Tattarijauho

Genomiresurssit

Tattarin proteiinien, flavonoidien, flavonien, fytosterolien, tiamiinia sitovien proteiinien ja muiden harvinaisten yhdisteiden toiminnallisuutta ja ominaisuuksia on tutkittu paljon (Li ja Zhang, 2001; Tomotake ym., 2002; Kreft ym., 2006; Zielinski ym., 2009). Genomiresursseja, kuten hyviä linkityskarttoja, erilaisia molekyylimarkkereita, EST-kirjastoja, suuria DNA-kirjastoja jne. on kuitenkin vain rajoitetusti saatavilla. Lajisuhteiden ymmärtämisestä molekyylimarkkereiden, kuten polymeeriketjureaktioon (PCR) perustuvan DNA-sormenjäljen, avulla, jota on käytetty osoittamaan lajisuhteita intialaisessa Fagopyrum-lajistossa, on vain hajanaisia raportteja. Fagopyrum-lajin 75 satunnaisesta 10-mereenisestä alukkeesta, joita testattiin 14:llä lajilla ja kahdella alalajilla, vain 19 tuotti toistettavissa olevia kaistoja (Sharma ja Jana, 2002a). Yhteensä havaittiin 364 nauhaa, keskimäärin 19,15 nauhaa aluketta kohden, joista 99,45 prosenttia oli polymorfisia, mikä auttoi selvittämään Fagopyrumin lajien välisiä suhteita (Sharma ja Jana, 2002b). Luonnehdimme myös 51 F. esculentum- (29), F. tataricum- (20) ja F. cymosum -lajin (2) liittymää satunnaisesti monistetun polymorfisen DNA:n (RAPD) avulla (Sethilkumarn ym., 2007). Lajikohtaiset populaatiotiedot osoittivat, että F. tataricum oli suhteellisesti polymorfisempi kuin F. esculentum -liitokset. Odotettavissa oleva heterotsygotia oli suurempi F. esculentum -lajin osalta, koska se on luonteeltaan outcrossing. Arvioitu fiksaatioindeksin (FST) arvo osoitti, että lajin populaatioiden välinen erilaistuminen on vyöhykkeittäin vähäistä. Lajikohtainen populaatiorakenne osoitti enemmän monimuotoisuutta lajien välillä kuin vyöhykkeiden välillä. Lajien välinen erilaistuminen on voimakasta, kuten laskettu FST-arvo osoittaa, joka ylittää 95 prosentin ylärajan. RAPD-analyysi osoitti myös, että F. cymosum oli suhteellisesti lähempänä F. esculentumia kuin F. tataricumia. F. esculentumille ja F. homotropicumille on kehitetty geneettinen kartta 223 AFLP-markkerin ja 211 AFLP-markkerin perusteella (Yasui et al., 2004). F. homotropicum -lajin kartassa on kahdeksan linkitysryhmää ja 211 AFLP-markkeria, jotka kattavat 548,9 cM. Mikrosatelliittimarkkereita on kehitetty tavalliselle tattarille sekvensoimalla 2785 kloonia kirjastoista, ja osoitettiin, että 1483 kloonia sisälsi mikrosatelliitteja, jotka olivat rikastuneet (CT)n- ja (GT)n-toistoille. Aloitinpareja suunniteltiin 237 mikrosatelliittipaikalle, joista 180 aloitinparia monistettiin. Näistä 44 alukeparia arvioitiin niiden kyvyn havaita variaatioita tavallisissa tattaripopulaatioissa, ja niitä käytettiin seitsemässä sukulaislajissa Fagopyrum, mukaan lukien F. tataricum (Konishi et al., 2006). Yksi bakteerien keinotekoinen kromosomikirjasto (BAC-kirjasto) on rakennettu luonnonvaraisesta tattarilajista, F. homotropicumista (Nagano et al., 2001). Tavallisesta tattarista kehitettyjen 17 EST-alkuaineen soveltuvuutta testattiin muissa luonnonvaraisissa ja viljellyissä Fagopyrum-lajeissa (Joshi et al., 2006). Monistustuotteiden kaistojen intensiteetti oli erilainen. Tulokset osoittivat, että tavalliselle tattarille kehitettyjen EST-markkereiden siirrettävyys väheni lajien välisen geneettisen etäisyyden kasvaessa.

SSR:t tunnistettiin EST:istä käyttäen PGG Bioinformatics -ohjelmaa osoitteessa (http://hornbill.cspp.latrobe.edu.au/cgi-binpub/autosnip/index_autosnip.pl) ja niiden monistamista varten suunniteltiin alukkeet. Alukepareja suunniteltiin ja syntetisoitiin 141 SSR:lle toistopituuden perusteella, joista 13 SSR:ää monistettiin onnistuneesti F. tataricum -genotyypeillä, mikä osoittaa SSR:ien huonoa siirrettävyyttä. Viisikymmentäneljä SSR:ää, jotka Konishi et al. (2006) olivat tunnistaneet F. esculentumissa, testattiin myös valituilla F. tataricumin lajikkeilla, mutta valituilla lajikkeilla ei havaittu polymorfismia.

Yritimme myös tutkia rutiinin biosynteesiin osallistuvien geenien vertailevaa genomiikkaa. Rutiinin biosynteesireittiä on selvitetty eri kasvilajeissa. Yhdeksän geeniä, joiden tiedetään osallistuvan rutiinin biosynteesireittiin, ovat: 4-kumaryyli CoA -ligaasi (4CL), kalkonisyntaasi (CHS), kalkoni-isomeraasi, flavonolisyntaasi, flavanoni-3-hydroksylaasi (F3H), flavanoni-3′-hydroksylaasi ja glukosyyli/rhamnosyylitransferaasi. Näistä kaksi geeniä, CHS ja glukosyylitransferaasi, on tunnistettu F. esculentumissa ja F. tataricumissa (Hrazdina et al., 1986; Suzuki et al., 2005b). Käytimme vertailevaa genomiikkaa tunnistamaan ja kloonaamaan loput rutiinin biosynteesigeenit tatarin tattarissa. Koska suurin osa geeneistä esiintyy useina kopioina kasvien genomissa, käytimme Arabidopsiksen genomitietoja kunkin geenin merkittävimmän kopion tunnistamiseen.

Rutiinin biosynteesiin osallistuvien geenien nukleotidi- ja proteiinisekvenssit haettiin eri kasvilajeista, ja moninkertaiset sekvenssikohdistukset (multiple sequence alignments) tehtiin sekvenssiyhtäläisyyksien laajuuden selvittämiseksi. Primeriparit suunniteltiin dikotomisista kasveista haettujen geenisekvenssien konservoiduilta alueilta ja testattiin sitten Fagopyrum-lajeilla (tavallinen tattari, tataari-tattari ja riisi-tataari-tattari). Kaikki geenit monistettiin Fagopyrumissa. CHS:n, 4CL:n ja glukosyyli-/rhamnosyylitransferaasien osalta saavutimme yksikaistaisen amplifikaation, kun taas F3H:n ja C4H:n osalta geenit monistettiin moninkertaisina. F. tataricum -genotyyppejä, joiden rutiinipitoisuus vaihtelee vastakkaisesti, käytetään rutiinin biosynteesiin osallistuvien geenien DNA-sekvenssivaihteluiden tunnistamiseen. Yksinukleotidipolymorfismien tunnistamisella korkean ja matalan rutiinipitoisuuden genotyypeissä on suuri merkitys tattarin molekyylijalostuksessa korkean rutiinipitoisuuden saavuttamiseksi. Korkean rutiinipitoisuuden genotyyppejä käytetään myös rutiinin biosynteesiä säätelevien säätelygeenien tunnistamiseen differentiaalisen näyttöanalyysin avulla. Olemme myös rakentamassa BAC-kirjastoa korkean rutiinipitoisuuden omaavasta, helposti kuorittavasta genotyypistä, ja lopullisena tavoitteena on kloonata hyödyllisiä geenejä. BAC-kirjasto olisi erittäin hyödyllinen F. tataricumin genomiikan harjoittamisessa.

Gupta et al. (2012) tutkivat cDNA-AFLP:n avulla differentiaalista transkriptioprofilointia siementen kypsymisvaiheissa (kukinnosta siementen kypsymiseen) 32:lla alukekombinaatiolla, jotka tuottivat yhteensä 509 transkriptiofragmenttia (TDF). Sata kuusikymmentäseitsemän TDF:ää eluoitiin, kloonattiin ja sekvensoitiin F. tataricumista ja F. esculentumista. TDF:t edustivat geenejä, jotka kontrolloivat erilaisia biologisia prosesseja, kuten perus- ja sekundaarimetaboliaa (33 %), säätelyä (18 %), signaalinsiirtoa (14 %), kuljetusta (13 %), solujen järjestäytymistä (10 %) sekä fotosynteesiä ja energiaa (4 %), ja useimpien TDF:ien, lukuun ottamatta niitä, jotka kuuluivat solujen aineenvaihduntaan, transkriptioiden määrä oli suhteellisesti korkeampi F. tataricumissa kuin F. esculentumissa. He päättelivät, että rakenteellisten geenien lisäksi myös muut geeniluokat, kuten säätelijät, muuntajat ja kuljettajat, ovat tärkeitä flavonoidipitoisuuden biosynteesissä ja kertymisessä kasveissa. cDNA-AFLP-tekniikkaa käytettiin menestyksekkäästi sellaisten geenien talteenottoon, jotka vaikuttavat eroihin rutiinipitoisuudessa Fagopyrum-lajien siementen kypsymisvaiheissa. TDF:ien transkriptioiden lisääntynyt runsaus siirryttäessä kukista siementen kypsymisvaiheeseen viittaa siihen, että ne ovat osallisina paitsi F. tataricumin korkeampaan rutiinipitoisuuteen F. esculentumiin verrattuna myös edellisen ravitsemukselliseen paremmuuteen.

Testasimme myös geenispesifisiä STS-markkereita 91:llä tattarilajikkeella, jotta voisimme selvittää alleelista monimuotoisuutta näissä lokuksissa. Seulotuista 27:stä STS-loosista vain 18:sta saatiin määrityskelpoisia monisteita. Loput yhdeksän aluketta joko monistivat nolla-alleelin (epätodennäköistä) tai vaativat eri alueen valintaa geenin sisällä, jotta PCR-tuote olisi havaittavissa. BW16 monisti vain yhden alleelin, kun taas BW10 monisti jopa viisi alleelia. Muista merkkiaineista kahdeksan merkkiainetta monisti kaksi alleelia, kuusi merkkiainetta monisti kolme alleelia ja kaksi merkkiainetta monisti neljä alleelia. Keskimäärin nämä STS-alukkeet monistivat 2,7 nauhaa lokusta kohti. Neljä STS-markkeria, BW10 (Fe2SA1, 8 kD:n allergeeniproteiini), BW12 (tärkein allergeeninen varastoproteiini, FAGAG1), BW22 (siementen kehityksen aikana vähentynyt proteiini) ja BW27 (proteinaasi-inhibiittori, BTIw1), osoittivat huomattavaa polymorfismia (PIC-arvo > 0,5) 91:ssä tattarin lisäyksessä. Markkerit osoittivat kuitenkin kaiken kaikkiaan kohtalaisia arvioita polymorfisesta tietosisällöstä (0,268), havaitusta heterotsygotiasta (0,259) ja odotetusta heterotsygotiasta (0,318). Yksi mahdollinen syy kohtalaisiin polymorfismin estimaatteihin voi olla se, että STS-lokukset sijaitsivat tärkeimmistä toiminnoista vastaavissa geeneissä, minkä vuoksi sekvenssit saattoivat olla suhteellisen konservoituneita.

Markkereiden ja fenotyyppien assosiaatio osoitti, että 24:stä morfologisesta ominaisuudesta 18:lla ominaisuudella ei ollut minkäänlaista yhteyttä markkeriprofiileihin. Testipaino, kypsymispäivät, lehtien pituus, päähaarojen lukumäärä, kasvin korkeus ja siementen muoto osoittivat eriasteisia merkkiaine-ominaisuusyhteyksiä. STS-markkereiden kanssa assosioituneet geenit olivat BW10 (8 kD:n allergeeniproteiini), BW18 (asparagiiniproteinaasi 9), BW13 (legumiinin kaltainen proteiini), BW17 (kalkonisyntaasi), BW22 (siementen kehittymisen aikana vähentynyt proteiini), BW09 (13S-globuliini), BW25 (sysperoksiredoksiini) ja BW24 (fagopyritolisyntaasi 1). Tulokset kannustavat seulomaan lisää ituplasmalinjoja ja käyttämään kartoituspopulaatioiden seulontakartoituksessa markkereita, joiden oletetaan olevan yhteydessä tiettyihin ominaisuuksiin.

Tattarin käyttötarkoitukset

Tattari on viljelykasvi, jolla on valtavia agronomisia ja ravitsemuksellisia etuja. Tattarijauholla on lukuisia käyttötarkoituksia. Sitä käytetään pannukakkuseoksissa sekä erilaisissa leivissä. Sitä sekoitetaan usein vehnäjauhon kanssa leivän, pastatuotteiden ja joidenkin aamiaismurojen valmistukseen (Robinson, 1980). Tattarijauhoa, joka tunnetaan Intiassa yleisesti nimellä kuttu ka atta, syödään brata- eli paastopäivinä, sillä se on yksi tällaisten tilaisuuksien laillisista elintarvikkeista. Toisinaan jauhosta tehdään tahna, johon lisätään vihanneksia ja suolaa, ja siitä tehdään pieniä palloja, jotka paistetaan ja tarjoillaan kuumina, paikallisesti nimellä pakoras; muita samankaltaisia suolalla maustettuja valmisteita kutsutaan Intiassa nimillä chillare ja jalebi tai Nepalissa nimillä sil ja fulaura, tai, kun ne valmistetaan sokerin kanssa, nimellä puwa itäisellä ja halwa läntisellä Himalajalla. Sitä myös murskataan ja keitetään riisin tavoin, ja sitä käytetään riisin korvikkeena. Tattari täydentää hyvin viljajauhoja, ja sitä voidaan käyttää niiden ravitsemuksellisen laadun parantamiseen, koska se sisältää runsaasti välttämättömiä aminohappoja. Tutkimukset ovat osoittaneet, että jopa 60 prosenttia tattarijauhoa sekoitettuna vehnäjauhoon voi tuottaa hyväksyttävää leipää (Pomeranz, 1983). Venäjällä tattarirouhetta tarjotaan osana sotilaiden annoksia ja keitetään voin, talin tai hampunsiemenöljyn kanssa.

Viime aikoina tattari on otettu käyttöön myös ravitsemuksellisena elintarvikkeena. Nutraceutical määritellään aineeksi, joka on elintarvike tai elintarvikkeen osa ja josta on lääketieteellistä tai terveydellistä hyötyä, mukaan lukien sairauksien ehkäisy ja hoito (DeFelice, 1994). Tattari sisältää P-vitamiinia, joka sisältää flavonoidi rutiinia. Rutiinin tiedetään vähentävän tehokkaasti veren kolesterolipitoisuutta. Lisäksi tattari on tehokas korkean verenpaineen ehkäisykeino. Rutiinin tiedetään pitävän kapillaarit ja valtimot vahvoina ja joustavina. Tattarin sisältämän rutiinin tehoa vahvistaa C-vitamiinin lisääminen. 30 g tattarin säännöllisen nauttimisen on osoitettu alentavan verenpainetta muista tekijöistä, kuten iästä ja painosta, riippumatta. Yhteistyössä Johns Hopkinsin lääketieteellisen instituutin kanssa tehdyssä tutkimuksessa Jiang ym. (1995) raportoivat, että henkilöillä, jotka käyttivät eniten tattaria, oli alhaisin verenpaine. Kukkivat tattaripellot voivat toimia arvokkaana nektarin lähteenä mehiläisille. Tattarista tuotettu hunaja on tyypillisesti tummaa ja voimakkaamman makuista kuin apilasta tuotettu hunaja, ja jotkut kuluttajat suosivat sitä.