Assessment of Mineral Content Variations for Biofortification of the Bean Seed

Germplasm collections are very important for breeder to develop new cultivars with high mineral nutrients and yield. Eighty-three Phaseolus landraces were collected from different provinces of Western Anatolia Region of Turkey in 2015-2016. Twenty common bean lines were selected according to morphological characterization results and weighted scaling method in 2016. Phosphorus (P), potassium (K), copper (Cu), zinc (Zn), manganese (Mn), iron (Fe), calcium (Ca), and magnesium (Mg) contents of these twenty common bean lines and two commercial cultivars were tested under field conditions. Randomized block design with three replicates was used for analysis in 2017 growing season on the experimental farm of Bolu Abant Izzet Baysal University. The results showed high level of variation among lines and cultivars in terms of P (0.94-1.30%), K (2.38-3.59%), Cu (7.80-14.80 mg kg-1), Zn (19.74-66.68 mg kg-1), Mn (7.46-27.25 mg kg-1), Fe (48.98-182.45 mg kg-1), Ca (0.18-0.48 mg kg-1) and Mg (0.56-0.71 mg kg-1) contents. Positive correlations were found between K and Zn (r=0.447; P<0.05), P and Fe (r=0.485; P<0.05), Ca and Mg (r=0.693; P<0.01). In principal component analysis (PCA), the first 4 principal components accounted for approximately 73% of the total variability. The lines, Ylv-14, Ylv-32, Blck-7, Blksr-3 and Brs-22 had superior mineral contents for Fe and P, Cu and Mn, Ca and Mg, Zn, and K, respectively. Therefore, these lines represent promising candidates for biofortifying the bean seed and can be registered as cultivars in Turkey. Moreover, these lines will be used further for identifying the QTL regions by developing biparental mapping populations for an effective breeding program in Turkey in near future.

Fasulye Tohumunun Biyofortifikasyonu için Mineral İçerik Vasyasyonlarının Değerlendirilmesi

Genetik kaynaklar ıslahçıların yüksek verim ve mineral içeriğine sahip yeni çeşitler geliştirebilmesi için çok önemlidir. 2015-2016 yılları arasında Türkiye’nin Batı Anadolu bölgesinin farklı bölgelerinden seksen üç Phaseolus populasyonu toplanmıştır. Morfolojik karakterizasyon sonuçları ve tartılı derecelendirmeye göre yirmi fasulye hattı 2016 yılında seçilmiştir. Yirmi fasulye hattının ve iki ticari çeşidin fosfor, potasyum, bakır, çinko, mangan, demir, kalsiyum ve magnezyum içerikleri tarla koşullarında test edilmiştir. Deneme 2017 yılı yetiştirme periyodunda Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi, Araştırma ve Uygulama Alanı’nda tesadüf blokları deneme desenine göre üç tekrarlamalı olarak yürütülmüştür. Sonuçlar, fasulye hat ve çeşitleri arasında P (%0.94−1.30), K (%2.38-3.59), Cu (7.80-14.80 mg kg-1), Zn (19.74-66.68 mg kg-1), Mn (7.46-27.25 mg kg-1), Fe (48.98-182.45 mg kg-1), Ca (0.18-0.48 mg kg-1) ve Mg (0.56-0.71 mg kg-1) yüksek oranda varyasyon göstermiştir. K ve Zn (r=0.447; P<0.05), P ve Fe (r=0.485; P<0.05), Ca ve Mg (r=0.693; P<0.01) arasında pozitif yönde korelasyon bulunmuştur. Ana bileşen analizine göre toplam çeşitliliğin %73’ünden ilk 4 temel komponentin sorumlu olduğu görülmüştür. Ylv-14, Ylv-32, Blck-7, Blksr-3 ve Brs-22 hatları sırasıyla Fe ve P, Cu ve Mn, Ca ve Mg, Zn, ve K bakımından daha yüksek mineral içeriğine sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu sebeplerden dolayı, bu hatlar fasulye tohumlarının biyofortifikasyonu için ümitvar adayları temsil etmekte ve Türkiye’de çeşit olarak tescillenebilir. Ayrıca bu hatlar, yakın gelecekte etkili ıslah programları için biparental haritalama populasyonu geliştirilerek QTL bölgelerinin tanımlanması amacıyla da kullanılabilir.

___

  • Addinsoft 2016. XLSTAT 2016: Data Analysis and Statistics Software for Microsoft Excel. New York, USA.
  • Baloch FS., Karaköy T., Demirbaş A., Toklu F., Özkan H and Hatipoğlu R., 2014. Variation of some seed mineral contents in open pollinated faba bean (Vicia faba L.) landraces from Turkey. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 38: 591-602.
  • Beebe S., Gonzalez A and Rengifo J., 2000. Research on trace minerals in the common bean. Food and Nutrition Bulletin, 21: 387-391. Bitocchi E., Rau D., Bellucci E., Rodriguez M., Murgia ML., Gioia T., Santo D., Nanni L., Attene G and Papa R., 2017. Beans (Phaseolus ssp.) as a model for understanding crop evolution. Frontiers in Plant Science, 8: 722.
  • Blair MW., Monserrate F., Beebe SE., Restrepo J and Ortubé J., 2010. Registration of high mineral common bean germplasm lines NUA35 and NUA56 from the red mottled seed class. Journal of Plant Growth Regulation, 4: 1-5.
  • Blair MW., 2013. Mineral biofortification strategies for food staples: the example of common bean. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61: 8287-8294.
  • Bremner JM., 1965. Method of Soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbiological Methods, American Society of Agronomy Inc. USA. Broughton WJ., Hernandez G., Blair M., Beebe S., Gepts P and Vanderleyden J., 2003. Bean (Phaseolus spp.)-model food legumes. Plant Soil, 252: 55-128.
  • Ceyhan E., Harmankaya M and Avcı MA., 2008. Effects of sowing dates and cultivars on protein and mineral contents of bean (Phaseolus vulgaris L.). Asian Journal of Chemistry, 20(7): 5601-5613.
  • Çiftçi V., Şensoy S and Türkmen Ö., 2009. Van-Gevaş’ta Yaygın Olarak Yetiştirilen Yalancı Dermason Fasulye Populasyonunun Seleksiyon Yöntemiyle Islahı, Project report (TOVAG- 106O346).
  • Çiftçi V., Şensoy S and Kulaz H., 2012. Doğu Anadolu’nun Güneyinde Yetiştirilen Fasulye Gen Kaynaklarının Toplanması Ve Değerlendirilmesi, Tübitak Project Report (109O163).
  • Duc G., Bao S., Baum M., Redden B., Sadiki M., Suso MJ., Vishniakova M and Zong X., 2010. Diversity maintenance and use of Vicia faba L. genetic resources. Field Crops Research, 115: 270-278.
  • Dutta SK., Chatterjee D., Sarkar D., Singh SB., Boopathi T., Kuotsu R., Vikramjeet K., Akoijam RS., Saha S., Vanlalhmangaiha., Malsawmzuali., Chowdhury S and Lungmuana., 2016. Common bean (Phaseolus vulgaris L., Fabaceae), landraces of Lushai hills in India: nutrients and antioxidants source for the farmers. Indian Journal of Traditional Knowledge, 15(2): 313-320.
  • Elkoca E and Çınar T., 2015. The adaptation, agronomical and quality characteristcs of some dry bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars and lines under Erzurum ecological conditions. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 30(2): 141-153.
  • Garg M., Sharma N., Sharma S., Kapoor P., Kumar A., Chunduri V and Arora P., 2018. Biofortified crops generated by breeding agronomy and transgenic approaches are improving lives of millions of people around the world. Frontiers in Nutrition, 5: 12.
  • Graham RD., Welch RM and Bouis HE., 2001. Addressing micronutrient malnutrition through enhancing the nutritional quality of staple foods: principles, perspectives and knowledge gaps. Advances in Agronomy, 70: 77-142.
  • Gelin JR., Forster S., Grafton SK., McClean PE and Rojas-Cifuentes GA., 2007. Analysis of seed zinc and other minerals in a recombinant inbred population of navy bean (Phaseolus vulgaris L.). Crop Science, 47: 1361-13.
  • Gepts PTC., Osborn K., Rashka K and Bliss FA., 1986. Phaseolin protein variability in wild forms and landraces of the common bean (Phaseolus vulgaris): evidence for multiple centers of domestication. Economic Botany, 40: 451-468.
  • Gesto-Seco EM., Moreda-Pineiro A., Bermejo-Barrera A and Barrera-Bermejo P., 2009. Multi-element determination in raft mussels by fast microwave-assisted acid leaching and inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. Talanta, 72: 1178-1185.
  • Islam FMA., Basford KE., Jara C., Redden RJ and Beebe SE., 2002. Seed compositional and disease resistance differences among gene pools in cultivated common bean. Genetic Resources and Crop Evolution, 49: 285-293.
  • Kacar B and İnal A., 2008. Bitki Analizleri. Nobel Yayın Dağıtım, Ankara.
  • Kantar F., Elkoca E., Eken C and Dönmez F., 2010. Kuzey Doğu Anadolu Bölgesi ve Çoruh Vadisi’nde Yetiştirilen Kuru Fasulye Gen Kaynaklarının Toplanması ve Değerlendirilmesi. Tubitak Project Report (107O400).
  • Karaköy T., Erdem H., Baloch FS., Toklu F., Eker S., Kilian B and Özkan H., 2012. Diversity of macro-and micronutrients in the seeds of lentil landraces. The Scientific World Journal, 2012: 1-9.
  • Karaköy T and Demirtaş A., 2017. Sivas ekolojik koşullarında yetiştirilen Türkiye orijinli yerel bezelye (Pisum sativum L.) genotiplerinin bazı besin elementi içerikleri bakımından değerlendirilmesi. Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 14(2): 7-11.
  • Khan MA., Fuller MP and Baloch FS., 2008. Effect of soil applied zinc sulphate on wheat (Triticum aestivum L.) grown on a calcareous soil in Pakistan. Cereal Research Communications, 36: 571-582.
  • Kwak M and Gepts P., 2009. Structure of genetic diversity in the two major gene pools of common bean (Phaseolus vulgaris L., Fabaceae). Theoretical and Applied Genetics, 118: 979-992.
  • Madakbaş SY and Ergin M., 2011. Morphological and phenological characterization of Turkish bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes and their present variation states. African Journal of Agricultural Research, 6(28): 6155-6166.
  • Moraghan JT and Grafton K., 2001. Genetic diversity and mineral composition of common bean seed. Journal of the Science of Food and Agriculture, 81: 404-408.
  • Murphy J and Riley JP., 1962. A modified single solution for the determination of phosphate in natural waters. Analytica Chimica Acta, 27: 31-36.
  • Nadeem MA., Habyarimana E., Çiftçi V., Nawaz MA., Karaköy T., Comertpay G., Shahid MQ., Hatipoğlu R., Yeken MZ., Ali F., Ercişli S., Chung G and Baloch FS., 2018. Characterization of genetic diversity in Turkish common bean gene pool using phenotypic and whole-genome DArTseq-generated silicoDArT marker information. PloS one, 13(10): e0205363.
  • Petry N., Boy E., Wirth JP and Hurrell RF., 2015. Review: the potential of the common bean (Phaseolus vulgaris) as a vehicle for iron biofortification. Nutrients, 7(2): 1144-1173.
  • Pinheiro C., Baeta JP., Pereira AM., Domingues H and Ricardo CP., 2010. Diversity of seed mineral composition of Phaseolus vulgaris L. germplasm. Journal of Food Composition and Analysis, 23(4): 319-325.
  • Schmutz J., McClean PE., Mamidi S., Wu GA., Cannon SB., Grimwood J., Jenkins J., Shu S., Song Q., Chavarro C., Torres-Torres M., Geffroy V., Moghaddam S., Gao D., Abernathy B., Barry K., Blair M., Brick MA., Chovatia M., Gepts P., Goodstein DM., Gonzales M., Hellsten U., Hyten DL., Jia G., Kelly JD., Kudrna D., Lee R., Richard MM., Miklas PN., Osorno JM., Rodrigues J., Thareau V., Urrea CA., Wang M., Yu Y., Zhang M., Wing RA., Cregan PB., Rokhsar DS and Jackson SA., 2014. A reference genome for common bean and genome-wide analysis of dual domestications. Nature Genetics, 46: 707-13.
  • Sönmez F., Gülser F., Karaca S and Gökkaya T., 2018. Determination of some physical and chemical properties of research area soils of Bolu Abant İzzet Baysal University. International Journal of Agricultural and Wildlife Sciences, 4(1): 68-78.
  • Sperotto RA and Ricachenevsky FK., 2017. Common bean Fe biofortification using model species’ lessons. Frontiers in Plant Science, 8: 2187.
  • Welch RM and Graham RD., 2004. Breeding for micronutrients in staple food crops from a human nutrition perspective. Journal of Experimental Botany, 55: 353-364.
  • White PJ and Broadley MR., 2005. Biofortifying crops with essential mineral elements. Trends in Plant Science, 10: 586-593.
  • WHO 2009. Global health risks, mortality and burden of disease attributable to selected major risks. Geneva, Switzerland, WHO.
  • Yeken MZ., Kantar F., Çancı H., Özer G and Çiftçi V., 2018a. Breeding of dry bean cultivars using Phaseolus vulgaris landraces in Turkey. International Journal of Agricultural and Wildlife Sciences, 4(1): 45-54.
  • Yeken MZ., Baloch FS., Nadeem MA., Çiftçi V and Karaköy T., 2018b. Variation of some seed mineral contents in 236 bean (Phaseolus vulgaris L.) landraces in Turkey. International Agriculture Congress, 3-6 May, Komrat, Moldova.
  • Yücel C., Baloch FS and Ozkan H., 2009. Genetic analysis of some physical properties of bread wheat grain (Triticum aestivum L. em Thell). Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 33: 525-535.
Uluslararası Tarım ve Yaban Hayatı Bilimleri Dergisi-Cover
  • ISSN: 2149-8245
  • Başlangıç: 2015
  • Yayıncı: BOLU ABANT İZZET BAYSAL ÜNİVERSİTESİ > ZİRAAT VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Erciyes Üniversitesinde Entomofaji Hakkında Bir Kamuoyu Araştırması

EBUBEKİR YÜKSEL, RAMAZAN CANHİLAL

Assessment of Mineral Content Variations for Biofortification of the Bean Seed

MEHMET ZAHİT YEKEN, Hacer AKPOLAT, TOLGA KARAKÖY, VAHDETTİN ÇİFTÇİ

Tıbbi Adaçayı (Salvia officinalis L.)’nda Uçucu Yağ Oranı ve Kompozisyonu Üzerine Ontogenetik Varyabilitenin Etkisi

Nimet KATAR, DURAN KATAR, Doğan AYDIN, MURAT OLGUN

Baklagillerde Kök, Nodül Oluşumu ve Azot Fiksasyonu Üzerine Bazı Küresel İklim Değişikliği Parametrelerinin Etkisi

İLKAY YAVAŞ, AYDIN ÜNAY

Determination of Resistance in Winter Wheat Genotypes to the Dryland Root Rots caused by Fusarium culmorum in Turkey

Gul ERGINBAS ORAKCI, Alexey MORGOUNOV, Abdelfattah Adnan DABABAT

Determination of Plant Parasitic Nematodes in Potato Growing Areas in Bolu Province

MUSTAFA İMREN

Farklı Nem İçeriklerindeki Siyez Buğdayı Tohumlarının Karbondioksit Değişimleri ve Bazı Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi

HAKAN KİBAR

Orta Karadeniz Bölgesi’nden Toplanan Kaldırayak (Trachystemon orientalis (L.) G. Don.) Genotiplerinin Morfolojik Karakterizasyonu

Mehtap ÖZBAKIR ÖZER, BEYHAN KİBAR

Klorofil Floresan Metodu ile Ayrılan Farklı Olgunluk Dönemlerindeki Biber Tohumlarında Canlılık Parametrelerinin Tespiti

Burcu Begum KENANOĞLU, Havva DİNLER

Aydın İlinde Yetiştirilen Bazı Buğday Çeşitlerinin Tane Verim ve Kalite Özelliklerinin Belirlenmesi

Kübra BENLİ, YAKUP ONUR KOCA