Proteinoppbygging og nedbryting i hvete Korn 17 13.-14. feb. 17 Shiori Koga, Nofima AS (shiori.koga@nofima.no)
Bakgrunn Proteininnhold 13.2 % Proteininnhold 12.9 % Sterk gluten Svak gluten (Aamodt et al., 4) Glutenkvalitet er viktig for brødbaking! Korn 17 13.-14. feb 17 2
Sammensetningen av glutenproteiner Glutenproteiner Gliadiner= Monomerer Gluteniner= Polymerer Korn 17 13.-14. feb 17 3
Akkumulering av glutenproteiner Gliadiner (monomerer) Gluteniner (polymerer) Oppbygging av store polymerer - 8DAA 8DAA - gulmodning (DAA = days after anthesis) Etter gulmodning Hvete med høy andel av de store polymerer = Sterk Korn 17 13.-14. feb 17 4
Spørsmål Hvilke miljøfaktorer kan påvirke oppbygging av store polymere?? Korn 17 13.-14. feb 17 5
Hypotese om soppen Når soppen angriper hvete Proteaser: Enzymer som bryter ned proteiner Korn 17 13.-14. feb 17 6
Materialer Feltforsøk Hvetesort: Bjarne Felt: Apelsvoll og Vollebekk År: 15-16 Fusarium infisert Hvetesort: Bastian Felt: Vollebekk År: 16 Aks/korn ble høstet under kornfylling Vanninnhold i korn Værdata (temperatur og nedbør) Analysert størrelsesfordeling av proteiner med Kromatografi (%UPP) Analysert enzymaktiviteter vha Zymografi Korn 17 13.-14. feb 17 7
Analyse av polymere vha kromatografi SDS-uløselige proteiner store polymerer SDS-løselige proteiner små polymerer monomerer F1*: Uløselige polymerer F1: Løselige polymerer F1* F1 %UPP=Uløslige polymerer / Total polymere=f1*/(f1*+f1) Korn 17 13.-14. feb 17 8
Zymograpfi for å identifisere protease Støpe gel med substratet (glutenproteiner/gelatin) Salt-løselige proteiner blir ekstrahert fra mel Separere proteinekstrakt på gelen med elektroforese Proteiner separeres ifølge størrelser Inkubere geler (37 C, overnatt) Hvis det er proteaser i ekstraktet, bryter de ned substratet inne i gelen under inkubering Farger geler Fargestoff farger kun proteiner (inkl. substratet) og hvit bånd viser proteaseaktiviteter Korn 17 13.-14. feb 17 9
(%) Temperature ( C) Precipitation (mm) 18 16 14 12 8 6 4 2 6 5 4 3 Vollebekk, 15 Date Precipitation Moisture content Korn 17 13.-14. feb 17 Temperatur %UPP 45 4 35 3 25 15 5 Vanninnholdet i kornet har økt og andelen av de største polymerne ble redusert pga. nedbør mellom 24. og 27. aug Andelen av de største polymerne økte ikke til de høyeste nivå (4% ved 23. aug) etter modning, selv om vanninnholdet i kornet gikk ned til %
Protease i korn under kornfylling Substrat: Gelatin Høst dato 3/8 13 17 19 21 23 26 28 Gluten 3/8 13 17 19 21 23 26 28 To mønstre for proteaseaktiviteter En av proteaseaktivitet-mønstrene var høyest ved tidlig fase og så gradvis redusert. Denne type proteaseaktivitet var lavest 23. Aug (vanninnhold 18.7%) endogene(?) Den andre type proteaseaktivitetet ble observert etter 23. Aug exogene protease (?)- Er det en sammenheng mellom proteaseaktiviteter og vær (temp. eller nedbør - 24.-27. Aug)? Korn 17 13.-14. feb 17 11
Temperature ( C) (%) Apelsvoll, 15 Precipitation (mm) 18 16 14 12 8 6 4 2 6 5 4 3 Precipitation Temperature Moisture content %UPP Date 45 4 35 3 25 15 5 Vanninnholdet i kornet økte etter nedbør i starten av september og oppbygging av de største polymerne stoppet opp før den økte igjen frem til modning. Høyeste verdi av %UPP i prøver fra Apelsvoll var langt lavere enn %UPP i prøver fra Vollebekk hvorfor? Korn 17 13.-14. feb 17 12
Protease i korn under kornfylling Substrat: Gelatin Høstdato 17/8 24 28 31 4/9 7 11 15 Gluten 17/8 24 28 31 4/9 7 11 15 Tilsvarende resultater som Vollebekk En av proteaseaktivitet-mønstre ble observert fra 17. aug til 4. sep. Proteaseaktiviteten var på sitt laveste 4. sep (39.3 % vanninnhold) Den andre type proteaseaktivitetet ble observert etter 4. sep (nedbør 1.-5. Sep) Denne type proteaseaktivitet var sterkere i prøvene fra Apelsvoll Prøver fra Apelsvoll hadde betydelig svakere gluten enn prøver fra Vollebekk Korn 17 13.-14. feb 17 13
%UPP and Water content (%) Temperature ( C) Vollebekk, 16 Precipitation (mm) 18 16 14 12 8 6 4 2 6 5 4 3 %UPP Water content (%) 45 4 35 3 25 15 5 Andelen av de største polymerne (%UPP) økte hurtig når vanninnholdet sank raskt fra 6. til 9. sep (modningsfasen) Nedbør 11. sep bremset endringene av vanninnhold og %UPP %UPP nådde 45 % ved høsting og nedbør ved 11. sep betød ikke så mye for de-polymeriseringen Date Korn 17 13.-14. feb 17 14
Protease i korn under kornfylling Substrat: Gelatin Høstdato 26/8 3 2/9 6 9 12 15 19 Gluten 26/8 3 2/9 6 9 12 15 19 En av proteaseaktivitet-mønstrene viste lavest aktivitet 9. sep Den andre type proteaseaktiviteten ble observert fra tidlig innhøsting (fra 3. aug) Korn 17 13.-14. feb 17 15
Temperature ( C) (%) Apelsvoll, 16 Precipitation (mm) 18 16 14 12 8 6 4 2 6 5 4 3 %UPP Water content (%) 45 4 35 3 25 15 5 Treg inntørking av korn og oppbygging av de store polymerne ved Apelsvoll Nedbør og lav temperatur (< 16 C) hindret hurtig inntørking av korn (?) %UPP var 37 % ved høsting, og det var mye lavere %UPP enn i prøver fra Vollebekk Date Korn 17 13.-14. feb 17 16
Protease i korn under kornfylling Substrat: Gelatin Gluten Høstdato 8/8 11 15 18 23 25 3 1/9 8/8 11 15 18 23 25 3 1/9 Proteaseaktivitetene var lavere sammenlignet med prøver fra Vollebekk Den andre type proteaseaktiviteten ble observert etter 23. aug, men ikke så sterk aktivitet ved siste høsting (1. sep). Korn 17 13.-14. feb 17 17
3-Aug 5-Aug 7-Aug 9-Aug 11-Aug 13-Aug 15-Aug 17-Aug 19-Aug 21-Aug 23-Aug 25-Aug 27-Aug 29-Aug 31-Aug 2-Sep (%) % Vanninnhold 3-Aug 5-Aug 7-Aug 9-Aug 11-Aug 13-Aug 15-Aug 17-Aug 19-Aug 21-Aug 23-Aug 25-Aug 27-Aug 29-Aug 31-Aug 2-Sep Temperature ( C) Precipitation (mm) 18 16 14 12 8 6 4 2 Fusariuminfisert Vollebekk 16 precipitation Temperature 45 4 35 3 25 15 5 5 45 4 35 3 25 15 5 6 Andelen av polymerer %UPP %(F1*+F1) %Vanninnhold 5 4 3 (F1*+F1) var stadig 35 % etter 12. aug Oppbygging av de største polymererne skjedde ikke gjennom kornfylling Date Korn 17 13.-14. feb 17 18
Protease i Fusariuminfisert korn under kornfylling Substrat: Gelatin Gluten 3/8 8 12 15 19 23 26 3 2/9 3/8 8 12 15 29 23 26 3 2/9 Laveste proteaseaktivitet 3. aug. Veldig sterk proteaseaktivitet fra 8. aug og aktiviteten ble sterkere mot slutten Korn 17 13.-14. feb 17 19
Oppsummering Vanninnhold i korn Oppbygging av polymere Korn 17 13.-14. feb 17
Oppsummering Vanninnhold i korn Sopp (Fusarium) Oppbygging av polymere Oppbygging av polymere Proteaser Nedbryting av glutenproteiner Korn 17 13.-14. feb 17 21
Oppsumering Resultatene viser at oppbygging av de største polymerne kan påvirkes av temperatur og nedbør etter gulmodning. Temperatur og nedbør påvirker kornets vanninnhold. Oppbygging av de største polymerne synes å være styrt av kornets vanninnhold, og andelen av de største polymerne øker hurtig når vanninnholdet synker raskt i modningsfasen. Hyppig regn under gulmodning eller etter modning kan redusere polymeriseringsgraden og gi svakere glutenkvalitet. Angrep av Fusarium kan hindre oppbygging av de største polymerne og forårsaker svak glutenkvalitet. Fusarium produserer også proteaser som kan bryte ned glutenproteiner under prosessering og forårsake svak glutenkvalitet Korn 17 13.-14. feb 17 22
Acknowledgement Samarbeidspartnere NMBU Anne Kjersti Uhlen Nofima Ulrike Böcker NIBIO Bernt Hoel (Yara) Annbjørg Øverli Kristoffersen Till Seehusen Krzysztof Kusnierek Takk til Konsortium i prosjektet «Quality Wheat» Dr. Morten Lillemo for Fusarium infiserte prøver Forskningsprosjekter er finansiert av Fondet for forskningsavgift på landbruksprodukter (FFL) og Forskningsmidler over jordbruksavtalen (JA) Korn 17 13.-14. feb 17 23
Takk for oppmerksomheten www.nofima.no