У багаторічних (2002—2023 рр.) селекційно орієнтованих генетичних дослідженнях отримано докорінно новий агрономічно досконалий селекційний матеріал харчового озимого і ярого голозерного ячменю з високою зерновою продуктивністю, відмінною стійкістю до посухи, якісним вимолотом і високою харчовою цінністю зерна. Також отримано цінний селекційний матеріал озимого голозерного ячменю з надвисокою (незрівнянно вищою, ніж у озимої пшениці) толерантністю до посухи як у період формування і наливання зерна, так і період сходи—кущення. На основі цього матеріалу створено високопродуктивний сорт 2-рядного озимого голозерного ячменю Імператор, який поєднує надвисоку толерантність до посухи з високою стійкістю до вилягання рослин, масою 1000 насінин до 60 г. Отримано перспективний селекційний матеріал озимого голозерного ячменю з пролонгованим (середньопізнім) періодом вегетації, який не поступається або переважає за урожаєм зерна і посухостійкістю сорти озимого ячменю традиційного для Півдня України ранньо- і середньотривалого вегетаційного періоду. Багаторічний практичний досвід поліпшення якості вимолоту зерна голозерного ячменю свідчить про те, що 2-рядний морфотип голозерного ячменю істотно переважає 6-рядний за якістю вимолоту зерна, а у генотипів з геном wax (ваксі) вимолот зерна як у 2-рядного, так і навіть 6-рядного морфотипу наближається до 100 %. Безостий морфотип колоса голозерного ячменю (2- і 6-рядний) поступається остистому за урожаєм зерна, якістю вимолоту зерна, рівномірністю зерна за фізичними параметрами, проявляє апікальну стерильність колоса та пустозерність і не є перспективним для створення сортів безостого голозерного ячменю. Цільовим морфотипом при створенні селекційного матеріалу голозерного ячменю у наших програмах є 2-рядний морфотип, який, не поступаючись за урожаєм зерна 6-рядному морфотипу, переважає останній за низкою важливих агрономічних і технологічних характеристик зерна, таких як вища якість вимолоту зерна, підвищена маса 1000 насінин, однорідність зерна у колосі за фізичними параметрами, кращий товарний вигляд кінцевого продукту із цілого зерна. Вперше в Україні ініційовані та здійснюються селекційно орієнтовані генетичні програми біофортифікації, спрямовані на поліпшення харчової цінності зерна голозерного ячменю шляхом використання у схрещуваннях генетичної плазми ячменю з кольоровим (фіолетовим, синім, чорним) зерном і підвищеною антиоксидантною активністю зерна, зумовленою кольоровими поліфенольними пігментами антоціанінами і фітомеланінами. Реалізуються програми щодо покращення складу в зерні ключових мінералів, вітамінів, дієтичної клітковини бета-глюканів, біоактивних складових, як підвищення, так і зниження вмісту у крохмалі амілози, створення ліній з ультранизьким рівнем глютену (gluten-free). Впровадження досліджень у практичній площині має кінцевою метою створення сортів харчового та кормового голозерного ячменю як зернової сировини для розроблення нових продуктів функціонального харчування на основі голозерного ячменю, а також популяризацію в Україні харчового голозерного ячменю — унікально цінного зерна з високими харчовими і поживними характеристиками.
Ключові слова: Hordeum vulgare L. var. nudum, зерно, мутація, пігментація, білок, глютен, фосфор, функціональне харчування, харчова безпека
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Gerasimova, S., Hertig, Ch., Korotkova, A., Kolosovskaya, E., Otto, I., Heikel, S., Kochetov, A., Khlestkina, E. & Kumlehn, J. (2020). Conversion of hulled into naked barley by Cas endonuclease-mediated knockout of the NUD gene. BMC Plant Biol., 20, suppl. 1, pp. 1-12. https://doi.org/10.1186/s12870-020-02454-9
2. Rybalka, O.I., Morgun, B.V. & Polyshchuk, S.S. (2016). Barley as functional food product. Kyiv: Logos (in Ukrainian).
3. Bhatty, R.S. (1999). The potential of hull-less barley. Cereal Chem., 76, pp. 589-599. https://doi.org/10.1094/CCHEM.1999.76.5.589
4. Meints, B. & Hayes, P.M. (2019). Breeding naked barley for food, feed, and malt. In: Goldman, I. (Ed.). Plant Breeding Reviews. Wiley, pp. 95-119. https://doi.org/10.1002/9781119616801.ch4
5. Yulin, Wang, Zha, Sang, Shaohang, Xu, Qijun, Xu, Xingquan, Zeng, Dunzhu, Jabu & Hongjun, Yuan (2020). Comparative proteomics analysis of Tibetan hull-less barley under osmotic stress via data-independent acquisition mass spectrometry. Giga Sci., 9, pp. 1-12. https://doi.org/10.1093/gigascience/giaa019
6. La, Geng, Mengdi, Li, Guoping, Zhang & Lingzhen, Ye (2022). Barley: a potential cereal for producing healthy and functional foods. Food Quality and Safety, 6, pp. 1-13. https://doi.org/10.1093/fqsafe/fyac012
7. Shaveta, Harinderjeet, Kaur & Simarjit, Kaur (2019). Hulless barley: A new era of research for food purposes. J. Cereal Res., 11 (2), pp. 114-124. https://doi.org/10.25174/2249-4065/2019/83719
8. Brigid, Meints, B., Vallejos, C. & Hayes, P. (2021). Multi-use naked barley: A new frontier. J. Cereal Sci., 102, pp. 1-8. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2021.103370
9. Agu, R.C., Bringhurst, T.A., Brosnan, J.M. & Pearson, S. (2009). Potential of hull-less barley malt for use in malt and grain whisky production. J. Inst. Brew. (JIB), 115, pp. 128-133. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.2009.tb00357.x
10. Kinner, M., Nitschko, S., Sommeregger, J., Petrasch, A., Linsberger-Martin, G., Grausgruber, H., Berghofer, E. & Siebenhandl-Ehn, S. (2011). Naked barley-optimized recipe for pure barley bread with sufficient beta-glucan according to the EFSA health claims. J. Cereal. Sci., 53, pp. 225-230. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2011.01.001
11. Meints, B. & Hayes, P.M. (2019). Breeding naked barley for food, feed, and malt. In: Goldman, I. (Ed.). Plant Breeding Reviews. Wiley, pp. 95-119. https://doi.org/10.1002/9781119616801.ch4
12. Newman, R.K. & Newman, C.W. (2008). Barley for Food and Health. John Wiley & Sons, Inc., Publication, Hoboken, NJ, USA. https://doi.org/10.1002/9780470369333
13. Yawen, Zeng, Xiaoying, Pu, Juan, Du, Xiaomeng, Yang, Xia, Li, Md. Siddikun Nabi, Mandal, Tao, Yang & Jiazhen, Yang (2020). Molecular Mechanism of Functional Ingredients in Barley to Combat Human Chronic Diseases. Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity, pp. 1-26. https://doi.org/10.1155/2020/3836172
14. Raboy, V. (2002). Progress in breeding low phytate crops. J. Nutr., 132, No. 3, pp. 503-505. https://doi.org/10.1093/jn/132.3.503S
15. Chen, P., Toribara, T. & Warner, H. (1956). Microdetermination of phosphorus. Anal. Biochem., 28, No. 11, pp. 1756-1758. https://doi.org/10.1021/ac60119a033
16. Rybalka, O.I., Morgun, B.V., Chervonis, M.V., Polyshchuk, S.S., Morgun, B.V., Toporash, I.G. & Trojanivska, A.V. (2022). LPA-mutations and naked barley (Hordeum vulgare L.) biofortification for grain mineral phosphorus. Fiziol. rast. genet., 54, No. 6, pp. 484-495. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2022.06.484
17. Abdel-Aal, E.-S. & Hucl, P. (1999). A rapid method for quantifying total anthocyanins in blue aleurone and purple pericarp wheats. Cereal Chem., 76, pp. 350-354. https://doi.org/10.1094/CCHEM.1999.76.3.350
18. Rybalka, O.I. (2010). Laboratory protocols of wheat gluten protein separation by electrophoresis. Proc. Res. SGI-NCNS, 16, No. 56, pp. 171-179 [in Ukrainian].
19. Laemmli, U. (1970). Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227, pp. 680-685. https://doi.org/10.1038/227680a0
20. Mohammadkhani, A. (2005). Survey of starch amylose content in naked barley (H. vulgare L. nudum). Pakistan J. Nutr., 4, pp. 183-186. https://doi.org/10.3923/pjn.2005.183.186
21. Rybalka, O.I., Katrii, V.B., Polyshchuk, S.S. & Morgun, B.V. (2021). Development of hull-less barley with ultra-low gluten content via target gene combination. I. Isolation of triple mutants and black grained genotypes. Agric. Sci. Pract., 8 (1), pp. 14-24. https://doi.org/10.15407/agrisp8.01.040
22. Rybalka, O.I., Katrii, V.B., Morgun, B.V. & Polyshchuk, S.S. (2020). Mutation in the locus Sex6 that substantially improves nutritional barley grain quality. Fiziol. rast. genet., 52, No. 3, pp. 238-247. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2020.03.238
23. Rossnagel, B.G. (2000). Hulless barley - Western Canada corn. Proc. 8th Int. Barley Genet. Symp., 1, pp. 135-142. Adelaide.
24. Bird, A., Flory, C., Davies, D., Usher, S. & Topping, D. (2004). A novel barley cultivar (Himalaya 292) with a specific gene mutation in starch synthase IIa raises large bowel starch and short-chain fatty acids in rats. J. Nutr., 134 (4), pp. 831-835. https://doi.org/10.1093/jn/134.4.831
25. Bird, A., Jackson, M., King, R., Davies, D., Usher, S. & Topping, D. (2004). A novel high-amylose barley cultivar (Hordeum vulgare var. Himalaya 292) lowers plasma cholesterol and alters indices of large-bowel fermentation in pigs. British J. Nutr., 92, pp. 607-615. https://doi.org/10.1079/BJN20041248
26. Clarke, B., Liang, R., Morell, M., Bird, A., Jenkins, C. & Li, Z. (2008). Gene expression in a starch synthase IIa mutant of barley: changes in the level of gene transcription and grain composition. Funct. Integr. Genomics, 8, pp. 211-221. https://doi.org/10.1007/s10142-007-0070-7
27. Stathas, I., Sakellaridis, A., Papadelli, M., Kapolos, J., Papadimitrou, K. & Stathas, G. (2023). The effect of insect infestation on storage agricultural products and the quality of food. Foods, 12 (10), p. 2046. https://doi.org/10.3390/foods12102046
28. Key, M.N., Zwilling, Ch.E., Barbey, A.K. & Talukdar, T.M. (2019). Essential amino acids, vitamins, and minerals moderate the relationship between the right frontal pole and measures of memory. Mol. Nutr. Food Res., pp. 1-10. https://doi.org/10.1002/mnfr.201801048
29. Berdanier, C., Dwyer, J. & Herber, D. (2013). Handbook of nutrition and food (3rd ed.). CRC Press, 1136 p. Retried 3 July 2016. https://doi.org/10.1201/b15294
30. Li, Y.C., Raboy, V., Ledoux, D.R. & Veum, T.L. (2001). Bioavailability of phosphorus in low phytic acid barley. J. Appl. Poultry Res., 10 (1) pp. 86-91. https://doi.org/10.1093/japr/10.1.86
31. Rosell, C., Barro, F., Sousa, C. & Mena, C. (2014). Cereals for developing gluten-free products and analytical tools for gluten detection. J. Cereal Sci. 59 (3), pp. 354-364. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2013.10.001
32. Zuidmeer, L., Goldhahn, K., Rona, R., Gislason, D., Madsen, C., Summers, C., Sodergren, E., Dahlstrom, J., Lindner, T., Sigurdardottir, S., McBride, D. & Keil, T. (2008). The prevalence of plant food allergies: a systematic review. J. Allergy Clin. Immunol., 121, pp. 1210-1218. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2008.02.019
33. Comino, I., Real, A., Moreno, M., Montes, R., Cebolla, A. & Sousa, C. (2013). Immunological determination of gliadin 33-mer equivalent peptides in beers as a specific and practical analytical method to assess safety for celiac patients. J. Sci. Food Agric., 15, pp. 933-943. https://doi.org/10.1002/jsfa.5830
34. Golley, S., Corsini, N., Topping, D., Morell, M. & Mohr, P. (2015). Motivations for avoiding wheat consumption in Australia: results from a population survey. Public Health Nutr., 18, pp. 490-499. https://doi.org/10.1017/S1368980014000652
35. Ravikumara, M., Nootigattu, V. & Sandau, B. (2007). Ninety percent of celiac disease is being missed. J. Pediatr. Gasrtoenterol. Nutr., 45, pp. 497-499. https://doi.org/10.1097/MPG.0b013e31812e5710
36. Gluten Free Food Market Statistics 2026. Industry Forecasts. Nov. 2019, 190 p., Report ID GMI226.
37. Tanner, G., Blundell, M., Colgrave, M. & Howitt, C. (2016). Creation of the first ultra-low gluten barley (Hordeum vulgare L.) for coeliac and gluten-intolerant populations. Plant Biotechnol. J., 14, pp. 1139-1150, https://doi.org/10.1111/pbi.12482
38. Shewry, P.R. (1993). Barley Seed Proteins, in: Barley: Chemistry and Technology (eds. J. MacGregor and R. Bhatty). AACC, St. Paul Minnesota, USA, pp. 131-197.
39. Shewry, P., Bunce, N., Kreis, M. & Forde, B. (1985). Polymorphism at the Hor 1 locus of barley (Hordeum vulgare L.). Biochem. Genet., 23, pp. 391-404. https://doi.org/10.1007/BF00499082
40. Tanner, G., Howitt, C., Colgrave, M. & Blundell M. (2014). European Patent Office Application EP3008161A1. https://patents.google.com/patent/RU2518241C2/ru
41. Brennan, C., Smith, D., Harris, N. & Shewry, P.R. (1998). The production and characterization of Hor 3 null lines of barley provides new information on the relationship of D hordein to malting performance. J. Cereal Sci., 28, p. 291-299. http://pascal-francis.inist.fr/vibad/index.php?action=getRecordDetail&idt=1637174 https://doi.org/10.1016/S0733-5210(98)90009-1