IANR-technologie vergroot het begrip van eigenschappen van voedselgewassen, darmmicrobioom

Wetenschappers van Food for Health Center van de laboratoria van James C. Schnable en Andrew K. Benson onderzoeken sorghumplanten in het Greenhouse Innovation Center op de Nebraska Innovation Campus. De Husker-wetenschappers, van links, zijn Chenyong Miao, Qinnan „Bob“ Yang, Zhikai Liang en Mallory Van Haute. Foto door Craig Chandler, Universitaire Communicatie en Marketing


Sorghum Onderzoek – Kas

LINCOLN, Neb. – Onderzoekers van de Universiteit van Nebraska-Lincoln hebben specifieke sorghum-genen en eigenschappen geïdentificeerd – inclusief zaadkleur – die bijdragen aan een gezond darmmicrobioom, het ecosysteem van micro-organismen die in het maagdarmkanaal leven. Deze baanbrekende ontdekking maakt de weg vrij voor het identificeren van aanvullende eigenschappen in sorghum en andere gewassen die het potentieel hebben om de menselijke gezondheid te verbeteren, evenals voor de opkomst van nieuwe gewasvariëteiten die zijn ontwikkeld met het oog op de gezondheid van het microbioom.

Het Nebraska Food for Health-onderzoeksproject richtte zich op de eigenschappen van sorghumzaad en de bevindingen ervan, „Genetische analyse van zaadkenmerken in sorghum bicolor die het menselijke darmmicrobioom beïnvloeden“, werden onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications. De hoofdonderzoeker was Qinnan Yang, een postdoctoraal onderzoeker bij het Department of Food Science and Technology. Andere Husker-wetenschappers die aan het project hebben bijgedragen, waren Andrew K. Benson, de corresponderende auteur van het artikel, en co-auteurs Mallory Van Haute, Nate Korth, Scott E. Sattler, John Toy, Devin J. Rose en James C. Schnable.

Wetenschappers van Food for Health Center van de laboratoria van James C. Schnable en Andrew K. Benson onderzoeken sorghumplanten in het Greenhouse Innovation Center op de Nebraska Innovation Campus. De Husker-wetenschappers, van links, zijn Chenyong Miao, Qinnan „Bob“ Yang, Zhikai Liang en Mallory Van Haute. Foto door Craig Chandler, Universitaire Communicatie en Marketing


Sorghum Onderzoek – Kas

Onder hun bevindingen identificeerden de onderzoekers segmenten op negen sorghumchromosomen waar genetische variaties een significant effect hebben op de fermentatieactiviteit van het microbioom. De wetenschappers vonden uiteindelijk een belangrijk verband tussen de kleur van het sorghumzaad, de aanwezigheid van tannine in het sorghumzaad en de effecten op microbioomorganismen: Sorghumvariëteiten met functionele Tan1- en Tan2-genen hadden donkergekleurde zaden en stimuleerden de groei van een reeks microbioomorganismen, waaronder Faecalibacterium, Roseburia en Christensnella.



Het identificeren van zaadkenmerken die de microbioomgroei van deze bacteriën stimuleren, is medisch belangrijk omdat ze worden geassocieerd met een groot gezondheidsvoordeel: verminderde gevoeligheid voor inflammatoire darmaandoeningen en bepaalde stofwisselingsziekten.

Lichtgekleurde zaden stimuleerden de productie van dergelijke microben niet, zo bleek uit het Husker-onderzoek.



„Nu we hebben aangetoond dat plantengenen veranderingen in het menselijke darmmicrobioom kunnen controleren, kunnen we onze aanpak gebruiken om honderden of duizenden monsters van verschillende gewassen te screenen,“ zei Yang. „Dat maakt het voor plantenveredelingsprogramma’s mogelijk om natuurlijke genetische variatie in gewassen te benutten om nieuwe gewasvariëteiten te kweken die de menselijke gezondheid verbeteren door gunstige bacteriën in de menselijke darm te bevorderen.“

GROOT PROJECT

Voor dit project gebruikten onderzoekers van het Food for Health Center een meertraps laboratoriumgebaseerde techniek die de spijsvertering en gastro-intestinale activiteit van het menselijk lichaam dupliceert door geselecteerde sorghummonsters te malen en het poeder in reageerbuizen te plaatsen voor verwerking en analyse. De wetenschappers stonden vooraf voor een grote hindernis, omdat de bestaande apparatuur voor dergelijk onderzoek grootschalig is en niet in staat is om een ​​groot aantal monsters op een snelle manier te verwerken.

In dit geval moesten wetenschappers van het Food for Health Center bijna 300 verschillende sorghumlijnen tijdig screenen.

Na uitgebreide discussie en samenwerking, onder meer met de industrie, hebben onderzoekers van het Food for Health Center het probleem opgelost door een geminiaturiseerde, geautomatiseerde methode te ontwikkelen die ze „automatische in vitro microbioomscreening“ (AiMS) noemen. Op dit moment is Nebraska’s Instituut voor Landbouw en Natuurlijke Hulpbronnen de enige academische instelling ter wereld die deze innovatieve technologie gebruikt voor analyse van zaadkenmerken/microbioom.

Husker-onderzoekers James C. Schnable, links, en Andrew K. Benson kijken naar sorghum die wordt gekweekt om gunstige eigenschappen te identificeren die het darmmicrobioom helpen. Foto door Craig Chandler, Universitaire Communicatie en Marketing
Sorghum Onderzoek – Kas

De Nature Communications-paper is de eerste van een aantal academische papers die de IANR-wetenschappers voorbereiden op basis van hun AiMS-enabled studies.

Deze stappen voorwaarts zijn een vervulling van de visie die het Food for Health Center vanaf het begin heeft aangedreven, te beginnen met een reeks voorlopige papers Benson, directeur van het Food for Health Center en de Food for Health Presidential Chair in het Department of Food Science and Technology, en Robert Hutkins, een collega-professor in voedingswetenschap en -technologie, opgesteld in 2006-07.

Het concept voor de AiMS-methodiek “was zes jaar geleden niets meer dan een luchtkasteel. Nu is het werkelijkheid geworden”, zegt Benson, directeur van het Food for Health Center en de presidentiële leerstoel van Food for Health van het Department of Food Science and Technology.

De AiMS-methodiek valt op door zijn veelzijdigheid. Met behulp hiervan kunnen Husker-wetenschappers een grote set genetisch materiaal screenen op slechts een klein aantal menselijke proefpersonen, of ze kunnen een grote populatie menselijke proefpersonen screenen op een kleine reeks genetische eigenschappen. Ze kunnen de microbioomactiviteit van gezonde menselijke deelnemers bestuderen, maar ook die van deelnemers met gezondheidsproblemen. Ze kunnen het darmmetabolisme van mensen bestuderen, maar ook dat van voedseldieren. En de zaadeigenschapsstudies kunnen de microbioomeffecten van elk voedselgewas analyseren.

„Het is echt een krachtige technologie,“ zei Benson. „The sky is the limit op dit gebied.“

Meer zoals dit, tik op een onderwerp


nieuws

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert