regulation of the key-stone steps of alkaloid biosynthesis including transformation of tirozine to (S)-norcoclaurine, as well as conversation of (S)-reticuline to (R)-reticuline and to determine the genetic background, which plays a role in formation of autumn sown character. Based on the information we can create a scientific background for construction autumn-sown poppy cultivars accumulating very low (less than 0.2 mg), or rather high amount (15-20 mg/g) of morphine.
Final report
Results in Hungarian
Célunk az egyik legfontosabb gyógy- és élelmiszernövényünk, a mák áttelelő genotípusainak tudományosan eddig nem ismert kémiai-genetikai-élettani tulajdonságainak feltárása volt. Tíz mákfajtát/törzset és ezek F1, F2 hibridgenerációit tanulmányoztuk in vitro és szabadföldi körülmények között.
Kidolgoztunk egy reprodukálható hidegtűrési tesztprogramot az „őszi” és „tavaszi” jellegű genotípusok elkülönítésére. Megállapítottuk, hogy a fagytűrést a mákban valószínűleg dominancia hatások szabályozzák, ami F2-ben csökken. Az utódok fagytűrése a toleráns és a szenzitív szülőtől is függ. Igazoltuk, hogy hidegedzés a mákban a prolinszint növekedését indukálja, ami a fagytűrő genotípusokban erőteljesebb, de a fajták között eltérések vannak. A hidegedzés során az oldható cukrok koncentrációja is jelentősen megnő, a komponensek spektruma átalakul, de nincs szignifikáns eltérés a tavaszi illetve őszi ökotípusú fajták között. Több ezer egyedi analízis alapján összefüggéseket állapítottunk meg az alkaloidszint, ezen belül a morfin, kodein, tebain illetve narkotin öröklődésére és a vegyületek korrelációira vonatkozóan. A mák alkaloidfelhalmozódása és hidegtűrése között –klímakamrás és szabadföldi kísérletek alapján- nem igazolható határozott kapcsolat. Így célirányos nemesítéssel előállíthatók mind ipari, mind étkezési célra alkalmas, megnövekedett fagytoleranciájú genotípusok. Az előállított populációkból kiválasztottunk a fajtaelőállítás céljára perspektivikus illetve szokatlan spektrumú, tudományos szempontból érdekes vonalakat.
Results in English
Aim of the recent investigation was to clear up the chemical-genetical and physiological characteristics of the less-known overwintering ecotype of poppy, one of the most improtant medicinal and culinary plant species. We examined 10 genotypes and their F1, F2 hybrid generations under in vitro and open field conditions.
A reliable in vitro test method was established for checking the frost tolerance and distinguishing of poppy genotypes. We concluded that the regulation of winter hardiness in poppy might be under dominance genetic control which decreases in F2 generations. However, cold tolerance of poppy hybrids depends both on sensitive and tolerant parent partners. It was proved that proline level increases significantly during hardening and it is more empasized in tolerant genotypes. Nevertheless, there are differences among cultivars. The concentration and spectrum of soluble sugars also increased during hardening, but there is not a significant difference between tolerant and sensitive varieties. Based on several thousand analysis, we established conclusions on the inheritance of alkaloids and especially that of morphine, codein, thebaine and narcotine as well as their correlations. No interaction between the alkaloid accumulation and winterhardiness could be proved. Thus, both industrial nad culinary varieties of good frost tolerance can be obtained by well oriented breeding. We selected several accessions both for further breeding as well as for scientific studies.
Németh, É.- Bernáth, J.: Selection of poppy (Papaver somniferum L.) cultivars for culinary purposes., Acta Horticult. No. 826. p. 413-419., 2009
Németh, É.- Bernáth, J.- Jászberényi, Cs.: Studies on the inheritance of poppy (Papaver somniferum) alkaloids and the new cultivar ’Korona’ accumulating high concentrations of narcotine., 4th Internat. Symp. On Breeding Research of medicinal and Aromatic Plants, 17-21. Ljubljana, Book of Abstracts, p. 28., 2009
Zámboriné Németh É.- Bernáth J.- Jászberényi Cs.: Reciprok keresztezéssel, az S-retikulin átalakulásának gátlásával előállított magas narkotintartalmú Papaver somniferm fajta. Hagyomány és haladás a növénynemesítésben, ISBN 978-963-508-575-0. MTA Agrártud. Osztály növénynemesítései Bizottság. p. 547- 551., 2009
Jászberényi Cs.- Végvári Gy.- Németh É.: Az oldható cukortartalom alakulása őszi és tavaszimák (Papaver somniferum L.) ökotípusokban., Lippay János- Ormos Imre- Vas Károly Tudományos Ülésszak, 2009. Okt. 28-30. Összefoglalók p. 108-109., 2009
Jászberényi Cs.- Csontos, L.-Árvay, K.-Lukács, N.-Zámboriné N.É.: Prolin felhalmozódása őszi és tavaszi ökotípusú mákban., XVI. Növénynemesítési Napok Összefoglalói, Budapest, 2010.márc.11. MTA, p. 81, 2010
Bernáth, J.- Németh, É.: Breeding of poppy, In: Oil crop breeding- Springer Series „Handbook of Plant Breeding” (ed. Vollmann, J.- Rajcan, I.), Springer Verlag- Life sciences, New York, /In press/, 2010
Németh, É.- Bernáth, J.: Selection of poppy (Papaver somniferum L.) cultivars for culinary purposes., I. Internat. Med. and Arom. Plants Conference on Culinary Herbs., 29 April-04 May 2007, Antalya, Turkey. Book of Abstracts, p. 26., 2007
Németh É.- Bernáth, J.: Selektion von Speisemohnsorten (Papaver somniferum L.)., Tagungsband des 18. Bernburger Winterseminar, 18-21. Februar, Bernburg, Germany. p. 16., 2008
