Bockavelsmjöl

Genomresurser

En betydande mängd forskning har utförts om funktionaliteten och egenskaperna hos boveteproteiner, flavonoider, flavoner, fytosteroler, tiaminbindande proteiner och andra sällsynta föreningar (Li och Zhang, 2001; Tomotake et al., 2002; Kreft et al., 2006; Zielinski et al., 2009). Tillgången till genomresurser såsom en bra kopplingskarta, olika klasser av molekylära markörer, EST-bibliotek, stora insatta DNA-bibliotek osv. är dock begränsad. Det finns fragmentariska rapporter om att förstå artförhållandena med hjälp av molekylära markörer, t.ex. polymer chain reaction (PCR)-baserad DNA-fingerprinting, som har använts för att påvisa artförhållandena hos indiska Fagopyrum. Av de 75 slumpmässiga 10-mer primers som testades på 14 accessioner och två underarter av Fagopyrum genererade endast 19 reproducerbara band (Sharma och Jana, 2002a). Totalt observerades 364 band med i genomsnitt 19,15 band per primer, varav 99,45 % var polymorfa, vilket bidrog till att belysa släktskap mellan arter hos Fagopyrum (Sharma och Jana, 2002b). Vi karakteriserade också 51 accessioner av F. esculentum (29), F. tataricum (20) och F. cymosum (2) med hjälp av RAPD (random amplified polymorphic DNA) (Sethilkumarn et al., 2007). De artvisa populationsuppgifterna visade att F. tataricum var relativt sett mer polymorf än F. esculentum-tillgångarna. Den förväntade heterozygositeten var större för F. esculentum på grund av dess utkorsning. Det uppskattade fixeringsindexet (FST-värdet) visade på låg differentiering mellan populationer av en art i olika zoner. Populationsstrukturen för de olika arterna visade på större mångfald mellan arter än mångfald mellan zoner. Differentieringen mellan arter är stark, vilket framgår av det beräknade FST-värdet som ligger över den övre 95-procentsgränsen. RAPD-analysen visade också att F. cymosum låg relativt sett närmare F. esculentum än F. tataricum. En genetisk karta för F. esculentum och F. homotropicum på grundval av 223 respektive 211 AFLP-markörer har utvecklats (Yasui et al., 2004). Kartan för F. homotropicum har åtta kopplingsgrupper med 211 AFLP-markörer som täcker 548,9 cM. Mikrosatellitmarkörer har utvecklats i vanlig bovete genom sekvensering av 2785 kloner från biblioteken och det visades att 1483 kloner innehöll mikrosatelliter som var berikade för (CT)n och (GT)n upprepningar. Primerpar utformades för 237 av mikrosatellitloci, varav 180 primerpar amplifierades. Av dessa utvärderades 44 primerpar för deras förmåga att upptäcka variationer i vanliga bovetepopulationer och användes i sju besläktade Fagopyrum-arter inklusive F. tataricum (Konishi et al., 2006). Ett bakteriellt artificiellt kromosombibliotek (BAC) har konstruerats från en vild boveteart, F. homotropicum (Nagano et al., 2001). Användbarheten av 17 EST-primers som utvecklats från bovete testades i andra vilda och odlade Fagopyrum-arter (Joshi et al., 2006). Amplifikationsprodukterna hade olika bandintensitet. Resultaten visade att överförbarheten av EST-markörer som utvecklats för bovete minskade med ett ökat genetiskt avstånd mellan arterna.

SSR:erna identifierades i EST:er med hjälp av PGG Bioinformatics på (http://hornbill.cspp.latrobe.edu.au/cgi-binpub/autosnip/index_autosnip.pl) och primers utformades för deras amplifiering. Primerpar utformades och syntetiserades för 141 SSR baserat på upprepningslängd, varav 13 SSR amplifierades framgångsrikt på F. tataricum-genotyper, vilket tyder på dålig överförbarhet av SSR. Femtiofyra SSR, som identifierades av Konishi et al. (2006) i F. esculentum, testades också på utvalda accessioner av F. tataricum, men ingen polymorfism hittades på de utvalda accessionerna.

Vi försökte också studera den komparativa genomiken av gener som är involverade i rutinbiosyntesen. Rutinbiosyntesvägen har klarlagts i olika växtarter. Nio gener som är kända för att vara involverade i rutinbiosyntesvägen är: Fenylalaninammoniaklyas, cinnamat-4-hydroxylas (C4H), 4-kumaryl-CoA-ligas (4CL), kalkon-syntas (CHS), kalkonisomeras, flavonolsyntas, flavanon-3-hydroxylas (F3H), flavanon-3′-hydroxylas och glukosyl/rhamnosyltransferas. Av dessa har två gener, CHS och glukosyltransferas, identifierats i F. esculentum respektive F. tataricum (Hrazdina et al., 1986; Suzuki et al., 2005b). Vi använde jämförande genomik för att identifiera och klona de återstående rutinbiosyntesgenerna i tartarisk bovete. Eftersom de flesta av generna finns i flera kopior i växternas genom, använde vi information om Arabidopsis genom för att identifiera den mest betydelsefulla kopian av varje gen.

Nukleotid- och proteinsekvenser av gener som är involverade i rutinbiosyntesen hämtades från olika växtarter och multipla sekvensanpassningar gjordes för att ta reda på omfattningen av sekvenslikheten. Primerpar utformades från bevarade regioner i gensekvenser från dikotyla växter och testades sedan på Fagopyrum-arter (vanlig bovete, Tartär bovete och ris-Tartär bovete). Alla gener amplifierades i Fagopyrum. Vi uppnådde enkelbandsamplifiering i CHS, 4CL och glukosyl/rhamnosyltransferaser, medan flera kopior av generna amplifierades för F3H och C4H. De genotyper av F. tataricum som uppvisar kontrasterande variationer i fråga om rutininnehåll används för att identifiera DNA-sekvensvariationer i gener som är involverade i rutinbiosyntesen. Identifieringen av enskilda nukleotidpolymorfismer i genotyper med hög respektive låg rutinhalt kommer att vara av stor betydelse för molekylär förädling av bovete för hög rutinhalt. Genotyper med hög rutinhalt används också för att identifiera reglerande gener som styr rutinbiosyntesen genom analys av differentiell visning. Vi konstruerar också ett BAC-bibliotek från en genotyp med hög rutinhalt som är lätt att avskalas, med det slutliga målet att klona användbara gener. BAC-biblioteket skulle vara mycket användbart i arbetet med genomik av F. tataricum.

Gupta et al. (2012) studerade differentiell transkriptprofilering genom cDNA-AFLP i frömognadsstadier (blomställning till frömognad) med 32 primerkombinationer som genererade totalt 509 transkriptfragment (TDF). Ett hundra sjuttiosju TDF:er eluerades, klonades och sekvenserades sedan från F. tataricum och F. esculentum. TDF:erna representerade gener som kontrollerar olika biologiska processer, t.ex. grundläggande och sekundär metabolism (33 %), reglering (18 %), signaltransduktion (14 %), transport (13 %), cellorganisation (10 %) samt fotosyntes och energi (4 %), och de flesta TDF:erna, med undantag för de som tillhör cellmetabolismen, uppvisade relativt sett högre transkriptmängd i F. tataricum än i F. esculentum. De drog slutsatsen att förutom strukturella gener även andra klasser av gener såsom regulatorer, modifierare och transportörer är viktiga för biosyntesen och ackumuleringen av flavonoidinnehållet i växter. cDNA-AFLP-tekniken utnyttjades framgångsrikt för att fånga upp gener som bidrar till skillnader i rutininnehållet i fröets mognadsstadier hos Fagopyrum-arter. Ökad abundans av transkript av TDFs under övergången från blommor till frömognad tyder på att de är inblandade inte bara i det högre rutininnehållet i F. tataricum jämfört med F. esculentum utan också i den förstnämnda artens näringsmässiga överlägsenhet.

Vi testade också genspecifika STS-märkare mot 91 boveteaccessioner för att belysa den alleliska mångfalden vid dessa loci. Av de 27 STS loci som undersöktes var det endast 18 som gav analyserbara amplifieringar. De återstående nio primrarna amplifierade antingen nollallelen (mindre troligt) eller krävde urval av en annan region inom genen för att få en detekterbar PCR-produkt. BW16 amplifierade endast en allel medan BW10 amplifierade så många som fem alleler. Bland övriga markörer amplifierade åtta markörer två alleler, sex markörer tre alleler och två markörer fyra alleler. I genomsnitt amplifierade dessa STS-primer 2,7 band per lokus. Fyra av STS-markörerna, BW10 (Fe2SA1, 8 kD allergiprotein), BW12 (större allergiframkallande lagringsprotein, FAGAG1), BW22 (protein som minskar under fröutvecklingen) och BW27 (proteinashämmare, BTIw1), uppvisade en betydande polymorfism (PIC > 0,5) bland de 91 bokvetetillgångarna. Sammantaget visade dock markörerna måttliga uppskattningar av polymorft informationsinnehåll (0,268), observerad heterozygositet (0,259) och förväntad heterozygositet (0,318). En möjlig orsak till måttliga uppskattningar av polymorfism kan vara att STS-lokalerna var belägna i gener som ansvarar för viktiga funktioner och att sekvenserna därför kan vara relativt bevarade.

Markörens fenotypassociation visade att av 24 morfologiska egenskaper uppvisade 18 egenskaper absolut ingen koppling till markörprofiler. Testvikt, dagar till mognad, bladlängd, antal primära grenar, planthöjd och fröform uppvisade olika grader av samband mellan markör och egenskap. De STS-markörhysande gener som uppvisade ett samband var BW10 (8 kD allergenprotein), BW18 (asparaginproteinas 9), BW13 (leguminliknande protein), BW17 (chalkonsyntas), BW22 (minskat protein under fröutvecklingen), BW09 (13S-globulin), BW25 (cysperoxiredoxin) och BW24 (fagopyritolsyntas 1). Resultaten uppmuntrar till screening av fler groddplantelinjer och till att använda de markörer som identifierats som putativt associerade med specifika egenskaper för att screena kartläggningspopulationer.

Användning av bovete

Bovete är en gröda som har enorma agronomiska och näringsmässiga fördelar. Bovetemjöl har många användningsområden. Det används i pannkaksblandningar samt i olika bröd. Det blandas ofta med vetemjöl för användning i bröd, pastaprodukter och vissa frukostflingor (Robinson, 1980). Bovetemjöl, i Indien populärt känt som kuttu ka atta, äts på brata- eller fastedagar, eftersom det är ett av de lagliga livsmedlen vid sådana tillfällen. Ibland görs mjölet till en pasta, med grönsaker och salt tillsatt, och görs till små bollar, som steks och serveras varma, lokalt kallade pakoras; andra liknande saltade beredningar kallas chillare och jalebi i Indien eller sil och fulaura i Nepal, eller, när de är beredda med socker, puwa i östra Himalaya och halwa i västra Himalaya. Den stöts också och kokas som ris och konsumeras som ersättning för ris. Bovete är ett bra komplement till spannmålsmjöl och kan användas för att förbättra deras näringskvalitet, eftersom den har ett högt innehåll av essentiella aminosyror. Studier har visat att upp till 60 % bovetemjöl blandat med vetemjöl kan ge ett acceptabelt bröd (Pomeranz, 1983). Bovetegryn serveras som en del av soldaternas ransoner och tillagas med smör, talg eller hampfröolja i Ryssland.

På senare tid har bovete också introducerats som ett nutraceutiskt livsmedel. Ett nutraceutiskt läkemedel definieras som ett ämne som är ett livsmedel eller en del av ett livsmedel och som ger medicinska eller hälsomässiga fördelar, inklusive förebyggande och behandling av sjukdomar (DeFelice, 1994). Bovete innehåller vitamin P, som innehåller flavonoiden rutin. Rutin är känt för sin effektivitet när det gäller att minska kolesterolhalten i blodet. Dessutom är bovete ett effektivt förebyggande medel mot högt blodtryck. Rutin är känt för att hålla kapillärer och artärer starka och flexibla. Rutinets effektivitet i bovete förstärks med tillsats av C-vitamin. Regelbunden konsumtion av 30 g bovete har visat sig sänka blodtrycket oberoende av andra faktorer som ålder och vikt. I en studie som genomfördes i samarbete med Johns Hopkins Medical Institute rapporterade Jiang et al. (1995) att försökspersoner som konsumerade den största mängden bovete hade det lägsta blodtrycket. Bovetefält i blom kan fungera som en värdefull nektarkälla för bin. Honung som produceras av bovete är vanligtvis mörk och har en starkare smak än honung som produceras av klöver, och föredras av vissa konsumenter.