FFL-JA-Forskningsmidlene for jordbruk og matindustri

Norsk hvete har ofte stor variasjon i glutenkvalitet og lavere proteininnhold enn det som ønskes fra mølle- og bakeindustrien. Dette er kvalitetsutfordringer som har blitt mer fremtredende i senere år under endrede og mer varierende værforhold, og er begrensende for bruken av norsk hvete til mat. Dette var bakgrunnen for opprettelsen av prosjektet Hvetekvalitet. Prosjektets hovedmål er å fremskaffe kunnskap som skal gi bedre hvetekvalitet under mer utfordrende værforhold, og som derved vil øke bruken av norsk hvete til mat og bidra til nasjonale mål om økt matproduksjon. Prosjektet har hatt følgene hovedaktiviteter: 1) studere faktorer som forårsaker variasjon i glutenkvalitet inkludert patogene sopper (Fusarium spp. and Microdochium spp.), 2) undersøke om metodikk for stedsspesifikk gjødsling med N-sensor kan gi et mer stabilt og optimalt proteininnhold, og 3) Årlig kartlegging av glutenkvaliteten i norsk hvete og formidle dette til industrien. Tidligere resultater har vist at dårlig glutenkvalitet kan ha sammenheng med infeksjon av sopp, fortrinnsvis Fusarium spp. I dette prosjektet analyserte vi sammensetning av mikroorganismer (sopp og bakterier) i hveteprøver fra feltforsøk med henholdsvis god og dårlig glutenkvalitet (ved bruk av Metabarcoding og qPCR). Prøvene med dårlig bakekvalitet hadde høye forekomster av Microdochium spp. og Fusarium spp., som er vanlig forekommende sopper på hvete. Vi viste at disse soppene kunne vokste på næringsmedie med glutenprotein som eneste nitrogenkilde, og dette tyder på at de kan bryte ned glutenprotein og bruke det som næringskilde. Vi kunne også måle høy aktivitet av proteaser i kornprøver fra Fusarium graminearum smittede hveteplanter. Disse proteasene hadde evne til å bryte ned glutenprotein. Ved å bruke proteom-analyseer kunne vi identifisere 40 ulike proteaser (med opprinnelse fra soppen) fra disse kornprøvene, og omtrent halvparten av disse inneholdt peptid-sekvenser som tyder på at de kan skilles ut av soppens celler og ha muligheter for å komme i kontakt med glutenprotein i kornet. I korn fra smitteforsøk med Fusarium graminearum, både i felt og veksthus, fant vi både redusert syntese og også dårlig oppbygging av glutenproteinene, noe som kan forklare den svært svekkede glutenkvalitet som ble observert. Selv en liten innblanding av infisert prøve i et vanlig standard hvetemel ga redusert funksjonalitet av gluten under bakeprosessen. Resultatene viste at infeksjon med sopper innen slektene Fusarium og Microdochium kan forårsake dårlig glutenkvalitet gjennom å produsere proteaser som bryter ned glutenproteiner, både i kornet under utvikling, men også i løpet av bakeprosessen. Vi kunne også påvise at regn i plantenes modningsfase virker inn på glutenproteinenes oppbygning. Slike værforhold gir også økt infeksjon og vekst av sopp, som kan gi økt aktivitet av gluten-nedbrytende proteaser. Det ble utført feltforsøk med steds-spesifikk N-gjødsling, basert på målinger med Yara N-sensor, sammenlignet med en fast gjødseltildeling (gjødsling ble utført på flagg-blad-stadiet. Steds-spesifikk gjødsling ga jevnere modning, jevnere avling og også jevnere proteininnhold. Det lykkes å predikere proteininnhold ved modning basert på sensor-målinger utført ved blomstring. Dette åpner muligheter for å utføre avgrenset innhøsting fra soner prediktert til å inneha et ønsket protein-nivå. Et slikt tiltak vil kunne øke proteininnholdet og redusere innen-skifte variasjoner i proteininnhold. Det er også utført feltforsøk for å studere virkninger av sen N-gjødsling, både på proteininnhold og funksjonalitet av gluten. Resultatene viste at ekstensibiliteten økte med økende proteininnhold som følge av sen N-gjødsling, mens elastisiteten ble lite påvirket. Studien, som ble utført med sterke sorter av hvete, viste at sen N-gjødsling økte proteininnholdet betydelig uten å redusere glutenkvalitet i nevneverdig grad, og ga totalt en tydelig forbedring av bakekvaliteten. Prosjektet har kartlagt glutenkvaliteten i årets hvete hver høst, og resultatene er formidlet til industrien. Kartleggingen har vært nyttig for industriens bruk og utnyttelse av norsk hvete, og det er ønskelig av denne aktivisten fortsetter. Prosjektet har bidratt med ny kunnskap og økt forståelse av faktorer som forårsaker dårlig og varierende glutenkvalitet. Vi kan spesielt nevne gluten-nedbrytende proteaser som kan forekomme i kornprøver infisert av sopp, og som kan redusere glutenkvaliteten betydelig under gitte forhold. Resultatene har også vist at regn i modningsperioden kan være en faktor som kan skade glutenkvaliteten. Kunnskapen som er utviklet gir muligheter for å utvikle tiltak for verdikjeden. Prosjektet har også demonstrert at N-sensor teknologi kan utnyttes som et verktøy for å oppnå et høyere proteininnhold.

Virkninger: 1) Kompetanseoppbygging hos forskningsinstitusjonene 2) Styrket og utvidet samarbeid innen hveteforskningen 3) Kompetanseoverføringer mellom partnere i Konsortiet 4) Karriereutvikling for to postdoc. Bidratt til utdanning av masterstudenter. 5) Kartlegging av årets hvetekvalitet har hatt direkte nytteverdi for brukere. Effekter: 1) Resultatene har gitt grunnlag for å stille mer presise hypoteser for videre forskning. Tilpasning av nye analyseverktøy vil åpne nye muligheter innen forskning. Potensielle virkninger: 1) Prosjektet har gitt grunnlag for å analysere genetisk variasjon i stabilitet av glutenkvalitet med sikte på å foredle nye sorter. 2) Utvikle effektive tiltak i verdikjeden som reduserer variasjonene i glutenkvalitet Potensielle effekter: 1) Forbedret kvalitet og bedre utnyttelse av norsk mathvete i verdikjeden, som vil bidra til økt norsk matproduksjon.

The proportion of Norwegian wheat in the flour has been strongly reduced in later seasons, due to both lower wheat production and poor baking quality. Growth conditions, with wet and cool weather during grain development and ripening, provide new challeng es for the production of quality wheat. The present project focus on how to secure optimal and stable protein content and functionality of gluten, parameters of major importance for the baking quality. The primary goal is to provide higher quality and bet ter utilization of Norwegian wheat, to meet the national goals of increased food production. Within this project we intend to: Provide yearly prognoses of the wheat quality for use by the industry in their planning and utilization of the Norwegian wheat ( WP1); Investigate new technology as site-specific fertilization and targeted harvesting, to achieve more optimal and stable protein content in wheat (WP2); Identify Fusarium spp. or other microorganisms associated with poor functionality of gluten (WP3); Identify proteases causing degradation of gluten proteins, as well as protease inhibitors in wheat (WP4). The knowledge developed within this project enables a future development of targeted control measures to secure good gluten functionality. On the far mers level, knowledge on how to achieve optimal and stable protein content with the use of site-specific fertilization and targeted harvesting will improve farmer profits and secure a higher percentage of high quality wheat. Knowledge on proteases associa ted with poor baking quality in wheat may be utilized in future breeding to identify relevant protease inhibitors in wheat. The project will build new competence, particularly in the interface between gluten functionality and effects of Fusarium/microorga nism infestations, and on new technologies within precision farming to achieve optimal protein content. The project will generate important knowledge valid for Norwegian, as well as international wheat production.