Boekweitmeel

Het ontbreken van een goed ontwikkelde koppelingskaart en de beschikbaarheid van een beperkt aantal moleculaire merkers in boekweit zette ons aan tot het zoeken naar in silico alternatieven voor een snelle identificatie van aanvullende moleculaire merkers. Wij hebben gebruik gemaakt van EST’s die beschikbaar zijn in andere plantensoorten die behoren tot een taxonomisch gemeenschappelijke orde van Fagopyrum-soorten. Boekweit behoort tot de familie Polygonaceae en de orde Caryophyllales, daarom kozen we die plantensoorten die onder dezelfde orde vallen voor identificatie van moleculaire merkers zoals SSR’s. Alle in een bepaalde plantensoort beschikbare EST’s (tabel 9.5) werden gedownload uit de databank TIGR (http://compbio.dfci.harvard.edu/tgi/tgipage.html).

De SSR’s werden geïdentificeerd in EST’s met behulp van PGG Bioinformatica op (http://hornbill.cspp.latrobe.edu.au/cgi-binpub/autosnip/index_autosnip.pl) en er werden primers ontworpen voor de amplificatie ervan. Er werden primerparen ontworpen en gesynthetiseerd voor 141 SSR’s op basis van de herhaallengte, waarvan 13 SSR’s met succes werden geamplificeerd op F. tataricum genotypes, wat wijst op een slechte overdraagbaarheid van SSR’s. Vierenvijftig SSR’s, die door Konishi et al. (2006) in F. esculentum werden geïdentificeerd, werden ook getest op geselecteerde accessies van F. tataricum, maar er werd geen polymorfisme gevonden op de geselecteerde accessies.

We probeerden ook de vergelijkende genomica te bestuderen van genen die betrokken zijn bij de biosynthese van rutine. De biosynthese van rutine is in verschillende plantensoorten opgehelderd. Negen genen waarvan bekend is dat ze betrokken zijn bij de biosynthese van rutine zijn: fenylalanine ammonia-lyase, cinnamaat-4-hydroxylase (C4H), 4-coumaryl CoA ligase (4CL), chalcone synthase (CHS), chalcone isomerase, flavonol synthase, flavanon-3-hydroxylase (F3H), flavanon-3′-hydroxylase, en glucosyl/rhamnosyl transferase. Hiervan zijn twee genen, CHS en glucosyl transferase, geïdentificeerd in respectievelijk F. esculentum en F. tataricum (Hrazdina et al., 1986; Suzuki et al., 2005b). Wij gebruikten vergelijkende genomica om de resterende rutine biosynthese genen in Tartary boekweit te identificeren en te klonen. Aangezien de meeste genen in meerdere kopieën in de genomen van planten aanwezig zijn, gebruikten we de Arabidopsis genoom informatie om de meest significante kopie van elk gen te identificeren.

De nucleotide en eiwit sequenties van genen betrokken bij de rutine biosynthese werden opgehaald uit verschillende plantensoorten en de meervoudige sequentie alignementen werden gedaan om de mate van sequentie gelijkenis te achterhalen. Primerparen werden ontworpen op basis van geconserveerde regio’s van gensequenties uit tweezaadlobbige planten en vervolgens getest op Fagopyrum-soorten (gewone boekweit, Tartary boekweit, en rijst-Tartary boekweit). Alle genen werden in Fagopyrum geamplificeerd. We bereikten enkelband amplificatie in CHS, 4CL, en glucosyl/rhamnosyl transferases, terwijl in het geval van F3H en C4H, meerdere kopieën van genen werden geamplificeerd. De F. tataricum genotypes met contrasterende variatie voor rutinegehalte worden gebruikt voor de identificatie van DNA-sequentievariaties in genen die betrokken zijn bij de rutinebiosynthese. De identificatie van single nucleotide polymorfismen in genotypes met een hoog versus een laag rutinegehalte zal van groot belang zijn bij de moleculaire veredeling van boekweit voor een hoog rutinegehalte. De genotypes met hoog rutinegehalte worden ook gebruikt voor de identificatie van regulatorische genen die de biosynthese van rutine controleren via differentiële displayanalyse. We zijn ook een BAC-bibliotheek aan het samenstellen van een genotype met hoog rutinegehalte dat gemakkelijk kan worden gepeld, met het uiteindelijke doel nuttige genen te klonen. De BAC-bibliotheek zou zeer nuttig zijn in de genomica van F. tataricum.

Gupta et al. (2012) onderzochten differentiële transcript profilering via cDNA-AFLP in zaadrijpingsstadia (bloeiwijze tot zaadrijping) met 32 primercombinaties die in totaal 509 transcriptfragmenten (TDFs) genereerden. Honderdzestig TDF’s werden vervolgens geëlueerd, gekloond en gesequeneerd uit F. tataricum en F. esculentum. De TDFs vertegenwoordigd genen controle verschillende biologische processen zoals basis-en secundair metabolisme (33%), regulering (18%), signaaltransductie (14%), transport (13%), cellulaire organisatie (10%), en fotosynthese en energie (4%) en de meeste van de TDFs met uitzondering van die welke behoren tot cellulair metabolisme toonde relatief hogere transcript abundantie in F. tataricum dan F. esculentum. Zij concludeerden dat naast structurele genen, andere klassen van genen zoals regulatoren, modificatoren en transporters ook belangrijk zijn in de biosynthese en accumulatie van flavonoïden in planten. cDNA-AFLP technologie werd met succes gebruikt om genen te identificeren die bijdragen tot verschillen in rutinegehalte in de rijpingsstadia van zaden van Fagopyrum soorten. Verhoogde transcriptie van TDF’s tijdens de overgang van bloemen naar zaadrijping suggereert hun betrokkenheid, niet alleen bij het hogere rutinegehalte van F. tataricum boven F. esculentum, maar ook bij de nutritionele superioriteit van eerstgenoemde.

We testten ook gen-specifieke STS-merkers tegen 91 boekweittoepassingen om de allel-diversiteit op deze loci op te helderen. Van de 27 gescreende STS-loci leverden er slechts 18 analyseerbare amplificaties op. De overige negen primers amplificeerden ofwel een nul-allel (minder waarschijnlijk) of er was selectie van een andere regio binnen het gen nodig voor een detecteerbaar PCR-product. BW16 amplificeerde slechts één allel, terwijl BW10 maar liefst vijf allelen amplificeerde. Van de overige markers amplificeerden acht markers twee allelen; zes markers amplificeerden drie allelen; en twee markers amplificeerden vier allelen. Gemiddeld amplificeerden deze STS-primers 2,7 banden per locus. Vier van de STS-merkers, BW10 (Fe2SA1, 8 kD allergeen eiwit), BW12 (belangrijk allergeen opslag eiwit, FAGAG1), BW22 (afgenomen eiwit tijdens zaadontwikkeling), en BW27 (proteinase inhibitor, BTIw1), vertoonden substantieel polymorfisme (PIC > 0.5) tussen de 91 boekweittoepassingen. Over het algemeen gaven de merkers echter matige schattingen van polymorfe informatie-inhoud (0,268), waargenomen heterozygositeit (0,259), en verwachte heterozygositeit (0,318). Een mogelijke reden voor de matige schatting van het polymorfisme zou kunnen zijn dat de STS-loci zich in genen bevinden die verantwoordelijk zijn voor belangrijke functies en dat de sequenties daarom relatief geconserveerd zouden kunnen zijn.

Verband tussen marker en fenotype toonde aan dat van de 24 morfologische kenmerken, 18 kenmerken absoluut geen linkage vertoonden met markerprofielen. Testgewicht, rijpheidsdagen, bladlengte, aantal primaire takken, planthoogte en zaadvorm vertoonden een wisselende mate van merker-trait associatie. De STS-merker-hostinggenen die associatie vertoonden waren BW10 (8 kD allergeen proteïne), BW18 (asparagine protease 9), BW13 (legumin-like proteïne), BW17 (chalcone synthase), BW22 (afgenomen proteïne tijdens zaadontwikkeling), BW09 (13S globuline), BW25 (cysperoxiredoxine), en BW24 (fagopyritol synthase 1). De resultaten moedigen het screenen van meer kiemplasmalijnen aan en het inzetten van de merkers waarvan is vastgesteld dat ze geassocieerd zijn met specifieke kenmerken voor het screenen van karterende populaties.

Toepassingen van boekweit

Boekweit is een gewas dat enorme agronomische en nutritionele voordelen biedt. Boekweitmeel heeft talrijke toepassingen. Het wordt gebruikt in pannenkoekenmixen en in diverse broden. Het wordt vaak gemengd met tarwemeel voor gebruik in brood, pastaproducten, en sommige ontbijtgranen (Robinson, 1980). Boekweitmeel, in India in de volksmond bekend als kuttu ka atta, wordt gegeten op brata of vastendagen, omdat het een van de geoorloofde voedingsmiddelen is voor dergelijke gelegenheden. Soms wordt van het meel een pasta gemaakt, waaraan groenten en zout worden toegevoegd, en worden er kleine balletjes van gebakken en heet geserveerd, plaatselijk pakoras genoemd; andere soortgelijke gezouten bereidingen heten chillare en jalebi in India of sil en fulaura in Nepal, of, wanneer bereid met suiker, puwa in de oostelijke en halwa in de westelijke Himalaya. Het wordt ook fijngestampt en gekookt als rijst en gegeten als vervanger van rijst. Boekweit is een goede aanvulling op meel van granen, en kan worden gebruikt om de voedingskwaliteit ervan te verbeteren, omdat het rijk is aan essentiële aminozuren. Studies hebben aangetoond dat tot 60% boekweitmeel gemengd met tarwemeel een aanvaardbaar brood kan opleveren (Pomeranz, 1983). In Rusland worden boekweitgrutten geserveerd als onderdeel van het soldatenrantsoen en gekookt met boter, talg of hennepzaadolie.

Recentelijk is boekweit ook geïntroduceerd als een nutraceutisch voedingsmiddel. Een nutraceutical wordt gedefinieerd als elke stof die een voedingsmiddel of deel van een voedingsmiddel is en medische of gezondheidsvoordelen biedt, inclusief de preventie en behandeling van ziekte (DeFelice, 1994). Boekweit bevat vitamine P, dat de flavonoïde rutine bevat. Rutine staat bekend om zijn effectiviteit bij het verlagen van het cholesterolgehalte in het bloed. Bovendien is boekweit een effectieve preventieve maatregel tegen hoge bloeddruk. Rutine staat erom bekend de haarvaten en slagaders sterk en soepel te houden. De doeltreffendheid van rutine in boekweit wordt versterkt door de toevoeging van vitamine C. Regelmatige consumptie van 30 g boekweit blijkt de bloeddruk te verlagen, ongeacht andere factoren zoals leeftijd en gewicht. In een onderzoek dat in samenwerking met het Johns Hopkins Medical Institute werd uitgevoerd, meldden Jiang et al. (1995) dat proefpersonen die de grootste hoeveelheid boekweit consumeerden, de laagste bloeddruk hadden. Boekweitvelden in bloei kunnen dienen als een waardevolle bron van nectar voor bijen. Honing van boekweit is meestal donker en heeft een sterkere smaak dan honing van klaver, en wordt door sommige consumenten geprefereerd.