Svraštělá semena jsou výsledkem mutací v lokusu rugosus (rugosus = vrásčitý), který se označuje jako r a o kterém je známo, že se podílí na syntéze škrobu.
WHITE (1917) symbolizoval gen „tvaru semene“ znakem R. Kulatý = RR, vrásčitý = rr. KAPPERT (1914) udává, že tento gen neurčuje pouze tvar semene, nýbrž také tvar škrobových jader (oválná nebo kulatá) a rozdíly v obsahu cukru u hrachu se svraštělými semeny a u hrachu se semeny kulatými.
KELLENBERGER (1951) zjistil genetickými metodami, že gen R ovlivňuje vedle znaků uvedených KAPPERTEM (1914) také obsah škrobu i obsah amylózy v něm obsažené. Přítomnost genu r snižuje obsah škrobu asi na 35 % a zvyšuje obsah N-látek asi na 26 % a tuků na 3,5 %. Přítomnost genu nazývaného rb umožňuje sekundární svraštění a je také příčinou změny složení škrobu suchých semen. Vyvolává snížení podílu škrobu asi na 36 % a růst obsahu N-látek na 27 % a tuků na 4,5 %. Dále mutace v rb lokusu mění složení škrobu, v tomto případě je zastoupení amylózy ve škrobu sníženo asi na 23 % a obsah amylopektinu se zvýší asi na 77 %. Suché zralé semeno hrachu, které obsahuje obě mutace lokusů r a rb, je také svraštělé a obsah škrobu je snížen asi na 24 % a obsah N-látek a tuků se zvyšuje asi na 28 % a 5 % (WANG a HEDLEY, 1991).
KOOISTRA (1962), který pojednával ve svém genetickém výzkumu o již výše zmiňovaném třetím, intermediárním typu hrachu (tzv. americkém hrachu), předpokládal na základě výsledků svých prací účinek dvou genů (Ra a Rb) na utváření škrobu.
Obsah škrobu je ovlivňován počtem přítomných dominantních genů (Ra. Rb. = vysoký obsah škrobu, cca. 45–55 %, hrách s kulatými semeny). Pokud se vyskytuje jeden z genů v dominantním nebo recesivním postavení (raraRb. nebo Ra.rbrb), jsou semena hrachu svraštělá a mají střední obsah škrobu (cca. 30–35 %). Při zdvojené recesivitě (rararbrb) klesá obsah škrobu na minimum (cca. 20–25 %) a semena mají svraštělý povrch.
Při sledování znaku obsah amylózy připisuje KOOISTRA (1962) genům Ra a Rb následný vliv. Ra snižuje obsah amylózy o koeficient 0,57. Rb zvyšuje obsah amylózy o koeficient 1,53. Pokud budeme předpokládat u výchozího typu se dvěma homozygotně recesivními geny (rararbrb) obsah amylózy 60 %, potom by dosahoval genotyp typu RaRarbrb jen 34,2 % amylózy, zatímco genotyp typu raraRbRb by mohl potencionálně dosáhnout 91,8 % amylózy. Celkový obsah škrobu by ovšem nepřesáhl 35 %. Na základě těchto genetických analýz se zdá nemožné vyšlechtit odrůdu hrachu s kulatými semeny, s vysokým obsahem škrobu a současně s vysokým obsahem amylózy (SCHRÖDER, 1987).
Na podkladě sekvenčních analýz (BHATTACHARYYA et. al. 1990) bylo prokázáno, že u Mendelem zkoumaného genotypu hrachu se svraštělými semeny došlo k mutaci genové lokalizace pro alelu RR (typ kulatých semen), případně rr (typ svraštělých semen) transpozonově podobnou inzercí („Ips – r“ = Insertion pisum sativum na genové lokalizaci r), čímž došlo k výpadku osmi set párů bazí (0,8 Kb) případně 61 aminokyselin, které „kódují“ větvící enzym SBEI. Transpozon typu DS je alespoň na svých křídlech podobný transpozonu AC, který již byl izolován z kukuřice jako „skákající gen“. Výpadek aktivních substancí je právě příčinou nehybnosti DS transpozonu, takže spontánní mutace, která je předpokladem zvýšené tvorby amylózy u hrachu se svraštělým povrchem semen, musí být posuzována jako relativně stabilní.
Protože je výstavba amylopektinu nejefektivnějším způsobem tvorby škrobu zrnin, nemůže hrách se svraštělým povrchem semen, bohatý na amylózu, díky výpadku jedné nebo obou potřebných SBEI – Isoforem (SMITH, 1988) poskytovat stejné množství celkového škrobu (cca 30–35 %) jako hrách s kulatými semeny (cca 50–55 %).
Nové studie molekulární biologie a biochemie genů r a rb ukazují, jak produkty těchto genů hrají důležitou úlohu při biosyntéze škrobu. Předpokládá se, že cesta tvorby škrobu v semeni hrachu je tvořena třemi kroky, které katalyzují tři enzymy:
- ADP–glukózodifosforyláza
- škrobová syntáza
- starch branching enzym – SBE
SBE a škrobová syntáza existují v rozmanitých formách, kdežto ADP–glukózodifosforyláza má dva páry podjednotek vyžadujících produkci více než jednoho polypeptidu a je kódována více než jedním genem umožňujícím indukci velkého počtu rozdílných mutantů přímo blokovaných v biosyntéze škrobu.
Reference:
BHATTACHARYYA, M., K., SMITH, A., M., NOEL ELLIS, T., H., HEDLEY, C. a MARTIN C.: The wrinkled – seed character of pea described by Mendel is caused by a transpozon – like insertion in a gene encoding starch – branching enzyme. Cell, Vol. 60, 1990, 115–122.
KAPPERT, H.: Untersuchungen an Mark – und Zuckererbsen und ihren Bastarden. Diss. Universität Münster, 1914.
KELLENBERGER, S.: Inheritance of starch content and amylose content of the starch in peas (Pisum sat.) Agron. J. 43, 1951, 337–340.
KOOISTRA, E.: On the differences between smooth and three types of wrinkled peas. Euphytica 11, 1962, 357–373.
SCHRÖDER, G.: Aufbau von basispopulationen mit hohen amylosegehalt bei erbsen. GFP – Forschungsauftrag öe 37/87 NR, 1. Zwischenbericht, 1987. SMITH, A. M.: Major differences in isoforms of starch – branching enzyme between developping embryos of round– and wrinkled– seeded peas (Pisum sat. L.) Planta 175, 1988, 270–279.
WANG, T. L. a HEDLEY, C. L.: Seed development in peas: knowing your three ‘r’s’ (or four or five). Seed Science Research, 1, 1991, 3–14.
WHITE, O. E.: Studies of inheritance in Pisum. II. Proc. Amer. Philos. Sci. 56, 1917, 487–588.