Adaptations within the Norwegian wheat value chain to improve quality and obtain high quantities for milling in a challenging climate

Prosjektet har hatt som hovedmål å øke produksjonen av norsk mathvete med stabil og god bakekvalitet i et fremtidig utfordrende klima, gjennom ny kunnskap og nye tilpasningsstrategier i verdikjeden. Lavt proteininnhold og uforutsigbare variasjoner i glutenkvaliteten har gjort det vanskelig for mølle- og bakeindustrien å oppnå høy andel norsk hvete i sine produkter. Dette har ført til lavere selvforsyningsgrad av mathvete de siste 10 årene. Prosjektet har derfor fokusert på å identifisere faktorer som er avgjørende for glutenkvalitet og proteininnhold. Vår hypotese for variasjoner i glutenkvaliteten var at hyppig regn hemmer oppbygningen av glutenin til store polymere, og at dette svekker glutenkvaliteten. Våre resultater fra prosjektet viser at kjølig temperatur med hyppige nedbørsperioder i modningsperioden kan gir svekket glutenkvalitet. Tidligere er det vist at proteaser fra Fusarium graminearum kan bryte ned glutenproteiner og føre til dårlig bakekvalitet. Resultater fra forrige prosjektet tydet på at dette også gjelder sopp innen Microdochium-slekta, men dette var ikke tilstrekkelig undersøkt tidligere. Prosjektet har nå bekreftet at korn som er infisert med soppen Microdocium nivale kan ha redusert glutenkvalitet. En kombinasjon av soppinfeksjon og fuktige forhold under kornmodningen ga særlig negative utslag. Dette er en sannsynlig årsak til at vi erfarer svakere og uforutsigbare kvalitetsvariasjoner i sesonger med hyppig nedbør før modning i Norge, men det kan også være andre faktorer som er involvert. Resultatene ga ny innsikt, samt økt bevissthet i hele verdikjeden om effekten av værforhold og soppinfeksjon på kvaliteten. Likevel er hvilke faktorer som påvirker bakekvaliteten komplekse og fortsatt ikke fullt ut avdekket, men prosjektet har gitt et godt grunnlag for videre undersøkelser. Vi har også undersøkt strategier for å oppnå optimalt proteininnhold gjennom sen og tilpasset nitrogen (N)-gjødsling, og gjennom å utnytte det genetiske potensialet for å øke proteininnholdet. Resultatene viste at sensorteknologi kan brukes for å prediktere avling og proteininnhold ved aksskyt/blomstring med akseptabel presisjon, og kan videreutvikles som verktøy for å estimere hvor mye sen N-gjødsling som skal tilføres for å oppnå optimalt proteininnhold. Vi har også identifisert gener (QTL) som gir høyt proteininnhold uten å redusere avlingen under norske forhold. Dette er en viktig milepæl for å kunne foredle nye mathvetesorter som utnytter N effektivt. Dette arbeidet blir ferdigstilt gjennom PhD avhandling etter prosjektets avslutning. Kunnskapene fra prosjektet vil bidra til mer bærekraftig hveteproduksjon gjennom bedre utnyttelse av N med bruk av sensorteknologi og gjennom foredling av mathvetesorter som gir høy avling og proteininnhold. Kartlegging av bakekvaliteten i norsk mathvete (årets kvalitet) ble også gjennomført hver høst i prosjektperioden. Møllene var også involvert i denne kartleggingen. Resultatene ble diskutert med industripartnerne, som bestå av hele mathvetebransje, og har hjulpet næringen med planlegging og å sikre god utnyttelse av den norske hveten. I de siste tre årene (2020-2022) har norsk mathvete hatt generelt høyt proteininnhold og sterk glutenkvalitet. Gode værforhold med varmt og tørt vær, men også økt dyrking av nye sorter med sterk glutenkvalitet har ført til store endringer i kvaliteten av norsk hvete, og underskudd av svakere kvaliteter. Værforholdene har også bidratt til høyere proteininnhold enn tidligere. Dette har gitt behov for nye diskusjoner av kvalitet og tilpasninger i verdikjeden der Mathvete-prosjektet har vært en viktig møteplass. Prosjektet har også hatt samarbeid med Partnerskapet for matkorn og planteprotein for å finne løsning på dette. Prosjektet har bidratt til å opprettholde samarbeidet mellom partnerne, og kunnskapsutveksling mellom industripartnerne, som bestå av hele verdikjeden og forskningsmiljøer gjennom disse aktivitetene og møtene. Økt kunnskap gjennom prosjektet vil bidra til å produsere mathvete med optimal kvalitet og øke selvforsyningsgrad av mathvete i Norge. Resultater fra FoU-aktiviteter ble formidlet og diskutert med industripartner ved årlige konsortiemøter. Resultatene fra FoU-aktivitetene ble også presentert på nasjonale og internasjonale vitenskapelige konferanser og på åpne workshoper som prosjektet arrangerte i 2022 og 2023. I tillegg ble resultatene formidlet gjennom bransjetidsskrifter til relevante målgrupper, som landbruk og næringsmiddelindustri, og til allmennheten gjennom populærvitenskapelige artikler. Resultatene fra forskningen blir ferdigstilt gjennom 8 vitenskapelige artikler som publiseres som Open Access i internasjonale tidsskrifter. I tillegg vil resultater fra doktorgradsarbeidet bli ferdigstilt til en doktorgradsavhandling etter prosjektets slutt.

Prosjektet har økt kompetansen til forskningspartnerne og styrket samarbeidet mellom forsknings- og industripartnere. Industripartnerne har bygget opp kompetanse gjennom deltagelse i møter og seminarer, tolkning av felles resultater og diskusjoner. Hvilke faktorer som påvirker bakekvaliteten, er komplekse og mekanismene er fortsatt ikke fullt ut forstått. Men resultatene ga oss økt kunnskap om hvilke faktorer (i.e. regn og soppinfeksjon) som påvirker bakekvalitet i mathvete. Verken regn eller soppinfeksjon hadde stor skadelig effekt, men resultatene tyder på at hyppig og langvarig regn eller kombinasjon av soppinfeksjon og regn (fuktige forhold) kan redusere bakekvaliteten. Resultatene ga ny innsikt, samt økt bevissthet i hele verdikjeden om hvilken effekt værforhold og soppinfeksjon har på glutenkvaliteten. Basert på våre resultater er det mulig å identifisere tiltak som verdikjeden, fra bønder til møllere, kan iverksette for å øke muligheten for at kornet som brukes til mat har en tilfredsstillende glutenkvalitet. Identifisert gener for både høy avling og proteininnhold (Grain Protein Deviation, GPD) og glutenstabilitet vil være nyttig både for forskningsfeltet for å identifisere gener og forstår deres funksjoner (mekanismer), og for norsk hveteforedling til å utvikle hvetesorter med økt kvalitet. I tillegg har prosjektet testet en ny hurtigmetode som kan brukes for fenotyping av glutenkvalitet i hveteforedling. Foredlingsprogrammet omhandler et stort antall prøver og hurtigmetoden sikrer effektiv karakterisering av fenotype. Prosjektet viste også at sensorteknologi kan prediktere avling og proteininnhold tidligere i vekstsesongen og optimalisere N bruk. Kunnskapene fra prosjektet vil bidra til mer bærekraftig hveteproduksjon gjennom bedre utnyttelse av N med bruk av sensorteknologi og gjennom foredling av mathvetesort som gir høy avling og proteininnhold. Karakterisering av årets kvalitet for den nye innhøstingen har vært nyttig, og hjulpet mathvetebransjen med planlegging og bidrar til å sikre god utnyttelse av den norske hveten i hver sesong. Prosjektet har skapt en unik møteplass hvor hele mathvetebransjen og forskningsmiljøet samles for å utveksle kunnskap og få vitenskapelig påfyll. Prosjektet ble sett på som lærerikt og nyttig for kunnskapsbygging og fremtidig norsk mathvete produksjon. Potensielt vil mer bærekraftig produksjon av mathvete med optimalt proteininnhold og stabil kvalitet øke selvforsyningsgraden av mathvete i Norge. Det bidrar også til at bønder kan få bedre styringsverktøy inn mot sin produksjon, og dermed både sikre deres livsgrunnlag. Prosjektet bidro også til karriereutvikling for en postdoc og en stipendiat. I tillegg skal prosjektet bidra til økt kunnskap i det vitenskapelige miljøet ved publisering av resultatene fra prosjektet.

The main objective of the project is to develop knowledge needed to produce wheat with good and stable bread-making quality under challenging climatic conditions, thereby securing high self-sufficiency of bread wheat. In the last decade, Norwegian wheat has had lower-than-optimal protein content and unpredictable variations in gluten quality; two factors that represent important bottlenecks for the use of Norwegian wheat in flour blends. To reach the project goal, the following critical R&D questions will be addressed: Do infections by microorganisms and/or precipitation during grain maturation affect assembly or degradation of gluten proteins? Can we develop a screening method for gluten degradation suitable for breeders samples? How do fungal proteases in flour affect the baking process? Can optical spectral sensing be used to improve late-season fertilization to achieve optimal protein content while maintaining high yield? Can high-protein genes be identified in Norwegian wheat to increase utilization of available nitrogen content while maintaining high yield? Is there a genetic basis for biotic and abiotic factors affect gluten protein assembly and degradation? The MATHVETE project will generate new knowledge that will strengthen the competitiveness and cooperation throughout the entire bread wheat value chain from farmers to bakers. Expanded knowledge of environmental factors and genes that cause variation in gluten quality and protein content will 1) provide new strategies for wheat breeding to simultaneously improve protein content and gluten stability, 2) enable targeted measures for farmers to improve grain quality through selection of favorable wheat varieties and improved agronomic practices through efficient use of nitrogen, 3) provide predictable quality for grain deliveries and milling companies and thereby limit the need for import, and 4) supply bakers with stable quality flours based on a high proportion of domestic wheat.