Markery molekularne – precyzyjne narzędzie do identyfikacji odmian chmielu
Chmiel odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu walorów piwa. Jest on źródłem wielu składników aktywnych odpowiedzialnych za charakterystyczny smak i aromat, tworzenie piany, czy też zwiększenie trwałości napoju. Złożona kompozycja tych związków jest charakterystyczna dla poszczególnych odmian chmielu, a nawet lat zbioru i rejonów uprawy, dlatego do produkcji określonych marek piwa stosuje się surowiec o ustalonym pochodzeniu.
W celu zabezpieczenia surowca o zdefiniowanych cechach zostały wprowadzone procedury kontroli tożsamości i jednolitości odmianowej plantacji produkcyjnych chmielu oraz całego procesu skupu i przetwarzania szyszek na produkty chmielowe. Tożsamość odmianowa jest oceniana na etapie wzrostu roślin na plantacji na podstawie obserwacji charakterystycznych cech morfologicznych, takich jak pokrój rośliny, barwa pędów, kształt liści, czy też wielkość i kształt szyszek. W przypadku identyfikacji pochodzenia odmianowego wysuszonych szyszek lub produktów chmielowych stosuje się najczęściej metody polegające na analizie chemicznej określającej zawartość charakterystycznych składników żywic i olejków chmielowych. Niestety, zarówno cechy morfologiczne roślin, jak i zawartość poszczególnych składników chemicznych w szyszkach są w znacznym stopniu modyfikowane przez czynniki środowiskowe, co może utrudniać, a niekiedy wręcz uniemożliwiać właściwe rozpoznanie odmiany. Metody oparte na obserwacji i analizie chemicznej surowca są niemal zupełnie nieprzydatne, gdy zachodzi potrzeba identyfikacji odmianowej młodych, nieplonujących roślin chmielu. W takim przypadku, nie ma możliwości przeprowadzenia analiz chemicznych z powodu braku odpowiedniego materiału do badań, a jednocześnie metoda obserwacyjna nie jest w pełni wiarygodna, bowiem wiele kluczowych cech markerowych ujawnia się dopiero w okresie dojrzewania szyszek.
Techniki biologii molekularnej
W takich sytuacjach niezwykle przydatne mogą być techniki biologii molekularnej oparte na badaniach kwasów nukleinowych (DNA). W DNA zakodowana jest informacja o specyficznych cechach każdego organizmu żywego, w tym również odmian chmielu. Swoiste znaczniki cech odmianowych zapisane w DNA stanowią tzw. markery molekularne, które mogą być wykorzystane do identyfikacji odmian chmielu. Do tego celu najlepiej nadają się markery mikrosatelitarne (ang. Short Tandem Repeats STR lub Simple Sequence Repeats-SSR), które stanowią fragmenty nici DNA składające się z serii powtórzonych wielokrotnie dwóch lub więcej nukleotydów. Dużą zaletą markerów mikrosatelitarnych jest fakt, że wykazują one wysoki poziom polimorfizmu, czyli zmienności, co umożliwia różnicowanie osobników w sposób niezwykle precyzyjny. W Instytucie Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowym Instytucie Badawczym (IUNG-PIB) w Puławach opracowano zestaw sześciu markerów molekularnych, przy użyciu których możliwa jest identyfikacja wszystkich odmian chmielu uprawianych w Polsce.
Wiarygodne wyniki
Istotną zaletą analizy markerów mikrosatelitarnych jest możliwość stosowania we wczesnych fazach rozwojowych roślin. Z powodzeniem można ją stosować już w fazie sadzonki oraz na plantacjach produkcyjnych od początku wegetacji roślin, bez konieczności oczekiwania na wytworzenie szyszek. Metoda pozwala na uzyskanie wiarygodnych wyników niezależnie od modyfikującego oddziaływania warunków środowiska na przebieg wegetacji roślin.
Do badań granulatu i szyszek
Do precyzyjnego rozpoznania odmiany chmielu przy użyciu markerów mikrosatelitarnych wystarczy bardzo mała ilość materiału roślinnego, np. fragment liścia wielkości 1 cm2. Z tego względu metoda doskonale nadaje się do identyfikacji bardzo małych roślin, np. uzyskiwanych w kulturach in vitro. Metoda sprawdziła się również w badaniach surowca chmielowego w postaci wysuszonych szyszek oraz granulatu. Analizowano zarówno materiał jednolity odmianowo, jak również mieszanki złożone z różnych odmian. Uzyskane wyniki potwierdziły przydatność metody do rozpoznawania odmian chmielu nie tylko w materiale jednorodnym pochodzącym z jednej odmiany, ale również w mieszankach złożonych z szyszek dwóch odmian chmielu w różnych proporcjach. Przy użyciu wspomnianego zestawu sześciu markerów molekularnych udało się prawidłowo zidentyfikować 10% udział domieszki innej odmiany w surowcu. Taki próg wykrywalności jest wystarczający do rutynowej oceny surowca i prawidłowej identyfikacji odmiany.
Metoda analizy genetycznej markerów mikrosatelitarnych opracowana w IUNG-PIB pozwala na jednoznaczne zidentyfikowanie odmiany chmielu w sytuacjach, gdy nie jest możliwe zastosowanie tradycyjnych metod obserwacyjnych i analitycznych. Niewątpliwą zaletą metody jest jej duża czułość umożliwiająca wykrycie nawet niewielkich domieszek obcych odmian oraz możliwość analizy zróżnicowanego materiału biologicznego, nawet takiego, który został poddany obróbce termicznej i mocno rozdrobniony. Daje to szerokie możliwości wykorzystania tej metody zarówno w badaniach, jak i w celach komercyjnych.
Fot. 1. Szyszki i granulat odmiany chmielu Magnum (fot. U. Skomra)
Fot. 2. Odmiana chmielu Oktawia (fot. U. Skomra)
Fot. 3. Odmiana chmielu Zbyszko (fot. U. Skomra)
Urszula Skomra, Hanna Olszak-Przybyś, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa, Państwowy Instytut Badawczy w Puławach
