Pohanková mouka

Genomové zdroje

Výzkum funkcí a vlastností pohankových proteinů, flavonoidů, flavonů, fytosterolů, proteinů vážících thiamin a dalších vzácných sloučenin byl již značně rozsáhlý (Li a Zhang, 2001; Tomotake a kol., 2002; Kreft a kol., 2006; Zielinski a kol., 2009). Dostupnost genomových zdrojů, jako je kvalitní mapa vazeb, různé třídy molekulárních markerů, knihovny EST, knihovny velkých vložených DNA atd. je však omezená. Existují kusé zprávy o pochopení druhové příbuznosti pomocí molekulárních markerů, jako je například DNA fingerprinting založený na polymerní řetězové reakci (PCR), který byl použit k prokázání druhové příbuznosti u indického rodu Fagopyrum. Ze 75 náhodných 10merových primerů testovaných na 14 druzích a dvou poddruzích Fagopyrum jich pouze 19 vytvořilo reprodukovatelné pásy (Sharma a Jana, 2002a). Celkem bylo pozorováno 364 pásů s průměrem 19,15 pásů na primer, z nichž 99,45 % bylo polymorfních, což pomohlo objasnit mezidruhové vztahy u Fagopyrum (Sharma a Jana, 2002b). Dále jsme charakterizovali 51 vzorků F. esculentum (29), F. tataricum (20) a F. cymosum (2) pomocí náhodně amplifikované polymorfní DNA (RAPD) (Sethilkumarn et al., 2007). Údaje o druhové populaci ukázaly, že F. tataricum je relativně více polymorfní než vzorky F. esculentum. Očekávaná heterozygotnost byla vyšší u F. esculentum vzhledem k jeho outcrossingovému charakteru. Odhadnutá hodnota fixačního indexu (FST) naznačovala nízkou diferenciaci mezi populacemi druhu zónově. Druhová struktura populací naznačovala větší diverzitu mezi druhy než diverzitu mezi zónami. Diferenciace mezi druhy je silná, jak ukazuje vypočtená hodnota FST, která se pohybuje nad horní hranicí 95 %. Analýza RAPD také ukázala, že F. cymosum je relativně bližší F. esculentum než F. tataricum. Byla vytvořena genetická mapa pro F. esculentum a F. homotropicum na základě 223, resp. 211 AFLP markerů (Yasui et al., 2004). Mapa F. homotropicum má osm vazebných skupin s 211 AFLP markery pokrývajícími 548,9 cM. U pohanky obecné byly vyvinuty mikrosatelitní markery sekvenováním 2785 klonů z knihoven a ukázalo se, že 1483 klonů obsahuje mikrosatelity obohacené o (CT)n a (GT)n repetice. Byly navrženy páry primerů pro 237 mikrosatelitních lokusů, z nichž bylo amplifikováno 180 párů primerů. Z toho 44 párů primerů bylo vyhodnoceno z hlediska jejich schopnosti detekovat odchylky v běžných populacích pohanky a využito u sedmi příbuzných druhů Fagopyrum včetně F. tataricum (Konishi et al., 2006). Jedna bakteriální umělá chromozomální (BAC) knihovna byla zkonstruována z divokého druhu pohanky, F. homotropicum (Nagano et al., 2001). Použitelnost 17 EST primerů vyvinutých z pohanky obecné byla testována u dalších planých a kulturních druhů rodu Fagopyrum (Joshi et al., 2006). Amplifikační produkty se lišily intenzitou pásů. Výsledky ukázaly, že přenositelnost EST markerů vyvinutých pro pohanku obecnou klesá s nárůstem genetické vzdálenosti mezi druhy.

SSR byly identifikovány v EST pomocí PGG Bioinformatics at (http://hornbill.cspp.latrobe.edu.au/cgi-binpub/autosnip/index_autosnip.pl) a byly navrženy primery pro jejich amplifikaci. Byly navrženy a syntetizovány páry primerů pro 141 SSR na základě délky opakování, z nichž 13 SSR bylo úspěšně amplifikováno na genotypech F. tataricum, což ukazuje na špatnou přenositelnost SSR. Padesát čtyři SSR, které byly identifikovány Konishi et al. (2006) u F. esculentum, byly také testovány na vybraných vzorcích F. tataricum, ale na vybraných vzorcích nebyl nalezen žádný polymorfismus.

Pokusili jsme se také studovat srovnávací genomiku genů zapojených do biosyntézy rutinu. Dráha biosyntézy rutinu byla objasněna u různých druhů rostlin. Je známo devět genů, které se podílejí na dráze biosyntézy rutinu: Fenylalanin ammonia-lyasa, cinnamate-4-hydroxylasa (C4H), 4-coumaryl CoA ligasa (4CL), chalcone synthase (CHS), chalcone isomerase, flavonol synthase, flavanone-3-hydroxylasa (F3H), flavanone-3′-hydroxylasa a glucosyl/rhamnosyl transferase. Z nich byly u F. esculentum a F. tataricum identifikovány dva geny, CHS a glukosyltransferáza (Hrazdina et al., 1986; Suzuki et al., 2005b). K identifikaci a klonování zbývajících genů pro biosyntézu rutinu v pohance tatarské jsme použili srovnávací genomiku. Protože většina genů je v genomech rostlin přítomna ve více kopiích, použili jsme informace o genomu Arabidopsis k identifikaci nejvýznamnější kopie každého genu.

Nukleotidové a proteinové sekvence genů zapojených do biosyntézy rutinu byly získány z různých druhů rostlin a byla provedena mnohonásobná zarovnání sekvencí, aby se zjistila míra podobnosti sekvencí. Primerové páry byly navrženy z konzervovaných oblastí genových sekvencí získaných z dvouděložných rostlin a poté testovány na druzích Fagopyrum (pohanka obecná, pohanka tatarská a pohanka rýžovo-tartarská). Všechny geny byly u rodu Fagopyrum amplifikovány. Jednopásmové amplifikace jsme dosáhli u CHS, 4CL a glukosyl/rhamnosyltransferáz, zatímco v případě F3H a C4H bylo amplifikováno více kopií genů. Genotypy F. tataricum vykazující kontrastní rozdíly v obsahu rutinu jsou využívány při identifikaci variací sekvence DNA v genech zapojených do biosyntézy rutinu. Identifikace jednonukleotidových polymorfismů u genotypů s vysokým a nízkým obsahem rutinu bude mít velký význam pro molekulární šlechtění pohanky na vysoký obsah rutinu. Genotypy s vysokým obsahem rutinu se také využívají při identifikaci regulačních genů řídících biosyntézu rutinu pomocí analýzy diferenciálního zobrazení. Vytváříme také knihovnu BAC z genotypu s vysokým obsahem rutinu, který se snadno odlupuje, s konečným cílem klonovat užitečné geny. Knihovna BAC by byla velmi užitečná při pokračování genomiky F. tataricum.

Gupta et al. (2012) studovali diferenciální profilování transkriptů pomocí cDNA-AFLP ve fázích zrání semen (od květenství po zrání semen) s 32 kombinacemi primerů, které generovaly celkem 509 fragmentů transkriptů (TDF). Sto šedesát sedm TDF bylo následně eluováno, klonováno a sekvenováno z F. tataricum a F. esculentum. TDF představovaly geny řídící různé biologické procesy, jako je základní a sekundární metabolismus (33 %), regulace (18 %), přenos signálu (14 %), transport (13 %), buněčná organizace (10 %) a fotosyntéza a energie (4 %), a většina TDF s výjimkou těch, které patří do buněčného metabolismu, vykazovala relativně vyšší množství transkriptů u F. tataricum než u F. esculentum. Došli k závěru, že kromě strukturních genů jsou pro biosyntézu a akumulaci obsahu flavonoidů v rostlinách důležité i další třídy genů, jako jsou regulátory, modifikátory a transportéry. cDNA-AFLP technologie byla úspěšně využita k zachycení genů, které přispívají k rozdílům v obsahu rutinu ve fázích zrání semen druhů rodu Fagopyrum. Zvýšená abundance transkriptů TDF během přechodu od květů k dozrávání semen naznačuje jejich podíl nejen na vyšším obsahu rutinu u F. tataricum oproti F. esculentum, ale také na nutriční nadřazenosti prvního z nich.

Testovali jsme také genově specifické STS markery na 91 vzorcích pohanky, abychom objasnili alelickou diverzitu v těchto lokusech. Z 27 testovaných STS lokusů se vrátilo pouze 18 amplifikátů, které bylo možné testovat. Zbývajících devět primerů buď amplifikovalo nulovou alelu (méně pravděpodobné), nebo vyžadovalo selekci jiné oblasti v rámci genu pro detekovatelný produkt PCR. BW16 amplifikoval pouze jednu alelu, zatímco BW10 amplifikoval až pět alel. Z ostatních osm markerů amplifikovalo dvě alely, šest markerů amplifikovalo tři a dva markery amplifikovaly čtyři alely. V průměru tyto STS primery amplifikovaly 2,7 pásů na lokus. Čtyři z STS markerů, BW10 (Fe2SA1, 8 kD alergenní protein), BW12 (hlavní alergenní zásobní protein, FAGAG1), BW22 (pokleslý protein během vývoje semen) a BW27 (inhibitor proteináz, BTIw1), vykazovaly značný polymorfismus (PIC > 0,5) mezi 91 vzorky pohanky. Celkově však markery vykazovaly střední odhady obsahu polymorfní informace (0,268), pozorované heterozygotnosti (0,259) a očekávané heterozygotnosti (0,318). Jedním z možných důvodů mírných odhadů polymorfismu by mohlo být to, že STS lokusy se nacházely v genech zodpovědných za hlavní funkce, a proto by sekvence mohly být relativně konzervované.

Asociace markerů s fenotypy ukázala, že z 24 morfologických znaků nevykazovalo 18 znaků absolutně žádnou vazbu s profily markerů. Testovací hmotnost, dny do zralosti, délka listů, počet primárních větví, výška rostlin a tvar semen vykazovaly různý stupeň asociace mezi markerem a znakem. STS marker-hostitelské geny vykazující asociaci byly BW10 (8 kD alergenní protein), BW18 (asparaginová proteináza 9), BW13(legumin-like protein), BW17 (chalkon-syntáza), BW22 (pokleslý protein během vývoje semen), BW09 (13S globulin), BW25 (cysperoxiredoxin) a BW24 (fagopyritol-syntáza 1). The results encourage the screening of more germplasm lines and deploy the markers identified to be putatively associated with specific traits to screen-mapping populations.

Využití pohanky

Pohanka je plodina, která má obrovské agronomické a nutriční výhody. Pohanková mouka má četné využití. Používá se do palačinkových směsí i do různých druhů chleba. Často se mísí s pšeničnou moukou pro použití v chlebu, těstovinových výrobcích a některých snídaňových cereáliích (Robinson, 1980). Pohanková mouka, v Indii známá jako kuttu ka atta, se konzumuje ve dnech půstu, kdy je jednou ze zákonem povolených potravin pro tyto příležitosti. Příležitostně se mouka zpracovává na kaši, do které se přidává zelenina a sůl, a dělají se z ní malé kuličky, které se smaží a podávají teplé, místně nazývané pakoras; další podobné slané přípravky se nazývají chillare a jalebi v Indii nebo sil a fulaura v Nepálu, nebo, pokud se připravují s cukrem, puwa ve východním a halwa v západním Himálaji. Také se rozemílá a vaří jako rýže a konzumuje se jako náhražka rýže. Pohanka zcela doplňuje obilné mouky a může být použita ke zlepšení jejich nutriční kvality, protože má vysoký obsah esenciálních aminokyselin. Studie ukázaly, že až z 60 % pohankové mouky smíchané s pšeničnou moukou lze vyrobit přijatelný chléb (Pomeranz, 1983). Pohankové kroupy se v Rusku podávají jako součást přídělů vojáků a vaří se s máslem, lojem nebo konopným olejem.

V poslední době se pohanka začala používat také jako nutraceutická potravina. Nutraceutikum je definováno jako jakákoli látka, která je potravinou nebo součástí potraviny a poskytuje lékařské nebo zdravotní výhody, včetně prevence a léčby nemocí (DeFelice, 1994). Pohanka obsahuje vitamin P, který obsahuje flavonoid rutin. Rutin je známý svou účinností při snižování počtu cholesterolu v krvi. Kromě toho je pohanka účinným preventivním prostředkem proti vysokému krevnímu tlaku. Rutin je známý tím, že udržuje kapiláry a tepny silné a pružné. Účinnost rutinu v pohance je posílena přídavkem vitaminu C. Bylo prokázáno, že pravidelná konzumace 30 g pohanky snižuje krevní tlak bez ohledu na další faktory, jako je věk a hmotnost. Ve studii provedené ve spolupráci s Johns Hopkins Medical Institute Jiang et al. (1995) uvedli, že osoby, které konzumovaly největší množství pohanky, měly nejnižší krevní tlak. Kvetoucí pohanková pole mohou sloužit jako cenný zdroj nektaru pro včely. Med vyrobený z pohanky je obvykle tmavý a má výraznější chuť než med vyrobený z jetele a někteří spotřebitelé mu dávají přednost.

.