El fenotipado de los rasgos florales y el perfil de los aceites esenciales revelaron variaciones considerables en las selecciones clonales de rosa damascena (Rosa damascena Mill.)

Apr 06, 2023

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8101 (2023) Citar este artículo

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La rosa damascena (Rosa damascena Mill.) es una especie vegetal aromática de alto valor perteneciente a la familia Rosaceae. Se cultiva en todo el mundo para la producción de aceite esencial de rosa. Además de su mayor demanda en la industria aromática y cosmética, el aceite esencial obtenido tiene numerosas actividades farmacológicas y citotóxicas. La principal preocupación de los productores con las variedades disponibles de rosa damascena es la corta duración de la floración, el bajo contenido de aceite esencial y el rendimiento inestable. Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar nuevas variedades estables con mayor rendimiento de flores y contenido de aceite esencial. El presente estudio evaluó las variaciones en los parámetros de producción de flores, contenido de aceite esencial y compuestos de aceite esencial en diferentes selecciones clonales de rosa damascena. Estas selecciones clonales se han desarrollado a través de un enfoque de progenie de medios hermanos de las variedades disponibles comercialmente 'Jwala' y 'Himroz'. El rendimiento de flores frescas varió de 629,57 a 965,7 g por planta, mientras que el contenido de aceite esencial osciló entre 0,030 y 0,045 % entre las selecciones clonales. El perfil de aceite esencial mediante cromatografía de gases-espectrometría de masas reveló variaciones significativas en los compuestos de aceite esencial. Los alcoholes monoterpénicos acíclicos citronelol (20,35–44,75 %) y geraniol (15,63–27,76 %) fueron los más altos, seguidos por los hidrocarburos de cadena larga, es decir, el nonadecano (13,02–28,78 %). La selección clonal CSIR-IHBT-RD-04 fue única en cuanto al mayor contenido de citronelol (44,75 %) y la relación citronelol/geraniol (C/G) de 1,93 %. Esta selección tiene el potencial de uso como línea parental en futuros programas de mejoramiento genético de rosa damascena para lograr un mayor rendimiento y una mejor calidad del aceite esencial de rosa.

Rosa damascena Mill., también conocida como "rosa de damasco", es un valioso miembro aromático de la familia Rosaceae. Pertenece al género Rosa, que comprende cerca de 200 especies y cerca de 1800 cultivares1. Es un arbusto hermafrodita, perenne, erecto, que posee múltiples tallos verdes espinosos de hasta 2 m de altura y hojas compuestas con folíolos ovalados dentados2. La floración de la rosa damascena ocurre durante el inicio de la temporada de verano y continúa durante 30 a 35 días3. La especie se originó en la región de Damasco de Asia Menor y ocupó una de las posiciones más importantes como planta aromática para la extracción de aceite esencial. Es apta para el cultivo en zonas subtropicales y templadas del hemisferio norte4.

Los principales países productores de rosa damascena a nivel mundial son China, Bulgaria, Francia, Italia, Turquía, Irán, Marruecos, Rusia, Estados Unidos e India1,5. La producción de su aceite esencial es de casi 4,5 toneladas/año a nivel mundial, donde Turquía y Bulgaria aportan hasta el 90 % de la producción total6,7. En informes recientes, el valor de mercado mundial del aceite de rosa fue de ~ 279 millones de dólares en 2018, que aumentará en un futuro próximo7. El cultivo comercial de rosa damascena en la India se remonta a la época de Mughal. Actualmente, la rosa damascena se cultiva en las regiones del norte, por ejemplo, Himachal Pradesh, Jammu y Cachemira, Rajasthan, Haryana, Uttar Pradesh y Punjab, con una producción anual de 200 kg de aceite esencial5,8. Las condiciones climáticas templadas y el suelo adecuado en el estado de Himachal Pradesh son los más adecuados para el cultivo de rosas de perfumería9.

El agua de rosas (hidrosol), el aceite esencial, el concreto y el absoluto son los principales productos industriales obtenidos a partir de la rosa damascena. Estos pueden obtenerse mediante procesos de hidrodestilación y extracción por solventes1,10. La rosa damascena se considera la mejor y se cultiva en todo el mundo debido a la calidad superior de su aceite esencial11. El aceite esencial de rosa damascena tiene un amplio uso en la fabricación de perfumes, colonias y cosméticos, mientras que el agua de rosas, que es el subproducto, tiene una gran demanda en la industria de los aromatizantes12. Los otros productos que se obtienen de la rosa damascena son el "gulkand" y el té ortodoxo13. El aceite esencial de rosa damascena es el más caro del mercado mundial debido al bajo contenido de aceite y la alta demanda1. Se han realizado varias investigaciones para evaluar la composición del aceite esencial de rosa damascena mediante métodos GC/MS1,5,7,14,15. Los principales compuestos identificados en el aceite esencial de rosa son los alcoholes monoterpénicos acíclicos y los hidrocarburos de cadena larga12. Los principales compuestos de aceite esencial informados en el aceite de rosa son β-citronelol, nonadecano, geraniol, heneicosano y eugenol1,7,16. Aunque, la calidad del aceite esencial depende del contenido relativo de la relación citronelol/geraniol del aceite (relación C/G)1. Se reporta que el aceite esencial obtenido de la rosa damascena tiene muchas actividades farmacológicas, citotóxicas y genotóxicas17,18.

La rosa damascena se cultiva en una amplia gama de condiciones ambientales y la calidad del aceite esencial varía según los genotipos, el momento de la cosecha de la flor, la etapa del cultivo, los métodos de destilación y los factores agronómicos1,8,19,20. La rosa damascena (2n = 28; tetraploide) es una especie perenne de polinización cruzada que se propaga clonalmente a través de esquejes. Se considera un híbrido interespecífico que podría haber surgido de R. gallica × R. moschata para la rosa damascena "veraniega" o de R. gallica × R. phoenicea para el grupo de rosas damascenas "otoñales"21. Los diferentes tipos clonales varían considerablemente en cuanto a los rasgos fenotípicos y de calidad del aceite esencial y, en general, estos atributos han fortalecido las perspectivas de la rosa damascena como un cultivo de importancia industrial. Sin embargo, no ayudó a ampliar la variabilidad genética de la especie, ya que las prácticas de cultivo se limitaron principalmente a identificar plantas de élite y su propagación para un cultivo generalizado. En la actualidad, la principal limitación de las variedades disponibles de rosa damascena es la corta duración de la floración, el bajo contenido de aceite y el rendimiento inestable en los distintos lugares y años. Estos problemas deben abordarse a través de un programa de mejoramiento sostenible para desarrollar nuevas variedades estables de rosa damascena con una mayor producción de aceite esencial. En el programa de mejoramiento genético de la rosa damascena, una evaluación crítica de los rasgos florales es un requisito previo ya que las flores constituyen el producto económico de la planta. Por lo tanto, la evaluación de germoplasma basada en variaciones florales fenotípicas y perfiles de aceites esenciales es vital para mejorar la productividad y seleccionar variaciones deseables para integrarlas en el programa de mejoramiento. El presente estudio es un esfuerzo por organizar los recursos genéticos de la rosa damascena en función de las características fenotípicas y quimiotípicas, seleccionar genotipos potenciales para el desarrollo de cultivares e identificar líneas clonales genéticamente diversas para el mejoramiento futuro.

Las presentes investigaciones se llevaron a cabo en cuatro selecciones de rosas de damasco recién desarrolladas hechas en líneas de progenie de medios hermanos. Las líneas se derivaron de las variedades comerciales 'Jwala' y 'Himroz'. Las líneas se mantienen clonalmente en el depósito de germoplasma de rosas junto con las variedades testigo (Jwala y Himroz) en CSIR-Institute of Himalayan Bioresource Technology, Palampur (1320 m sobre el nivel medio del mar, 32°68'N, 76°38'E) . El depósito de germoplasma de rosas en CSIR-IHBT mantiene diferentes especies de Rosa cultivadas y silvestres de la India y de todo el mundo, que se introdujeron a través del Consejo Indio de Investigación Agrícola–Oficina Nacional de Recursos Fitogenéticos (ICAR-NBPGR), estación regional en Phagli, Shimla ( Himachal Pradesh), India. La ubicación es la zona media de las colinas (Zona-II) de Himachal Pradesh (India), que representa un clima subtemplado y húmedo con una precipitación media anual de ~ 2500 mm, principalmente durante la estación del monzón (julio-septiembre). El depósito de germoplasma de rosas en CSIR-IHBT mantiene diferentes especies de Rosa cultivadas y silvestres de la India y del mundo. El estudio se realizó en plantas de cinco años de edad de cada línea clonal durante dos años consecutivos (2021 y 2022). Se aplicó una dosis basal de fertilizante calculada en 120 kg de nitrógeno (N), 60 kg de fósforo (P) y 40 kg de potasio (K) por hectárea durante ambos años. Se siguieron todas las prácticas agronómicas según las recomendaciones. El experimento se estableció en un diseño de bloques completos al azar (RCBD), con 1,5 m de espacio entre plantas entre hileras y 0,75 m dentro de las hileras. El número de repeticiones para cada línea clonal es cuatro. También es para confirmar que todos los métodos se realizaron de acuerdo con las pautas y regulaciones pertinentes.

Los datos se registraron en cuatro plantas competitivas al azar por línea clonal en cada repetición. Estas plantas se marcaron y las observaciones se repitieron durante el segundo año. Los parámetros morfológicos registrados en ambos años fueron el número de brotes florales/planta, peso de la flor (g), diámetro de la flor (cm), número de pétalos, longitud de los pétalos (cm), ancho de los pétalos (cm), grosor de los pétalos (mm) , peso de pétalos/flor (g), frecuencia de flores/planta/día, número de flores/planta, rendimiento de flores/planta, número de días de floración. Los datos se registraron diariamente durante el período de floración (tercera semana de abril a semana pasada de mayo). Los datos meteorológicos durante el período de floración de la rosa damascena para ambos años experimentales (2021 y 2022) se muestran en la Fig. 1.

Datos meteorológicos durante el período de floración de la rosa damascena (tercera semana de abril a la última semana de mayo) para dos temporadas de crecimiento (2021 y 2022).

Las flores se recolectaron manualmente durante las horas de la mañana (6:00–9:00 am) para evitar la pérdida de compuestos aromáticos en ambos años. Se cosecharon flores frescas (1 kg) de cada línea clonal, y la extracción del aceite esencial se realizó por hidrodestilación durante cuatro horas (por triplicado), utilizando un aparato tipo Clevenger de cinco litros de sistema de destilación. La relación de flor a agua utilizada para la extracción fue de 1:2 (p/v). Se midió el aceite esencial obtenido de cada muestra y se representó el contenido de aceite (p/p) en porcentaje (%) sobre la base del peso fresco. El contenido de humedad en el aceite esencial se eliminó usando sulfato de sodio (anhidro). El aceite esencial se recolecta en un vial de vidrio y se mantiene en un refrigerador (4–6 °C) hasta su posterior caracterización química. Después de eso, se utilizaron análisis de cromatografía de gases-detector de ionización de llama (GC-FID) y GC-espectrometría de masas (GC-MS) para la caracterización química de los compuestos de aceite esencial presentes en el aceite de rosa.

La caracterización por GC-MS del aceite esencial de rosa damascena se realizó con un cromatógrafo de gases Shimadzu GC-MS QP2010 conectado a un detector de ionización de llama (FID). El aceite esencial se analizó en una columna capilar SH-RX-5Si/MS, Shimadzu Asia Pacific, EE. UU. (30 m × 0,25 mm × 0,25 μm de espesor de película) conectada al cromatógrafo de gases. El análisis GC-MS se realizó con las mismas condiciones reportadas anteriormente22,23,24. Los índices de retención (IR) para todos los compuestos químicos se calcularon utilizando series homólogas de n-alcanos C9-C24 (SUPELCO, Sigma-Aldrich). Los índices de retención se calcularon para cada pico de espectro de GC-MS para identificar los compuestos. Los índices de retención calculados se compararon con los índices tabulados de Adams25 almacenados en la base de datos de espectros de masas del NIST26. Después de identificar los compuestos de los aceites esenciales, el siguiente paso fue la cuantificación realizada mediante análisis GC. El análisis de GC se llevó a cabo utilizando un cromatógrafo de gases Shimadzu GC 2010 conectado a un detector de ionización de llama (FID). El análisis se realizó en la misma columna capilar descrita anteriormente. El instrumento fue operado con las mismas condiciones reportadas anteriormente22,23,24. Finalmente, los compuestos individuales se cuantificaron usando el porcentaje del área del pico del cromatograma. Además, los patrones de fragmentos espectrales de masa de los compuestos químicos se compararon con los informados en la literatura.

Los datos fenotípicos de las características florales y el rendimiento de las líneas clonales de rosa damascena se registraron durante dos años consecutivos. Se realizó el análisis de varianza (ANOVA) para probar el comportamiento de las líneas clonales durante ambos años. Las variaciones entre líneas clonales se determinaron mediante la prueba F (comparación de medias de genotipos con variedades testigo). Los datos de los rasgos morfológicos se analizaron utilizando un agrupamiento multivariado siguiendo el coeficiente de similitud euclidiana con el software Past 1.4027. Los valores propios de la carga de caracteres se calcularon para averiguar el efecto de los caracteres en la agrupación. Se realizó un análisis de componentes principales para identificar los caracteres clave que diferencian las líneas clonales en grupos distintos. Los estudios de correlación se ejecutaron para explorar la relación entre los rasgos florales utilizando la matriz de correlación de Pearson. El coeficiente de correlación (r) para diferentes compuestos de aceites esenciales se calculó con OP STAT28 y la matriz se preparó con el software Past 1.40.

Se observaron variaciones significativas entre las líneas clonales de rosa damascena para los rasgos florales estudiados durante ambos años. Con base en el valor F, se obtuvieron diferencias significativas entre líneas para brotes con flores, frecuencia de flores/planta/día, número de flores por planta y rendimiento de flores por planta (Cuadro 1). El número de flores por planta es el componente más importante que determina el rendimiento de flores por planta29. Anteriormente se informó2 un alto nivel de diversidad genética en función de los rasgos morfológicos entre y dentro de las especies de Rosa de la región occidental del Himalaya. La variabilidad fenotípica obtenida en el presente estudio tiene una base genética, y las características estudiadas ayudan a diferenciar las diferentes líneas clonales de rosa damascena. Estas variaciones en las características de las flores podrían deberse a la segregación de los alelos en los loci heterocigóticos. Anteriormente se identificaron variaciones fenotípicas similares entre las accesiones para rasgos morfológicos comercialmente importantes en germoplasma de rosa damascena para seleccionar accesiones superiores16,30. Mahajan y Pal, 202012 también informaron variaciones significativas en el número de flores y el rendimiento de las flores al estudiar el efecto de las variaciones estacionales en los rasgos florales de la rosa damascena.

De manera similar, Zeynali y colaboradores, 200929 informaron flores por planta como un componente importante que controla el rendimiento de flores por planta. La identificación de nuevas variaciones en la rosa damascena es importante para enriquecer los recursos de germoplasma de la rosa damascena y su uso en futuros programas de mejoramiento genético. El agrupamiento multivariante de los datos fenotípicos basado en rasgos florales cuantitativos (brotes con flores, número de flores por planta y rendimiento de flores por planta) diferenció las líneas clonales en distintos grupos fenotípicos que destacan el grado de variación dentro de cada grupo. Se sugiere que la estabilidad fenotípica de los rasgos deseables en una población, línea o conjunto de accesiones es importante para su posterior utilización en programas de hibridación para lograr el mejoramiento genético31.

Se realizó un análisis de componentes principales (PCA) para explorar la relación entre los diferentes rasgos florales para identificar rasgos principales clave basados ​​en el valor propio más alto (Tabla 2). Con base en el análisis PCA utilizando datos agrupados de dos años, los brotes con flores fueron el componente principal clave (PC1), explicando el 96,833 % de la varianza. En contraste, el peso de la flor fue el segundo componente principal (PC2), explicando el 2,974 % de la varianza que influyó en la diferenciación y el agrupamiento de las líneas clonales, mientras que todos los demás rasgos florales tenían cargas de valores propios bajos. Sin embargo, utilizando un gráfico de dispersión de la matriz de varianza-covarianza de los componentes principales, las plantas de los clones CSIR-IHBT-RD-01, CSIR-IHBT-RD-03, CSIR-IHBT-RD-04 y Jwala se agruparon de forma independiente, mientras que las de Himroz y CSIR -IHBT-RD-02 agrupados en el mismo clúster (Fig. 2).

Agrupación de las selecciones clonales a través de un diagrama de dispersión de la matriz de varianza-covarianza de los rasgos del componente principal.

El máximo rendimiento de flores se obtuvo en la selección clonal CSIR-IHBT-RD-04 (944,07 g/planta en el primer año y 931,05 g/planta en el segundo año), seguido de CSIR-IHBT-RD-01 (880,08 g/planta en 2021 y 881,19 g/planta en 2022), CSIR-IHBT-RD-03 (813,91 g/planta en 2021 y 824,48 g/planta en 2022), Jwala (759,52 g/planta en 2021 y 746,34 g/planta en 2022) , Himroz (663,77 g/planta en 2021 y 662,9 g/planta en 2022) y CSIR-IHBT-RD-02 (636,88 g/planta en 2021 y 643,76 g/planta en 2022). Según el valor F, el peso de la flor individual (3,56–6,34 g), el diámetro de la flor (6,4–9,7 cm), el número de pétalos (30–54), la longitud del pétalo (3–4,9 cm), el ancho del pétalo (2,3 –5,0 cm), el grosor de los pétalos (0,15–0,25 mm), el peso de los pétalos por flor (2,38–4,62 g) y el número de días de floración (34–38) mostraron variaciones no significativas entre los clones. Mientras que se observaron variaciones significativas para el número de flores por planta (120–257), el rendimiento de flores por planta (629,57–965,7 g), los brotes con flores (5–12) y la frecuencia de flores/planta/día (3,15–6,76) en ambos los años (Cuadro 1).

En general, según el valor medio de los dos años estudiados, CSIR-IHBT-RD-04 (937,56 g/planta) fue superior, seguido por CSIR-IHBT-RD-01 (880,63 g/planta) y la variedad testigo Jwala (752,93 g/planta). /planta). La variedad de control Himroz (663,33 g/planta) fue inferior a CSIR-IHBT-RD-03 (819,19 g/planta), pero se desempeñó mejor que CSIR-IHBT-RD-02 (640,32 g/planta). Con base en la frecuencia media de flores por planta por día, se observaron picos casi semanalmente para las líneas clonales en ambos años. La frecuencia media de flores/planta/día fue menor al inicio y al final de la época de floración. Alcanzó un máximo después de aproximadamente 20 días de iniciación de la floración durante ambos años (máxima frecuencia de floración/planta/día) según el promedio combinado de líneas clonales de 17,95 en 2021 y 18,42 en 2022 (Fig. 3).

Variaciones diarias de la frecuencia media de flores por planta, (A) durante la temporada de floración, 2021 y (B) durante la temporada de floración, 2022.

En el caso de CSIR-IHBT-RD-04, hubo una frecuencia de flores/planta/día consistentemente más alta entre los días 22 y 32 del período de floración en comparación con otras líneas clonales, que diferenciaron la línea en función de su fenología. Un informe anterior basado en el análisis de componentes principales sugirió que los progenitores con mayor peso fresco de la flor, mayor número de pétalos por flor y ancho del capullo pueden utilizarse para la hibridación durante el programa de mejora genética de la rosa damascena29.

Se realizaron estudios de correlación basados ​​en los datos combinados de dos años de los rasgos florales para identificar una variación significativa. Con base en la matriz de correlación (Tabla 3) para los rasgos florales estudiados, los brotes con flores tuvieron una correlación significativamente alta con el número de flores por planta (r = 0,946), el rendimiento de flores/planta (r = 0,775) y la frecuencia de flores/planta/día. (r = 0,940). Por el contrario, los brotes con flores mostraron una correlación negativa moderada con el peso de la flor (r = − 0,504). El peso de la flor muestra una correlación positiva moderada con el diámetro de la flor (r = 0,401), el grosor de los pétalos (r = 0,413), el peso de los pétalos (r = 0,627) y una correlación negativa moderada con la flor/frecuencia/planta/día (r = − 0,580) . El diámetro de la flor y la longitud de los pétalos muestran una correlación moderada (r = 0,434), mientras que la longitud y el ancho de los pétalos también muestran una correlación moderada (r = 0,489). El ancho de los pétalos se correlaciona positivamente con el grosor de los pétalos (r = 0,521). El grosor de los pétalos se correlaciona negativamente con el número de flores/planta (r = − 0,427) y la frecuencia de flores/planta/día (r = − 0,409). Se obtuvo una correlación positiva significativamente alta entre el número de flores y el rendimiento de flores (r = 0,770) y la frecuencia de flores (r = 0,987). El rendimiento de flores por planta estuvo altamente correlacionado con la frecuencia de flores/planta/día (r = 0,770). Pal y Mahajan (2017)32 informaron una observación similar basada en PCA de los rasgos florales donde el rendimiento y el peso de las flores se correlacionaron significativamente con el número de flores y el número de pétalos, respectivamente.

Una alta correlación entre los rasgos indica una fuerte asociación entre los rasgos, por lo que un rasgo influye en la expresión del otro. En consecuencia, se estableció una ecuación de regresión entre las variables independientes, es decir, frecuencia de flores/planta/día, brotes floridos y número de flores/planta) y la variable dependiente, es decir, rendimiento de flores por planta, para establecer la asociación con base en una segunda relación polinomial de grado. Las Figuras 4A, B y C muestran una correlación estadística comparativamente baja entre estas variables independientes y el rendimiento de flores con un coeficiente de determinación (R2) que oscila entre 0,59 y 0,60. Las interrelaciones entre la frecuencia de flores/planta/día, los brotes con flores y el número de flores/planta también se probaron mediante análisis de regresión.

Gráficos de regresión para rasgos florales donde las variables independientes se encuentran hacia el eje X y la variable dependiente se encuentra hacia el eje Y.

La frecuencia de flores/planta/día y los brotes floridos (R2 = 0.88, Fig. 4D) mostraron mejores relaciones entre sí. El número de flores/planta mostró una asociación comparativamente mayor con los brotes con flores (R2 = 0,91, Fig. 4E). En comparación, el número de flores/planta mostró una relación polinomial de segundo grado más fuerte (y = 37,512x + 2,2006, R2 = 0,97, Fig. 4F) con la frecuencia de flores/planta/día. El rendimiento de las flores en la rosa damascena es un rasgo económicamente crucial después de la calidad del aceite esencial y el fenotipado floral preciso es fundamental para identificar selecciones potenciales y maximizar la producción.

El rendimiento de aceite esencial de las cuatro selecciones clonales (CSIR-IHBT-RD-01 a CSIR-IHBT-RD-04) y dos variedades testigo (Himroz y Jwala) mantenidas en CSIR-IHBT Palampur se muestran en la Fig. 5. el contenido de aceite varía de 0.030 a 0.045% del peso de la flor fresca en kilogramo durante ambos años experimentales (2021 y 2022). Las importantes propiedades fisicoquímicas del aceite esencial de rosa damascena se muestran en la Fig. 6. Con base en la comparación de cuatro selecciones en términos de rendimiento de aceite de rosa, la selección clonal CSIR-IHBT-RD-04 mostró un mayor porcentaje de aceite esencial (0,040% en 2021 y 0,042% en 2022) frente a otras selecciones clonales. Sin embargo, una prueba t que utiliza la desviación estándar muestra variaciones significativas en el rendimiento de aceite esencial (0,45 %) en la variedad testigo Himroz para ambos años. Por lo general, se informa que el rendimiento del aceite esencial en la rosa damascena del Himalaya occidental es de 0,017 a 0,0515. Sin embargo, mediante intervenciones agronómicas apropiadas, el contenido de aceite esencial puede alcanzar un máximo de 0,056 % en las condiciones ácidas del Himalaya occidental33. En un estudio reciente de Irán, se informó que el contenido de aceite esencial era de 0,03 a 0,04 %1. La arquitectura genética de las especies de plantas podría ser otra razón de la variación en el contenido de aceite esencial durante el presente estudio. La selección clonal tiene la ventaja de mantener el grado homogéneo de aceite esencial para uso industrial24. En consecuencia, la evaluación de líneas clonales es necesaria para seleccionar clones superiores con un mayor rendimiento de aceite esencial para una región específica.

Variaciones en el rendimiento de aceite esencial de selecciones clonales de rosa damascena y variedades testigo durante 2021 y 2022.

Propiedades físico-químicas del aceite esencial junto con representación de botones florales y flor de selección clonal CSIR-IHBT-RD-04.

Se llevó a cabo un estudio comparativo de la composición del aceite esencial mediante cromatografía de gases-espectrofotometría de masas (GC-MS) para comprender las distinciones quimiotípicas con respecto a la composición del aceite esencial en cuatro líneas clonales (CSIR-IHBT-RD-01 a CSIR-IHBT-RD -04), y dos variedades testigo (Himroz y Jwala) de rosa damascena. La hidrodestilación de flores frescas condujo a la obtención de un aceite esencial incoloro a amarillento. En general, se identificaron veintiséis compuestos en el aceite esencial a través del análisis GC-MS, que representaron del 97,04 al 99,48 % del perfil total del aceite esencial. Los componentes del aceite esencial se agruparon en monoterpenos oxigenados (36,62 a 70,05%), sesquiterpenos oxigenados (2,80 a 6,57%), hidrocarburo sesquiterpénico (2,63 a 6,40%) e hidrocarburos alifáticos (19,94 a 55,68%). El tiempo de retención y los índices de todos los compuestos esenciales se resumen en la Tabla 4. El análisis de los datos de composición sugirió que los monoterpenos oxigenados y los hidrocarburos alifáticos eran las fracciones principales en el aceite esencial. El cromatograma GC-MS representativo del compuesto principal del aceite esencial de rosa damascena se muestra en la Fig. 7.

Cromatograma GC-MS representativo del compuesto principal del aceite esencial de rosa damascena, donde CSIR-IHBT-RD-04 muestra una distinción quimiotípica de las variedades de control "Himroz" y "Jwala".

Se obtuvieron diversas distinciones quimiotípicas en la composición del aceite esencial. El α-pineno (0,26–1,33 %) se detectó en todas las muestras excepto la selección clonal CSIR-IHBT-RD-01 para los años experimentales 2021 y 2022. Asimismo, el β-mirceno (0,15–0,47 %) se detectó en todas las muestras estudiadas excepto las selecciones clonales CSIR-IHBT-RD-01 y CSIR-IHBT-RD-03 para ambos años. El linalool L (0,38–1,00 %) se detectó en la selección clonal CSIR-IHBT-RD-02 y CSIR-IHBT-RD-03. Estuvo ausente en otras selecciones clonales, incluidas las variedades testigo Himroz y Jwala. El terpinen-4-ol (0,14-0,22%) se detectó en CSIR-IHBT-RD-03 y CSIR-IHBT-RD-02 durante el primer año, mientras que se detectó solo en CSIR-IHBT-RD-02 durante el segundo año. Estuvo ausente en otras líneas clonales, incluidas las variedades testigo. El α-terpineol (0,16–0,37 %) se detectó en todas las selecciones clonales, incluidas las variedades testigo excepto CSIR-IHBT-RD-01 para ambos años. De manera similar, el compuesto de aceite esencial neral (0,26–1,10 %) se detectó en la selección clonal CSIR-IHBT-RD-01 y en las variedades testigo Himroz y Jwala durante ambos años experimentales. Neral no se detectó en las muestras de CSIR-IHBT-RD-02, CSIR-IHBT-RD-03 y CSIR-IHBT-RD-04. El α-Guaiene (0.31–0.74%) se detectó en todas las selecciones clonales y variedades testigo excepto CSIR-IHBT-RD-03 durante ambos años. El n-octadecano (0,16 a 1,66 %) se detectó en todas las selecciones clonales excepto CSIR-IHBT-RD-04, incluidas las variedades testigo Himroz y Jwala durante 2021 y 2022.

Dieciocho compuestos estuvieron presentes en todas las líneas clonales y variedades testigo estudiadas (Cuadro 5). Se observaron variaciones significativas con base en una prueba t que usa la desviación estándar para los componentes del aceite esencial entre las líneas clonales y las variedades de control para ambos años. Según el valor medio del componente, el mayor contenido de óxido de rosa cis (1,67 %) y óxido de rosa trans (1,26 %) se observó en la variedad testigo Himroz durante 2021, que estadísticamente estuvo a la par con la selección clonal CSIR-IHBT -RD-04. Sin embargo, durante 2022 se observaron variaciones significativas para las variedades testigo Himroz (1,16 y 1,43%) y Jwala (1,14 y 1,34%) para los óxidos de cis-rosa y trans-rosa, respectivamente.

Los mayores contenidos de citronelol, es decir, 37,20 y 44,75 %, se observaron para la selección clonal CSIR-IHBT-RD-04 para 2021 y 2022, respectivamente. La línea clonal CSIR-IHBT-RD-04 tuvo el mayor contenido de citronelol en el aceite esencial en comparación con otras líneas clonales durante ambos años. Fue significativamente mayor que Himroz y Jwala en 2022. El contenido de geraniol fue significativamente alto para la variedad testigo, Jwala (28,03 %), durante 2021 en comparación con la media de todas las líneas clonales, pero estadísticamente estuvo a la par con CSIR-IHBT -RD-04 y Himroz. La selección clonal CSIR-IHBT-RD-01 fue significativamente inferior en contenido de geraniol en ambos años en comparación con el valor medio del clon. Asimismo, el compuesto de aceite esencial acetato de citronelilo (0,82%) fue estadísticamente significativo para la selección clonal CSIR-IHBT-RD-03 en 2021. Sin embargo, se han observado variaciones no significativas para todas las líneas clonales y variedades testigo durante 2022. El eugenol contenido (2,18% y 1,81%) fue estadísticamente significativo para la selección clonal CSIR-IHBT-RD-03 y CSIIR-IHBT-RD-04 durante 2021 y 2022, respectivamente. El acetato de nerilo (2,76 %) fue estadísticamente significativo para la selección clonal CSIR-IHBT-RD-02 durante 2021 pero estuvo a la par con otros clones en 2022. Los compuestos de aceites esenciales como el metileugenol (1,47 % y 0,91 %), trans-cariofileno (1,26 % y 0,72 %) y α-humuleno (0,87 % y 1,60 %) fueron significativos para la selección clonal CSIR-IHBT-RD-02 durante el primer y segundo año, respectivamente. De manera similar, el contenido de germacreno D (2,50 % y 1,21 %) fue estadísticamente significativo para CSIR-IHBT-RD-02 y CSIR-IHBT-RD-03 durante el primer y segundo año, respectivamente. El contenido de pentadecano (0,38 % y 0,37 %) fue estadísticamente significativo para CSIR-IHBT-RD-01 y CSIR-IHBT-RD-03 durante el primer año, pero no fue significativo en todos los clones y variedades testigo excepto CSIR-IHBT- RD-04 (0,36%) durante el segundo año. El contenido de farneseno (0,74% y 0,42%) fue estadísticamente significativo para la selección clonal CSIR-IHBT-RD-02 para ambos años. Los compuestos de aceites esenciales como heptadecano (2,45% y 2,44%), 9-eicoseno-E (4,33% y 4,35%) y n-nonadecano (28,54% y 28,78%) fueron estadísticamente significativos para la selección clonal CSIR-IHBT-RD- 01 durante 2021 y 2022, respectivamente. El contenido de eicosano (3,0 %) fue estadísticamente significativo para la selección clonal CSIR-IHBT-RD-01 durante 2021 pero no fue estadísticamente significativo durante 2022. El contenido de heneicosano (15,7 % y 15,8 %) fue estadísticamente significativo para la selección clonal CSIR-IHBT- RD-01 durante 2021 y 2022, respectivamente. La relación citronelol/geraniol (relación C/G) se encontró estadísticamente significativa para la selección clonal CSIR-IHBT-RD-04 en 2022.

En base a la concentración de compuestos químicos incluidos en los estándares internacionales34 para el aceite esencial de rosa (Rosa × damascena Miller), el porcentaje de citronelol (20,35-44,75%), geraniol (15,63-28,03%) y heptadecano (1,24 a 2,45% ) se encontraron en el rango permisible en todas las muestras estudiadas. La cantidad de n-nonadecano fue consistente con los estándares internacionales en la selección clonal CSIR-IHBT-RD-03, CSIR-IHBT-RD-04, Himroz y Jwala (10,83–18,40%), mientras que fue mayor en CSIR-IHBT-RD -01 y CSIR-IHBT-RD-02 y varía de 16.76 a 28.78% durante ambos años. El porcentaje de heneicosano fue superior (5,33-15,8%) a los estándares internacionales (1,5 a 5,5%) en todas las muestras estudiadas excepto CSIR-IHBT-RD-04.

Se realizaron estudios de correlación para estudiar la asociación entre los compuestos de aceites esenciales utilizando el valor medio combinado de dos años (Fig. 8). En el grupo de monoterpenos oxigenados, se obtuvieron correlaciones significativas de óxido de rosa cis con óxido de rosa trans (r = 0,91) y geraniol (r = 0,92), respectivamente. Mostró una correlación negativa significativa con el acetato de nerilo, el pentadecano, el heptadecano, el 9-eicoseno-E, el n-nonadecano, el eicosano y el heneicosano (r = -0,83 a -0,92). El óxido de rosa trans tuvo una correlación negativa significativa con el acetato de nerilo (r = − 0,98), el acetato de citronelilo (r = − 0,84) y el 9-eicoseno-E (r = − 0,82). El citronelol tuvo una correlación positiva y significativa con el geraniol (r = 0,87). Tiene correlación negativa significativa con heptadecano, 9-eicoseno-E, n-nonadecano, eicosano y heneicosano (r = −0,87 a −0,96). El geraniol tuvo una correlación negativa significativa con el pentadecano, el heptadecano, el 9-eicoseno-E, el n-nonadecano, el eicosano y el heneicosano (r = -0,83 a -0,96).

Estudios de correlación entre los compuestos de aceites esenciales basados ​​en la matriz de correlación de Pearson (datos combinados de 2021 y 2022).

En el grupo de los sesquiterpenos oxigenados, el acetato de citronelilo se correlacionó positivamente con el acetato de nerilo (r = 0,84) y el germacreno D (r = 0,83). Eugenol se correlacionó significativamente con germacreno D (r = 0,91). El acetato de nerilo tuvo una correlación positiva significativa con el 9-eicoseno-E (r = 0,82). El metileugenol tuvo una correlación positiva significativa con el trans-cariofileno (r = 0,87) y el germacreno D (r = 0,90), mientras que con el farneseno se ha observado una correlación altamente positiva y significativa (r = 0,96). En el grupo de hidrocarburos sesquiterpenos, el trans-cariofileno tuvo una correlación positiva significativa con el α-humuleno (r = 0,96) y el farneseno (r = 0,94). El α-humuleno y el germacreno D tuvieron una correlación positiva significativa con el farneseno (r = 0,85). El pentadecano tuvo una correlación positiva significativa con el heptadecano (r = 0,88) y el 9-eicoseno-E (r = 0,83). De manera similar, en el grupo de hidrocarburos alifáticos, el heptadecano tuvo una correlación positiva significativa con 9-eicoseno-E, n-nonadecano, eicosano y heneicosano (r = 0,91 a 0,98). El 9-eicoseno-E tuvo una correlación positiva significativa con el n-nonadecano, el eicosano y el heneicosano (r = 0,93 a 0,94). Asimismo, el n-nonadecano se correlacionó significativamente con el eicosano (r = 0,99) y el heneicosano (r = 0,98). El eicosano tuvo una correlación positiva significativa con el heneicosano (r = 0,99).

Las variaciones en la composición del aceite esencial observadas en el presente estudio posiblemente se deban a la respuesta genotípica de diferentes selecciones a las condiciones climáticas cambiantes durante el período de floración de ambos años. Las condiciones meteorológicas, como la temperatura máxima, la temperatura mínima y la humedad relativa en la noche, fueron comparativamente más altas durante 2022. En cambio, la precipitación total, la humedad relativa en la mañana y las horas de sol fueron comparativamente más altas durante 2021. La selección clonal CSIR -IHBT-RD-04 exhibió un contenido significativamente mayor de citronelol, eugenol y pentadecano, incluida la relación citronelol/geraniol (relación C/G) 2022 en comparación con 2021. En comparación con otras líneas, una respuesta positiva de CSIR-IHBT-RD-04 para citronelol contenido en aceite esencial se obtuvo en un régimen de temperatura relativamente alto (hasta 30 °C en 2022, en comparación con 26,50 °C en 2021) y clima seco (68,35 mm de lluvia y 48,15% de humedad relativa en 2022, en comparación con 108 mm de lluvia y 62,0% de humedad relativa en 2021) durante el período de floración. Anteriormente se ha observado un tipo similar de diferencia en los compuestos de los aceites esenciales, lo que confirma la influencia de las condiciones ecológicas y ambientales35, los factores genéticos36 y la poscosecha en la biosíntesis de metabolitos secundarios.

Nuestros resultados para los principales compuestos de aceite esencial de rosa damascena se alinean con los informes anteriores en los que los alcoholes monoterpénicos acíclicos (citronelol y geraniol) y los hidrocarburos de cadena larga (n-nonadecano y heneicosano) eran los componentes principales1,37. El alcohol monoterpénico acíclico, es decir, el citronelol, es responsable del aroma a rosas del aceite esencial1,38. Una mayor cantidad de citronelol en el aceite esencial indica una mayor calidad1. Estudios anteriores reportaron la cantidad más alta de 42% de citronelol en el aceite esencial de rosa de damasco de las condiciones del Himalaya occidental39. El indicador más importante/sensible de la calidad del olor del aceite de rosa damascena es la relación citronelol/geraniol (relación C/G) entre 1,25 y 1,301,38. En nuestro presente estudio, la relación C/G para las muestras de aceite esencial varía de 1,18 a 1,93 %. La selección clonal CSIR-IHBT-RD-04 fue superior en rendimiento de flores y frecuencia de flores/planta/día en comparación con otras líneas clonales. El contenido de aceite esencial fue mayor en CSIR-IHBT-RD-04 durante ambos años en comparación con otras líneas clonales, excepto la variedad testigo Himroz. Según el perfil de GC-MS del aceite esencial, CSIR-IHBT-RD-04 captura una diversidad quimiotípica única en términos del contenido más alto de citronelol (37,20 % en 2021 y 44,75 % en 2022). La relación C/G también fue significativamente mayor en CSIR-IHBT-RD-04 durante 2022. La línea clonal CSIR-IHBT-RD-04 también se ha registrado en el Comité de Registro de Germoplasma de Plantas del Consejo Indio de Investigación Agrícola, Nueva Delhi, bajo el número de acceso IC0635435, INGR20105 como nuevo germoplasma basado en sus peculiares características.

El presente estudio investigó las variaciones de los rasgos florales, el perfil de aceite esencial de las cuatro líneas clonales y dos variedades testigo de rosa damascena. El estudio se llevó a cabo para identificar una selección clonal superior para un alto rendimiento y una composición de aceite de calidad. La selección CSIR-IHBT-RD-04 fue superior en rendimiento de flores y tuvo mayor frecuencia de flores/planta/día que otras líneas clonales. El contenido de aceite esencial también fue mayor en CSIR-IHBT-RD-04 en comparación con otras líneas clonales, excepto la variedad testigo Himroz. Según el perfil de GC-MS del aceite esencial, CSIR-IHBT-RD-04 muestra una diversidad quimiotípica única en términos del mayor contenido de citronelol y la relación citronelol/geraniol (C/G), que es el principal indicador de alta calidad. La selección clonal CSIR-IHBT-RD-04 puede utilizarse como línea parental en el programa de hibridación para el mejoramiento genético de la rosa damascena.

Todos los datos asociados se encuentran dentro del manuscrito.

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Descargar referencias

Los autores agradecen al Dr. Sanjay Kumar, Director de IHBT, Palampur, por su constante estímulo para este trabajo. Agradecemos al Dr. Rakesh Kumar por compartir el material de plantación de las variedades de rosas damascenas 'Jwala' y 'Himroz' para el estudio ya la Sra. Vijaylata Pathania por el apoyo técnico. Los autores agradecen al Consejo de Investigación Científica e Industrial (CSIR), Gobierno de la India, por la ayuda financiera. Este trabajo de investigación se ha llevado a cabo en el marco del proyecto CSIR Aroma Mission. Esta es la Publicación IHBT Número 5235.

Academia de Investigación Científica e Innovadora, Ghaziabad, Uttar Pradesh, 201002, India

Ajay Kumar, Rahul Dev Gautam y Sanatsujat Singh

División de Agrotecnología, Consejo de Investigación Científica e Industrial—Instituto de Tecnología de Biorecursos del Himalaya, Apartado Postal No. 6, Palampur, Himachal Pradesh, 176 061, India

Ajay Kumar, Rahul Dev Gautam, Satbeer Singh, Ramesh Chauhan, Ashok Kumar y Sanatsujat Singh

División de Tecnología Química, Consejo de Investigación Científica e Industrial—Instituto de Tecnología de Biorecursos del Himalaya, Apartado Postal No. 6, Palampur, Himachal Pradesh, 176 061, India

Manish Kumar y Dinesh Kumar

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AK: registro de datos para rasgos florales, análisis de datos GC-MS y redacción de manuscritos. RDG: extracción de aceite esencial. Satbeer S.: análisis de datos. RC: implementación de prácticas agronómicas estándar en experimentos. MK: cálculo de datos petroleros. DK: evaluación química del aceite esencial y edición de manuscritos. AK: sugerencias importantes y edición. Sanatsujat S.: conceptualización, planificación y seguimiento del experimento y edición del manuscrito.

Correspondencia a Sanatsujat Singh.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Kumar, A., Gautam, RD, Singh, S. et al. El fenotipado de los rasgos florales y el perfil del aceite esencial revelaron variaciones considerables en las selecciones clonales de rosa damascena (Rosa damascena Mill.). Informe científico 13, 8101 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34972-5

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Recibido: 24 enero 2023

Aceptado: 10 de mayo de 2023

Publicado: 19 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34972-5

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