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Des chercheurs cartographient le génome de l'orge pour améliorer l'avenir de la bière

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Croiriez-vous que le génome de l'orge est deux fois plus long que le génome humain ?

Il y a beaucoup d'éléments qui entrent dans le brassage d'une bière, mais maintenant, les scientifiques pensent qu'ils ont peut-être déchiffré le code pour produire une meilleure bière. Des chercheurs viennent de publier la carte du génome de l'orge et affirment que la compréhension du génome renforcera la culture et la rendra résistante aux changements climatiques.

L'orge, rapporte Business Insider, est la quatrième plus grande culture au monde. Bien sûr, l'orge n'est pas seulement utilisée dans la bière (même si nous l'aimons ainsi) ; il est également utilisé dans la production de whisky et de céréales, ainsi que dans la production de litière et d'aliments pour animaux.

Les chercheurs derrière la cartographie du génome a déclaré que la cartographie de l'orge était extrêmement difficile, car la taille du génome de l'orge est le double de la taille du génome humain. Mais ils ont pu publier l'ordre et la structure des 32 000 gènes associés à l'orge, et plus précisément, les régions les plus résistantes aux maladies. Cela pourrait signifier qu'à l'avenir, l'orge produite grâce à une sélection de variétés pourrait mieux survivre au changement climatique, aux mauvaises conditions météorologiques et aux maladies - et cela pourrait signifier beaucoup pour l'avenir de la sécurité alimentaire à long terme. Cela pourrait également signifier que des millions de livres d'orge sont économisées chaque année, note Le commerce des boissons. Dans un avenir proche, cependant, les buveurs de bière devraient lever un verre à ces scientifiques – après tout, cette orge dans votre bière va un long chemin.


Les régions génomiques contenant les deux tiers de tous les gènes de l'orge annotés ont été séquencées

Le séquençage et l'assemblage du génome de l'orge sont difficiles non seulement en raison de sa taille de 5,1 milliards de paires de bases, mais aussi parce que plus de 80 % de la séquence est répétitive. Crédit : Craig Nagy

Les chercheurs ont généré près de 16 000 séquences de régions contenant des gènes pour l'orge, cartographiant environ les deux tiers de tous les gènes de l'orge annotés.

Alors que les chercheurs continuent de travailler sur une séquence de référence complète pour le génome de l'orge, la détermination d'assemblages de séquences améliorés pour les régions riches en gènes de l'orge permet à la communauté des chercheurs de mener des études de génomique comparative avec des cultures apparentées telles que le riz et d'autres graminées pour des applications telles que les biocarburants. production.

L'une des raisons pour lesquelles l'orge est une culture bioénergétique candidate est que, en tant que l'une des cultures vivrières les plus répandues, les phytogénéticiens ont compris comment produire des rendements élevés. À des fins commerciales, la paille et le grain peuvent être utilisés pour produire des biocarburants. Cependant, produire une séquence de référence pour l'orge a été difficile car plus de 80 pour cent du génome (qui est déjà 67 pour cent plus grand que le génome humain) est répétitif. Pour contribuer à l'effort international visant à produire un génome d'orge de référence, en 2011, le DOE Joint Genome Institute, une installation d'utilisateurs du DOE Office of Science, a sélectionné une proposition visant à développer une carte génétique du génome de l'orge en tant que projet du programme scientifique communautaire.

S'appuyant sur des efforts mondiaux, une équipe impliquant des chercheurs du DOE JGI a récemment signalé que près des deux tiers de l'espace génétique de l'orge avaient été cartographiés. Dans l'étude publiée en ligne le 7 août 2015 dans le Journal des plantes, l'équipe a identifié et séquencé plus de 15 000 chromosomes artificiels bactériens (BAC) contenant des gènes de l'orge, comprenant environ 1,7 milliard de paires de bases (Gbp) de séquence sur les 5,1 Gbp estimés qui composent le génome de l'orge.

1,7 Go de séquence génomique riche en gènes élargissent notre connaissance des caractéristiques des régions contenant des gènes », a rapporté l'équipe. « De plus, cette ressource améliorera la vitesse et la précision du clonage basé sur la carte et du développement de marqueurs dans l'orge et de près espèces apparentées tout en soutenant les efforts en cours pour obtenir une séquence de référence complète d'orge.

Les chercheurs ont utilisé un projet antérieur dans lequel une équipe, comprenant également des chercheurs du DOE JGI, a évalué une méthode d'assemblage de génomes végétaux complexes. À l'aide de la technique appelée POPSEQ, les chercheurs ont assemblé rapidement et à peu de frais des ensembles de données sur le génome de l'orge comme preuve de principe. La connaissance de ces gènes particuliers aidera matériellement la communauté des scientifiques intéressés par la recherche sur l'orge à les exploiter. Il est important de noter que le fait d'avoir une carte du génome de l'orge basée sur les séquences à une résolution beaucoup plus élevée permettra aux scientifiques de rechercher et d'identifier plus facilement les gènes impliqués dans des traits d'intérêt pour diverses utilisations, parmi lesquelles la production de biomasse pour l'énergie.


Vie sur Mars

Du côté du volcan Mauna Loa à Hawaï, six personnes vivent dans des conditions semblables à celles de Mars dans le cadre d'une étude de recherche comportementale financée par la NASA. Nous faisons la chronique de leur mission en vidéo 360.

Pour les expériences, les étudiants avaient une petite parcelle de serre, avec un écran maillé réduisant la lumière du soleil pour imiter la plus grande distance de Mars par rapport au soleil.

Qu'est-ce que le « fabuleux » dans le sol martien pur était le mesclun, un mélange de petites salades vertes, même sans engrais, a déclaré le Dr Guinan.

Lorsque la vermiculite, un minéral souvent mélangé à des sols terrestres lourds et collants, a été ajoutée à la substance martienne, presque toutes les plantes ont prospéré. Parce que les astronautes ne transporteraient probablement pas de vermiculite de la Terre mais pourraient avoir des boîtes en carton, le Dr Guinan a également essayé de mélanger du carton découpé dans le sol martien. Cela a fonctionné aussi.

Un groupe d'étudiants a émis l'hypothèse que le café moulu pourrait également être utilisé comme agent de remplissage pour ameublir le sol. Ils pensaient que les astronautes boiraient du café de toute façon, et que le café serait également un engrais naturel. "En outre, cela peut aider à acidifier le sol martien", a déclaré Elizabeth Johnson, une aînée de Villanova qui a suivi le cours. Le sol de Mars est alcalin, avec un pH de 8 à 9, a-t-elle dit, contre 6 à 7 sur Terre.

"Nous pensons que le café a beaucoup de potentiel", a déclaré Mme Johnson.

Les carottes, les épinards et les oignons verts de son équipe ont germé rapidement dans le mélange de marc de café et de sol martien, poussant initialement plus rapidement que même les plantes dans une jardinière témoin remplie de terreau de rempotage.

Le Dr Guinan n'est pas le premier à essayer de faire pousser des plantes dans le sol martien. Il y a cinq ans, Wieger Wamelink, scientifique à l'Université de Wageningen et à la recherche aux Pays-Bas, a eu la même idée, un moyen de combiner son travail – la recherche en écologie – avec son intérêt pour la science-fiction.

La première série d'expériences a fait pousser 14 types de plantes, dont le seigle, les tomates et les carottes dans le sol martien, le sol lunaire simulé et le sol terrestre. Presque toutes les plantes ont germé, ont rapporté le Dr Wamelink et ses collègues.

Comme le Dr Guinan, le Dr Wamelink a découvert que le mélange de matière organique dans le sol martien améliorait considérablement la croissance des plantes. Ils ont vérifié que les cultures cultivées dans le sol martien étaient tout aussi nutritives et sans danger pour la consommation. En 2016, les chercheurs ont organisé des repas cuisinés à partir de leurs cultures de recherche pour plus de 50 personnes qui avaient soutenu le travail avec des dons de financement participatif.

L'année dernière, ils ont montré que les vers de terre pouvaient vivre, voire se reproduire, dans le sol martien.


Maintenant que les scientifiques ont cartographié le génome de l'orge, une meilleure bière pourrait être le résultat

Gstockstudio/123RF Cartographier le génome humain ? Meh ! Le projet de cartographie du génome que nous sommes vraiment enthousiasmé est celui qui a été réalisé au cours de la dernière décennie par un groupe pionnier de 77 scientifiques intrépides du monde entier. Ce sur quoi ils ont travaillé de manière désintéressée est un projet de cartographie du génome de l'orge — avec le noble objectif de nous apporter un jour une meilleure bière.

La recherche est publiée dans le dernier numéro de la revue La nature, avec le titre sobre, "Une séquence ordonnée de capture de conformation chromosomique du génome de l'orge." Il présente les travaux du Consortium international de séquençage du génome de l'orge (oui, c'est une chose réelle !), qui a impliqué des scientifiques d'Allemagne, d'Australie, de Chine, de République tchèque, du Danemark, de Finlande, de Suède, de Suisse, du Royaume-Uni et du bon vieux Royaume-Uni. États. Tous ont été réunis par le désir d'en savoir plus sur l'un des composants centraux des boissons alcoolisées, remontant à l'âge de pierre.

Il s'avère que la cartographie du génome de l'orge est en réalité extrêmement compliquée. C'est près de deux fois la taille du génome humain, et un énorme 80 pour cent est composé de séquences hautement répétitives, qui ne peuvent pas être facilement attribuées à des parties spécifiques du génome avec le type de précision nécessaire.

Avec les idées que l'équipe a fournies, cependant, l'espoir est maintenant qu'il sera possible d'aider les sélectionneurs à optimiser la diversité génétique dans leurs cultures pour améliorer la qualité de l'orge qui est cultivée.

Hé, entre cela et des initiatives comme l'Université de Californie, la mission de San Diego de brasser de la bière dans l'espace, ou l'utilisation de l'IA pour brasser la pinte parfaite, nous ne pourrions pas être plus excités de voir les esprits les plus pointus du monde concentrer leur attention sur l'alcool breuvages.

(Pour mémoire, nous devons également souligner que nous utilisions simplement une licence dramatique en décrivant le projet du génome humain comme autre chose que génial au début de cette histoire. Nous avons vraiment, vraiment comme notre bière. Tout le reste n'est que de la bière blonde en comparaison !)


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Contrairement à ses collègues du début du 20e siècle, Ernest S. Salmon, professeur au Wye College près de Londres, était certain que les variétés de houblon américaines appartenaient à une espèce distincte et toutes les variétés européennes à une autre. « Tous nos livres nous disent que les variétés de houblon cultivées dans le monde sont toutes issues d'une même espèce, Humulus lupulus, écrit-il en 1917. Je suis convaincu que ce n'est pas le cas.

Salmon avait pris en charge un programme d'élevage de houblon naissant à Wye en 1906. Soulignant les principes d'hérédité de Gregor Mendel, il était certain que la teneur en résine et l'arôme étaient ce que Mendel appelait des « caractères fixes », c'est-à-dire qu'ils étaient innés à un houblon donné. variété, plutôt que la région dans laquelle elle a été cultivée. Son objectif était de créer des variétés de houblon hybrides transatlantiques qui présenteraient le profil aromatique préféré des brasseurs britanniques, mais avec la teneur en résine plus élevée que l'on trouve dans le houblon américain.

Le professeur W.T. Macoun, horticulteur du Dominion pour le Canada, a fourni le houblon nord-américain dont le saumon avait besoin. Il l'a recueilli dans la ville de Morden, au sud de Winnipeg au Manitoba. Le houblon poussait à l'état sauvage le long d'un ruisseau qui traversait la ville. "Les anciens habitants de cette ville m'assurent qu'il n'y a jamais eu d'introduction de houblon cultivé dans le quartier", a écrit Macoun. Le houblon a été transplanté dans des lots de ville pour couvrir les endroits inesthétiques.

Salmon a planté le houblon, qu'il a étiqueté BB1, en 1917 dans la pépinière de Wye, où il a été pollinisé par un houblon mâle anglais inconnu. Il a récolté les graines à l'automne 1918, a élevé des centaines d'enfants de BB1 ​​dans une serre à partir de 1919 et a planté les plus prometteurs d'entre eux dans la pépinière en 1922. Il a choisi de nommer et de libérer deux d'entre eux après plus d'une décennie de essais de brassage.

Ni les brasseurs ni les agriculteurs du Royaume-Uni n'ont adopté ces deux premières variétés, Brewer's Gold et Bullion, mais il n'y avait pas de retour en arrière. Lorsque Salmon a commencé à Wye College, le houblon contenait 4 % d'acides alpha en moyenne et 6 % au maximum. Les sélectionneurs ont depuis créé des variétés avec des cônes contenant plus de 20 % d'acides alpha, utilisant presque toujours des cultivars qui remontent aux deux races de Salmon. Relativement récemment, la définition de ce qui constitue une saveur et un arôme agréables de houblon s'est également élargie pour inclure des caractéristiques fruitées et exotiques. Les variétés populaires telles que Citra, Mosaic, Centennial et Sorachi Ace sont toutes, à des degrés divers, des descendants de Brewer's Gold.

En fin de compte, l'affirmation de Salmon selon laquelle le houblon d'Amérique est différent de celui d'Angleterre ou du continent s'est avérée correcte, le consensus scientifique étant désormais que les lignées sont séparées par plus d'un million d'années d'évolution. Plus récemment, l'analyse génétique chimique et moléculaire a établi la plus grande diversité de houblon sauvage américain par rapport au houblon sauvage européen.

Il y a un siècle, Salmon avait besoin de chance pour localiser un houblon sauvage qui prouvait que sa thèse était correcte. Mais aujourd'hui, les scientifiques du houblon disposent d'outils pour établir si une plante poussant seule dans le nord de l'État de New York ou le sud-ouest américain est indigène, est originaire de l'autre côté de l'Atlantique ou est peut-être un hybride américain sauvage/européen. L'utilisation du séquençage de nouvelle génération (NGS) en particulier a commencé à pousser plus loin la sélection du houblon, et donc le houblon. Et il n'y a pas que du houblon. Cette technologie modifiera également deux autres ingrédients essentiels de la bière : la levure et l'orge.

"[Le séquençage] nous aide à comprendre d'où viennent différentes souches de levure (ou variétés de houblon ou de malt) et comment elles sont liées et peut-être, plus important encore, nous aide à créer de meilleures variétés qui combinent les meilleures propriétés des variétés et des souches parentales ", explique Kevin Verstrepen, généticien des levures à l'Université catholique de Louvain et à l'Institut flamand de biotechnologie.

Les technologies de séquençage de nouvelle génération sont devenues disponibles pour la première fois dans le monde, remplaçant une première génération apparue en 1977. Elles sont beaucoup plus rapides, plus précises et, par conséquent, plus rentables. "Aujourd'hui... un seul étudiant peut faire tout le travail qui a été accompli dans les thèses de génomique au cours des années 1980 et 1990 en moins d'une seconde, à une fraction du coût", écrivent Rob DeSalle et Ian Tattersall dans leur livre de 2019, "A Histoire naturelle de la bière.

Le séquençage commence par ordonner les éléments constitutifs appelés bases nucléotidiques (il en existe quatre sortes) dans un petit morceau, ou brin, d'ADN. Les fragments sont alignés sur la base de portions qui se chevauchent pour assembler les séquences de régions plus grandes d'ADN et, éventuellement, des chromosomes entiers. Un génome est la somme totale de l'ADN d'un organisme. La méthode Sanger, développée dans les années 1970 par le biochimiste britannique Frederick Sanger, séquence un seul fragment d'ADN à la fois. Les plateformes NGS sont capables de séquencer des millions de fragments simultanément.

Les scientifiques ont d'abord séquencé les espèces de levure utilisées par les brasseurs et les boulangers en 1996, déterminant l'ordre de 12 057 500 sous-unités chimiques. Il s'agissait d'une étape vers le séquençage du génome humain, un projet qui a duré plus d'une décennie et a coûté au total 3 milliards de dollars (le séquençage du premier génome humain lui-même a coûté environ 1 milliard de dollars). Aujourd'hui, les laboratoires facturent entre 300 $ et 1 500 $ pour le même travail. Le séquençage est même devenu suffisamment bon marché pour qu'en 2012, Illumina, une société de biotechnologie de San Diego située non loin de White Labs, ait séquencé gratuitement 96 souches de levure afin de tester de nouvelles machines NGS.

Peu de temps après, Troels Prahl, responsable de la recherche et du développement chez White Labs, a appris qu'un groupe belge dirigé par Verstrepen explorait également le paysage phénotypique de la levure, c'est-à-dire reliant ce qui a été déterminé génétiquement avec des traits observables. Ensemble, les deux équipes ont séquencé les génomes de 157 souches de levures, la plupart utilisées par les brasseurs. Publié en 2016, "Domestication and Divergence of Saccharomyces cerevisiae Beer Yeasts" reconstitue l'histoire de l'évolution de la levure au fil des siècles, dessine un arbre généalogique et fournit une carte pour la sélection et le développement des souches à l'avenir.

Les génomes végétaux sont le plus souvent plus gros que le génome humain car ils contiennent beaucoup plus d'éléments répétitifs. Entre 2000 et 2008, les scientifiques ont séquencé les génomes de seulement 10 plantes. La découverte de marqueurs le plus souvent appelés SNP (abréviation de polymorphisme à nucléotide unique) trouvés pour la première fois dans le génome humain a permis de dessiner plus facilement des cartes génétiques et de commencer à associer des marqueurs à des traits. Génomes de référence pour l'orge (Hordeum vulgare L.) et du houblon (Humulus lupulus) font partie des plus de 600 génomes végétaux qui ont été assemblés depuis.

Il a fallu 10 ans à 77 scientifiques de 10 pays pour reconstituer la séquence ordonnée du génome de l'orge, publiée en 2017. Les chercheurs ont rapidement découvert que le gène de l'alpha-amylase, l'enzyme qui décompose l'amidon de l'orge malté en sucre, se répète plusieurs fois. fois. «Cela ajoute vraiment à nos connaissances sur la façon d'améliorer les niveaux de cela. Avec plusieurs exemplaires, nous pouvons choisir ceux que nous voulons augmenter », a déclaré Gary Hanning, directeur de la recherche mondiale sur l'orge pour Anheuser-Busch InBev, lors de la publication de la recherche.

La première identification rapportée de marqueurs moléculaires dans le houblon remonte à 1995. Quatre ans plus tard, un nombre plutôt modeste de 224 a été découvert. Aujourd'hui, plus d'un million de SNP ont été trouvés dans les milliers de cultivars de houblon dans le monde. Cependant, l'appariement des marqueurs et des caractéristiques souhaitables, qu'il s'agisse de résistance aux maladies ou de saveurs uniques, peut prendre plus de temps pour certaines caractéristiques que pour d'autres.

« Nous n'en sommes pas encore là. C'est une nouvelle frontière », déclare Paul Matthews, qui travaille comme chercheur principal chez Hopsteiner, une société internationale de commerce de houblon avec des programmes de sélection aux États-Unis et en Allemagne. "Nous sommes toujours en preuve de concept."

Aujourd'hui, les éleveurs, qu'ils soient spécialisés dans le houblon, les pois ou les poulets, se posent la même question que Gregor Mendel il y a plus de 150 ans : « Puis-je prédire comment un trait est transmis à la génération suivante ? Les principes d'héritage de Mendel servent souvent de guide. Avant que le travail de Mendel ne soit largement accepté, les gens croyaient que les traits se produisent dans la progéniture en raison d'un mélange de caractéristiques parentales. Il a établi que les « caractères fixes » auxquels Salmon faisait référence (maintenant considérés comme des gènes) pouvaient être dominants ou récessifs.

Le processus de pollinisation croisée des variétés pour créer des graines est différent pour l'orge que pour le houblon, mais les étapes pour développer de nouvelles variétés suivent des chemins lents similaires. Les éleveurs doivent penser des décennies à l'avance. « Vous devez préparer de nombreux types d'arômes, mais vous devez attendre que les brasseurs vous présentent leurs idées », explique Anton Lutz, sélectionneur au Germany Hop Research Center. « Alors vous pouvez leur dire : « Je l'ai. » »

La chronologie suivante à la North Dakota State University est typique pour l'orge :

Année 1 : Des croisements sont réalisés et les caractéristiques agronomiques de la descendance sont évaluées.

Année 2 : Les lignées sélectionnées sont cultivées et testées, notamment pour la résistance aux maladies et les qualités brassicoles.

Années 3 à 5 : Les lignées progressent à travers trois séries d'essais sur le terrain et sont envoyées aux laboratoires pour une analyse de qualité et la résistance aux maladies. Les lignées qui réussissent sont envoyées à l'American Malting Barley Association pour leur première évaluation à l'échelle pilote au cours de la cinquième année.

Années 6-7 : Les lignées sont évaluées lors d'essais sur le terrain dans un maximum de 10 emplacements. Les meilleurs sont soumis à l'American Malting Barley Association (AMBA) pour des tests à l'échelle de l'usine au cours de l'année 7.

Années 8 à 10 : Les essais à l'échelle de l'usine se poursuivent, avec davantage d'essais sur le terrain. Sur la base de l'acceptation par les membres de l'AMBA, une lignée reçoit un nom variétal et est distribuée aux agriculteurs.

Kevin P. Smith de l'Université du Minnesota explique que la découverte de nouveaux marqueurs génétiques peut non seulement accélérer ce processus laborieux, mais pourrait également augmenter la quantité de changement possible dans un laps de temps particulier. Par exemple, son laboratoire pourrait utiliser un échantillon génétique prélevé après la deuxième année pour prédire l'extrait de malt d'une variété potentielle. « Nous aurions dû attendre la quatrième ou la cinquième année avant de [la mesurer] », dit-il. De plus, tester un échantillon pour les marqueurs coûte 20 $, contre 200 $ pour analyser complètement un échantillon d'orge.

La reproduction du houblon est également tout aussi lente. John Henning, généticien de recherche de l'USDA dans l'Oregon, a fait le croisement en 2000 qui a abouti à une variété de houblon qu'il a nommée Triumph. Elle n'a été distribuée aux agriculteurs que près de deux décennies plus tard, en 2019.

En règle générale, l'USDA suggère aux éleveurs potentiels de suivre ce calendrier :

Année 1 : Les semis sont cultivés en serre et sélectionnés pour leur résistance à l'oïdium.

Années 2-4 : Les plantes sont évaluées sur le terrain, évaluées et récoltées, puis analysées chimiquement.

Années 5-8 : Les sélections sont cultivées sur des parcelles à plusieurs collines. L'évaluation se poursuit et des données complètes sont recueillies. Des échantillons sont envoyés aux brasseries pour les brassins pilotes. Les brasseries sélectionnent leurs favoris.

À partir de la 9e année : les sélections sont cultivées dans des parcelles agricoles commerciales. Le houblon est testé dans plusieurs brasseries. Les brasseurs acceptent ou rejettent le houblon.

Comme pour l'orge, trouver des marqueurs génétiques pour les caractères souhaitables dans le houblon peut raccourcir le processus de sélection et augmenter le nombre de plants de houblon pouvant être évalués. Cependant, contrairement à l'orge, le houblon introduit des complexités génétiques supplémentaires.

Des recherches importantes financées par Hopsteiner ont mis en lumière pourquoi et quand le houblon peut ne pas suivre les principes de Mendel. Pour faire simple, le houblon ne se reproduit pas toujours comme on pourrait s'y attendre. Faisant des recherches à la Florida State University, Katherine Easterling, qui a depuis rejoint l'équipe Hopsteiner de Matthews, a observé que pendant la reproduction sexuée, les chromosomes qui auraient dû être appariés par deux avec des formes en forme de beignet étaient plutôt liés entre eux en longues chaînes et anneaux.

"Cette observation signifie qu'il existe une similitude de séquence qui s'étend au-delà des paires de chromosomes parentaux", dit-elle. “Although some plants and animals have been reported to demonstrate that type of chromosomal behavior, it’s considered very abnormal, and the offspring from such strange behavior can be less viable or show unexpected traits.” Jargon aside, that means that, no matter which desirable characteristics they might exhibit, certain hop varieties may still not be suitable for breeding.

“Yes, that is a problem,” says Matthews. “Some genotypes are more normal. Some are crazy. Not every variety is the same. Using technology we can look for hops a little more normal. This could change breeding forever.”

As for yeast, breeders can produce new strains in a matter of days instead of years, but they present a different challenge. When reproducing sexually, yeast adhere to Mendel’s laws. However, charting the evolution of beer yeasts revealed that 40% of strains are inclined not to reproduce sexually, and others have dramatically reduced fertility. Most often they divide through asexual budding. In Verstrepen’s lab, “We have really optimized the conditions so that strains that have very poor sexual cycles can still be persuaded to breed it is all about tweaking the environment.”

Using a robot, the lab may generate hundreds of new strains a day. “We can create millions of crosses, but measuring which are the best ones takes time and effort. And, breeding is a numbers game. Of course, we have gotten very good at selecting the right parents to start the breeding but even with the best parents, making more crosses increases the chances of finding one super yeast,” Verstrepen says.

For some properties, like fermentation speed, scientists use “micro-droplets”: tiny drops of wort that are barely larger than a yeast cell. “Each droplet gets one yeast cell, and we monitor how quickly that cell can consume the sugars. That way, we can test thousands of yeasts instead of hundreds when we do it using the normal lab equipment,” Verstrepen notes.

Shortly before the results of the yeast sequencing project were published, White Labs founder Chris White made it clear how important the research is.

“Without unlocking the genetic information we are still thinking like the 1860s,” he told an audience of homebrewers in Baltimore. He showed a slide with Saccharomyces cerevisiae—Ale yeast—“top fermenting” on one side, and Saccharomyces pastorianus—Lager yeast—“bottom fermenting” on the other. “I’m glad you’re coming to this talk because we are kind of on the brink. This is the old way of talking about this. There is going to be a new way in the next few years.”

Discussing why modern commercial tomatoes aren’t as tasty as heirloom varieties, Bob Holmes, author of “Flavor: The Science of Our Most Neglected Sense,” puts the blame on breeding practices. “We know that breeders of many crops have focused for decades on traits like disease resistance yield appearance uniform size and ease of packing, shipping, and processing … Their focus hasn’t been on flavor,” he writes.

Now armed with a map of the barley genome, breeders don’t have to focus on one trait at the possible expense of another. “Nothing has been done to breed flavor out,” says Scott Heisel, technical director at the American Malting Barley Association.

In the past, conventional wisdom held that malt flavor is created during malting. Breeders focused on agronomic traits and attributes, such as extract and amount of proteins. But recent experiments at Oregon State University now suggests variety also influences flavor. “We started this project with a question: Are there are novel flavors in barley that carry through malting and brewing and into beer? This is a revolutionary idea in the brewing world. We found that the answer is yes,” Pat Hayes said when the results of the OSU study were published.

Barley World, Hayes’ research group, crossbred Golden Promise, a British barley strain, with a variety bred at OSU, Full Pint. Beers were brewed, then tasted by trained panelists, with the original varieties and also hundreds of their offspring.

“The progeny are showing all possible combinations of those traits,” Hayes said. “And, since we had been doing DNA fingerprinting on these progeny, we can assign certain regions of the barley genome as being responsible for these flavors. We also found that there were some differences based on where the barley was grown, but the genetic effect was larger than the environment.”

Where the barley is grown is important, obviously, to craft maltsters and brewers committed to making local beer with locally grown grain. Nonetheless, the discovery of molecular markers has made “flavor” a larger part of the conversation, and one that will likely inform future breeding efforts. “We’ve really just started to think about how we can tackle flavor,” says Kevin Smith in Minnesota. “Are there certain things we can quantify?”

Next generation sequencing facilitates such change, but it also helps assure the future of the crops that are used to make beer. Breeders are already using markers to select for disease resistance. If they can find similar markers related to yield, they may create varieties of barley and hops that are more environmentally sustainable.

Four years ago, Hopsteiner began sending teams to the American Southwest and the countries of Georgia and Kazakhstan to collect wild hops. Crop scientists around the world are working to preserve genetic diversity that could help crops survive climate change, and those at Hopsteiner have found varieties in the Southwest that are more drought-resistant. It turns out those hops may also have unique flavors. Sequencing should help breeders identify markers for multiple traits.

Hop oil contains hundreds—potentially up to 1,000—compounds that contribute to aroma and flavor, some of which, like linalool and geraniol, are prominent in certain trendy, New World aroma varieties. Hopsteiner has now identified markers for some of those compounds. That could speed up the breeding process by two or three years, Matthews says. “You will see that in the near future. Je peux te le promettre. I just can’t tell you when.”

Despite these advances, not everything has changed for the breeders of beer’s key ingredients—at least not yet. Many still make crosses much as Salmon did more than 100 years ago. “Absolutely the same,” says Peter Darby, who took over the breeding program at Wye College in 1981. “Choosing the mother and father: all the creativity is in that stage.”


New future for an old crop: barley enters the genomic age

Higher yields, improved pest and disease resistance and enhanced nutritional value are among the potential benefits of an international research effort that has resulted in the mapping of the barley genome.

The work - conducted by the International Barley Sequencing Consortium (IBSC), which includes Australian researchers based at the University of Adelaide's Waite Campus - is described in a paper published today in the prestigious journal Nature.

Barley is the world's fourth most important cereal crop, and the second most important crop in Australian agriculture. Australia produces around seven million tonnes of barley a year, 65% of which is exported at a value of $1.3 billion annually. Australia also accounts for one third of the world's malting barley trade.

The Australian research team was led by scientists at the Australian Centre for Plant Functional Genomics (ACPFG) and the University of Adelaide, who worked with colleagues at the ARC Centre of Excellence in Plant Cell Walls.

"This new analysis of all the genes in the barley genome is a major step forward for agricultural science and industry," says Australian research leader and a senior author of the Nature paper, Professor Peter Langridge, Chief Executive Officer of the ACPFG.

"This will greatly accelerate the work in Australia and elsewhere to improve the quality of barley, enhance its disease and pest resistance and, most importantly, support efforts to improve the tolerance of barley to environmental stresses such as heat and drought."

First cultivated more than 15,000 years ago, barley belongs to the same family as wheat and rye. Together, they provide about 30% of all calories consumed worldwide.

"Because barley is very closely related to wheat, these results from barley will have a major impact on wheat research," Professor Langridge says. "Wheat is Australia's most important crop, and improvements in wheat production globally will be a key to ensuring global food security."

The barley genome is almost twice the size of that of humans. Determining the sequence of its DNA has presented a major challenge for the research team. This is mainly because its genome contains a large proportion of closely related sequences, which are difficult to piece together.

The team's Nature paper provides a detailed overview of the functional portions of the barley genome, revealing the order and structure of most of its 32,000 genes. It also includes a detailed analysis of where and when genes are switched on in different tissues and at different stages of development.

The team has described regions of the genome carrying genes that are important to providing resistance to diseases, offering scientists the best possible understanding of the crop's immune system.

The Australian component of this research has been funded by the Australian Research Council (ARC), the Grains Research and Development Corporation (GRDC) and the South Australian Government.

The full paper can be found on Nature's website .

The University of Adelaide Waite Campus

The University of Adelaide's Waite Campus is the leading agricultural research, education and commercialisation cluster in the Southern Hemisphere, bringing together 1200 researchers from the University and co-located partners. This unique model of university, government and industry partners concentrates expertise in a range of agricultural science areas. The University's School of Agriculture, Food and Wine and the Waite Research Institute are both based at the Waite Campus.

International Barley Sequencing Consortium

The IBSC was founded in 2006 and includes scientists from Germany, Japan, Finland, Australia, the United Kingdom, the United States and China. www.barleygenome.org

Barley - importance to Australia

Barley is worth around $1.3 billion annually to Australia's exports. We produce almost seven million tonnes of barley each year on an area of around four million hectares. Australia accounts for around 32% of the international trade in malting barley, although we're only about 5% of the world's annual barley production.

Malting barley (37% of the total barley produced) underpins the beer sector, which is worth more than $5 billion to the Australian economy. Lower quality grain and by-products of the malting process are a major component of the animal feed that underpins meat and dairy production. Over the past 50 years, barley grain yields have more than doubled - most of this improvement can be attributed to genetics.

Australian Centre for Plant Functional Genomics

The ACPFG was established in 2003 by the South Australian Government and the Australian Federal Government through the ARC and the GRDC. ACPFG improves cereal crops' tolerance to environmental stresses such as drought, heat, salinity and nutrient toxicities - major causes of yield and quality loss throughout the world and significant problems for cereal growers. www.acpfg.com.au

ARC Centre of Excellence in Plant Cell Walls

The ARC Centre of Excellence in Plant Cell Walls is a collaboration between the Universities of Adelaide, Melbourne and Queensland in partnership with the South Australian Government and seven international institutions. Established in 2011, its research is focused on the biosynthesis and re-modelling of plant cell wall polysaccharides, which play important roles in human health and renewable biofuels. The Director of the Centre is Professor Geoff Fincher, who is also an author on the Nature paper.

Both ACPFG and the Centre of Excellence in Plant Cell Walls are based at the University of Adelaide's Waite Campus.


Developing a &lsquosuper grain&rsquo

Cracking the genetic code led Professor Li to a deeper exploration of what makes the best barley. He uses the example of a brick in a wall to illustrate how variations in copy numbers and orientations can be used to target key traits for new varieties.

&ldquoEvery brick &ndash or gene &ndash can look similar but different numbers of bricks put together will form a new structure,&rdquo he said.

&ldquoLike a brick, genes can have a different orientation and be arranged in different ways to create a different structure, which in doing so, can create a different function or enhance a function, like greater heat tolerance or nitrogen efficiency.&rdquo

In collaboration with scientists around the world, Professor Li&rsquos team is identifying genes in various types of barley that are more resilient to droughts, pests, poor soils and disease.

This breakdown and mapping of every strain will enable the researchers to identify all the most desirable traits in each and combine them into one &lsquosuper grain.&rsquo


&ldquoThe benefits of cracking the DNA code and combining all of the best traits into one variety could include everything from improving the yield and quality of WA malt and feed barley production, to assisting with food production in developing countries and improving food biosecurity.

&ldquoThe development of a super grain would also give growers a higher profit margin and greater yields. This in turn makes our barley more desirable to international markets,&rdquo he said.

It also means better quality beer.


Beer supply threatened by future weather extremes

Barley yields are expected to decrease substantially as severe droughts and heat extremes become more frequent due to climate change, reports a study published online this week in Nature Plants. As a result, beer will become scarcer and more expensive.

Beer is the most popular alcoholic beverage in the world by volume consumed, and its main ingredient, barley, is particularly sensitive to extreme weather events. Although the frequency and severity of drought and heat extremes increase substantially in a range of future climate scenarios by five Earth system models, the vulnerability of beer supply to such extremes has never been assessed.

Wei Xie and colleagues model the vulnerability to future weather extremes of both barley production and the subsequent beer supply. The authors find that the average loss of barely yields will range from 3% to 17%, depending on the predicted severity of the weather. Declining barley yields will result in proportionally larger decreases in the barley made available for beer production as more essential commodities are prioritized. This will result in corresponding decreases in beer consumption and increases in beer prices, the authors suggest, depending on national economic status and culture. One of the most affected countries, for example, is Ireland - where beer prices could increase by between 43% and 338% by 2099 under the most severe climate scenario.


Women beer drinkers 'increase psoriasis risk'

The study found that women who drank five beers a week doubled their risk of developing the condition compared with women who did not drink.

The Boston study, in Archives of Dermatology, looked at more than 82,000 female nurses aged 27 to 44 and their drinking habits from 1991 until 2005.

Non-alcoholic beer, wine and spirits were not found to increase the risk.

In the study, researchers said that woman who drank more than two alcoholic drinks a week increased their risk of psoriasis by two-thirds compared with non-drinkers.

For women who drank five glasses of beer per week their risk of developing psoriasis was 1.8 times higher again.

When stricter criteria were used to confirm psoriasis cases, their risk was increased 2.3 times.

Yet women who drank any amount of low- or non-alcoholic beer, white wine, red wine or spirits per week were not found to be at increased risk.

Author Dr Abrar Qureshi, from Harvard Medical School, Boston, wrote in the journal: "Non-light beer was the only alcoholic beverage that increased the risk of psoriasis, suggesting that certain non-alcoholic components of beer, which are not found in wine or liquor, may play an important role in new-onset psoriasis."

The study suggests that it could be the gluten-containing barley, used in the fermentation of beer, which is the cause of the increased psoriasis risk.

Previous studies have shown that a gluten-free diet may improve psoriasis in patients who are sensitive to gluten.

People with psoriasis may have a so-called latent-gluten sensitivity, compared with people without psoriasis, says the study.

"Women with a high risk of psoriasis may consider avoiding higher intake of non-light beer," the authors conclude.

Psoriasis is a chronic skin disease characterised by itchy red scaly patches that most commonly appear on the knees, elbows and scalp but can show up anywhere, including the face.

The effects can range from mild to disfiguring enough to be socially disabling.


Voir la vidéo: Kakka Kakka - Niilin puuvaja (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Makkapitew

    Chez toi une mentalité abstraite

  2. Cinwell

    aaaaaa, Martin, tu es juste un super mégachel

  3. Drugi

    Complètement ouais

  4. Zugul

    Vous autorisez l'erreur. Je peux le prouver.

  5. Everhart

    Pourquoi avez-vous soulevé la panique ici?



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