From Gene to Bread: Building knowledge and exploiting technology to achieve high wheat self-sufficiency in Norway

Prosjektet Gene2Bread skal utvikle kunnskap som kan bidra til å øke selvforsyningsgraden av mathvete i Norge. Stabil og tilfredsstillende kvalitet av norsk hvete er avgjørende for industrien for å bruke mer norsk mathvete. Forskningsaktivitetene spenner fra identifisering av gener til bakeforsøk i industriskala. Det er negativ korrelasjon mellom avling og proteininnhold. Noen sorter avviker imidlertid fra dette mønsteret ved å ha høyt proteininnhold kombinert med høy avling. Prosjektet skal identifisere gener og markører assosiert med høyt proteininnhold kombinert med høy avling som kan utnyttes ved foredling. Basert på gener/områder på genomet (QTL) identifisert i det foregående MATHVETE-prosjektet ble det valgt ut 50 vårhvetesorter som varierer i QTL. Feltforsøk med de 50 sortene ble gjennomført på to steder (Ås og Stange) i vekstsesongen 2024. Det ble samlet inn aksprøver (seks aks per sort per lokalitet) 21 dager etter blomstring. Prøvene brukes for å studere uttrykk av gener og proteiner. Det ble tatt bilder fra feltet på Åa annenhver uke gjennom vekstsesongen ved hjelp av droner utstyrt med RGB og multispektralt kamera, og nitrogenstatus i plantene ble overvåket frem til aksskyting ved hjelp av håndholdt Yara N-sensor. Etter innhøsting blir avlings- og kvalitetsdata som tusenkornvekt og proteininnhold målt. Bilde-, avlings- og kvalitetsdata analyseres sammen med genuttrykks- og proteomdata for å undersøke den molekylære funksjonen til utvalgte gener. Sortspesifikke gjødslingsstrategier er et godt tiltak for å møte industriens krav til proteininnhold. For å skaffe kunnskap om sorts- og stedspesifikke gjødslingsstrategier, ble det gjennomført gjødslingsforsøk med fire ulike vårhvetesorter: Mirakel, Betong, Festus og Helmi, med noe ulik glutenkvalitet. Fem gjødslingsstrategier var inkludert for å undersøke sammenhengen mellom oppbygging av protein ved et gitt avlingspotensial ved økende tilførsel av nitrogen. Gjennom vekstsesongen ble biomassen målt med håndholdt N-sensor og med multispektrale dronebilder. Ved utvalgte vekststadier ble det tatt ut representative biomasseprøver som referanse til de spektrale undersøkelsene. Forsøksopplegget skal gjentas to sesonger til (i 2025 og 2026) for å kunne trekke inn sesongvariasjoner i gjødslingsstrategiene. Resultatene vil danne grunnlag for anbefalinger om sortspesifikk gjødsling. Videre vil resultatene bli brukt til å undersøke mulighetene for prediksjon av proteininnholdet og avling før kornet høstes. Det er nyttig for å kunne gi en tidlig prognose til bransjen om årets proteininnhold i kornet. Tidlig prognose av bakekvalitet av norsk mathvete har vært viktig for bransjen for å utnytte norsk hvete mest mulig optimalt. Dette arbeidet fortsetter i prosjektet Gene2Bread. På utvalgte markedssorter av vår- og høsthvete blir prøver fra feltforsøk analysert for viskoelastiske egenskaper av gluten. Møllene skal også analysere bakekvalitet av årets prøver med sine analysemetoder. Resultatene vil bli presentert i bransjens fellesarena sammen med Matkornpartnerskapet og årets kvalitet av norsk mathvete vil bli diskutert. Det foregående prosjektet antydet at sopparten Microdochium nivale kan skille ut proteaser. Hvete som er angrepet av denne soppen kan derfor ha redusert glutenkvalitet. Prosjektet skal kartlegge resistens mot M. nivale og videre eventuelle forskjeller i toleranse mot proteaser i ulike mathvetesorter. Det planlegges veksthusforsøk hvor fire mathvetesorter smittes med to isolater av M. nivale i vinter-vår 2024/25 og 2025/26. Glutenproteiner er en av de viktigste komponentene som påvirker bakekvaliteten. Men også andre komponenter (f.eks. stivelse og fiber) kan påvirke bakekvaliteten til mathvete. Prosjektet skal kartlegge variasjoner (genetiske og på grunn av dyrkingsmiljø) i sammensetning av disse komponentene i dagens markedssorter, og studere sammenhenger med bakekvalitet. Prøvematerialene for korn av fem markedssorter (Mirakel, Betong, Festus, Kuban, og Lizzi) vil bli høstet fra tre feltforsøk årlig. Materialet fra tre sesonger vil bli analysert av en postdoktor knyttet til prosjektet, som starter i 2026. Prosjektet skal undersøke toleransegrenser for kvalitetsparametere, slik at industribakeriene kan tilpasse sine produksjonsprosesser når bakekvalitet i norsk hvete varierer. Prosjektet samler inn prøver av mathvete med fire ulike kvaliteter (kombinasjoner av sterkt og svakt gluten og høyt og lavt proteininnhold) i vinteren 2024. Kombinasjoner av disse med ulike glutenkvaliteter testes med bakeforsøk i liten og stor skala. Arbeidet skal gjennomføres i tett samarbeid med industripartnerne. Gene2Bread gjennomføres i tett samarbeid med forskningsmiljøer og hele verdikjeden. Prosjektet skal ha stort fokus på implementering av resultatene i verdikjeden.

The project aims to increase Norway’s self-sufficiency in milling wheat by gaining knowledge to improve wheat quality and increase its utilisation. Adequate protein content and a stable quality between seasons and within a season are prerequisites to increasing the share of Norwegian wheat in the flour blend. The project will identify high-protein genes to be used in breeding programs and develop precise nitrogen fertilisation strategies. The project’s outcome will allow farmers to produce wheat with a small environmental footprint by growing cultivars with high protein genes and using cutting-edge technologies, such as sensors, unmanned aerial vehicles and satellites. The project will also determine the variations in the chemical composition of flour constituents, as well as identify differences between cultivars in response to a fungal infection that could weaken gluten quality. The results will contribute to finding measures to achieve stable quality. The project will also explore strategies for the maximum use of Norwegian wheat of varying quality. Analysis of wheat quality in the early season for the quality prediction of the new harvest will assist the industries in planning for the maximum use of Norwegian wheat. Furthermore, the project will investigate the possibility and method of adjusting breadmaking processes according to seasonal variations in quality. More flexible processes at the industrial level will allow for increasing the utilisation of Norwegian wheat. The project will be accomplished through close collaboration with industry partners leading to an active knowledge exchange within the value chain, including the research community. The project will cover in-depth, technology-based research with a strong focus on implementations in the value chain. Increased self-sufficiency in milling wheat will furthermore satisfy the consumers’ demand for domestic products as well as contribute to higher food security in Norway.