• ¹ Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων, Κινεζική Ακαδημία Γεωργικών Επιστημών, Πεκίνο, Κίνα
• ² Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων, Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης, Amherst, MA, Ηνωμένες Πολιτείες

Σύνταξη στο ερευνητικό θέμα
Οι επιδράσεις της επεξεργασίας τροφίμων στα συστατικά των τροφίμων και οι λειτουργίες τους στην υγεία

Η επεξεργασία των τροφίμων παίζει σημαντικό ρόλο στην καθημερινή μας διατροφή. Περιλαμβάνει μια μεγάλη ποικιλία επεξεργασιών σε υλικά τροφίμων όπως μηχανική επεξεργασία, θέρμανση, ψύξη, ξήρανση, υψηλή πίεση, όξινες και αλκαλικές επεξεργασίες, ζύμωση και άλλα. Αυτές οι διεργασίες μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τη σύνθεση και τις δομές (χημικές δομές και δομές πολλαπλής κλίμακας) των συστατικών των τροφίμων και τις αλληλεπιδράσεις τους μεταξύ τους, επηρεάζοντας έτσι σημαντικά τον αντίκτυπό τους στην υγεία (1, 2). Η επεξεργασία τροφίμων θα μπορούσε να περιλαμβάνει κάθε βήμα από τη συγκομιδή έως τα τελικά προϊόντα διατροφής (επεξεργασμένα, μη επεξεργασμένα και υπερεπεξεργασμένα) που καταναλώνουμε.

Κατά την επεξεργασία των τροφίμων, μπορούν να δημιουργηθούν νέες ενώσεις που μπορεί να έχουν λειτουργίες για την υγεία (ωφέλιμες ή επιβλαβείς). Για παράδειγμα, οι αλλαγές που προκαλούνται από θερμικές επεξεργασίες μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές αλλαγές στη χημική σύνθεση των προϊόντων διατροφής, επηρεάζοντας τη γευστικότητα, την πεπτικότητα και τη βιοδιαθεσιμότητα (3). Τόσο επιβλαβείς ενώσεις (π.χ. ακρυλαμίδιο, HMF, ετεροκυκλικές αμίνες) όσο και ευεργετικές ενώσεις (π.χ. αναστολείς AGE, αντιοξειδωτικές μελανοϊδίνες) μπορούν να παραχθούν ανάλογα με τις συνθήκες σύνθεσης και επεξεργασίας των τροφίμων (4). Τα θρεπτικά συστατικά και οι βιοδραστικές ενώσεις μπορούν επίσης να τροποποιηθούν με τρόπο που επηρεάζει τις επιπτώσεις τους στη θρεπτική κατάσταση και την υγεία: για παράδειγμα, κατά την ξήρανση των εσπεριδοειδών οι πολυμεθοξυφλαβόνες (PMFs) μπορούν να μετατραπούν σε υδροξυλιωμένα PMF με πιο ισχυρές βιοδραστηριότητες από τις μητρικές ενώσεις (π.χ. , αντιοξειδωτικό, αντιφλεγμονώδη και αντικαρκινικά αποτελέσματα), ενισχύοντας την υγεία των προϊόντων εσπεριδοειδών (5). Είναι επομένως ιδιαίτερης σημασίας να διευκρινιστούν οι επιπτώσεις των διαφορετικών τύπων επεξεργασίας τροφίμων στα συστατικά των τροφίμων και οι επακόλουθες επιπτώσεις στις λειτουργίες της υγείας τους.

Αυτός ο τόμος περιέχει μια συλλογή χειρογράφων σχετικά με τις επιπτώσεις της επεξεργασίας τροφίμων στα συστατικά των τροφίμων και τις λειτουργίες τους στην υγεία. Περιλαμβάνονται δεκαέξι χειρόγραφα: 15 πρωτότυπα ερευνητικά άρθρα και μία κριτική. Δείχνουν ότι διάφορες μέθοδοι επεξεργασίας τροφίμων (π.χ. θερμική επεξεργασία, επεξεργασία με οξύ, ομογενοποίηση υψηλής πίεσης (HPH), ζύμωση, τηγάνισμα, γαλακτωματοποίηση, ξήρανση στον ήλιο, εκχύλιση και μέθοδοι διαχωρισμού) επηρεάζουν σημαντικά τις χημικές δομές και τις λειτουργικές ιδιότητες των συστατικών σε διάφορα τρόφιμα, όπως αποβουτυρωμένο γάλα, χυμό πορτοκαλιού, μαύρο σκόρδο, γάλα σόγιας, τσιπς μάνγκο, έλαια εσπεριδοειδών, τσάι Ganpu, λάδι ελαφιού, αλεύρι ολικής αλέσεως από κεχρί αλεπού, πεπτίδια κολοκύθας, επίτοποι γλουτένης, χρυσάνθεμο και κίτρο.

Οκτώ άρθρα παρουσιάζουν τις επιπτώσεις της επεξεργασίας στα συστατικά των τροφίμων, συμπεριλαμβανομένης της αφθονίας, των χημικών δομών και των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους. Li, Zhao et αϊ. προσδιόρισε την επίδραση της θερμικής επεξεργασίας στις ιδιότητες, τη δομή και τη συσσώρευση των πρωτεϊνών αποβουτυρωμένου γάλακτος. Η επεξεργασία αποβουτυρωμένου γάλακτος σε διαφορετικές θερμοκρασίες προκάλεσε μείωση της περιεκτικότητας σε σουλφυδρύλιο και αύξηση της υδροφοβικότητας της επιφάνειας με μια διαταραγμένη δευτερογενή δομή πρωτεϊνών αποβουτυρωμένου γάλακτος που περιέχουν τυχαία πηνία, β-φύλλα και β-στροφές. Αυτές οι αλλαγές διευκολύνουν το σχηματισμό συσσωματωμάτων μέσω δισουλφιδικών δεσμών και υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων. Yu et al. αποκάλυψε τις συσχετίσεις μεταξύ των αλλαγών που προκαλούνται από την HPH στη δομή της πηκτίνης και της σταθερότητας του χυμού πορτοκαλιού. Σε σύγκριση με τον μη ομογενοποιημένο χυμό πορτοκαλιού, η HPH άλλαξε σημαντικά τη δομή της πηκτίνης, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης μονοσακχαρίτη, μοριακό βάρος, γραμμικότητα και διακλάδωση. ρωγμές και πόροι διαφορετικών μεγεθών που σχηματίζονται στην επιφάνεια της πηκτίνης. Με την αυξανόμενη πίεση και τον αριθμό των περασμάτων ομογενοποίησης, η HPH βελτίωσε τη σταθερότητα του χυμού πορτοκαλιού που δεν προέρχεται από συμπύκνωμα. Αυτό σχετιζόταν με τις δομικές ιδιότητες της πηκτίνης. Οι Ma et al. έδειξε ότι η ζύμωση Lactobacillus επηρέασε σημαντικά τις φυσικοχημικές ιδιότητες του ζωμού εκχυλίσματος μαύρου σκόρδου, συμπεριλαμβανομένων των αισθητηριακών χαρακτηριστικών και της σύνθεσής του (π.χ. pH, ολικά οξέα, αμινο άζωτο, ολικές πολυφαινόλες, ολικά φλαβονοειδή και 5-υδροξυμεθυλοφουρφουράλη). Οι αναλύσεις αέριας χρωματογραφίας – φασματομετρίας μάζας και υγρής χρωματογραφίας – φασματομετρίας μάζας έδειξαν ότι το περιεχόμενο πολλών συστατικών με δυσάρεστες γεύσεις ψησίματος μειώθηκε, ενώ το περιεχόμενο των συστατικών με πράσινο γρασίδι, λουλουδάτο, και αυξήθηκαν τα αρώματα φρούτων. Το πιο σημαντικό, τα περιεχόμενα λειτουργικών συστατικών όπως το γαλακτικό οξύ, το Gly-Pro-Glu και η σορβόζη αυξήθηκαν μετά τη ζύμωση Lactobacillus. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν τη δυνατότητα της προβιοτικής ζύμωσης να βελτιώσει την ποιότητα του μαύρου σκόρδου. Yang, Yang et αϊ. προσδιόρισε την επίδραση των ποικιλιών σόγιας στη ζύμωση γάλακτος σόγιας χρησιμοποιώντας Κεφίρ C. Επιπλέον, νέα ορεκτικά κεφίρ παρήχθησαν προσθέτοντας βακτήρια γαλακτικού οξέος στο κεφίρ από τρεις διαφορετικές πηγές: Κεφίρ C, Κεφίρ Κινέζου (Κεφίρ Α) και Κεφίρ Καυκάσου (Κεφίρ Β). Έδειξαν ότι η καλλιέργεια εκκίνησης που δημιουργήθηκε με την προσθήκη συγκεκριμένων προβιοτικών στο κινέζικο κεφίρ αύξησε σημαντικά την αφθονία των αγλυκονών ισοφλαβόνης. Οι Ayustaningwarno et al. αξιολόγησε την επίδραση του σταδίου ωρίμανσης, της θερμοκρασίας τηγανίσματος και του χρόνου στην ποιότητα του τηγανισμένου μάνγκο σε κενό. Η περιεκτικότητα σε λιπαρά στο τηγανητό ώριμο μάνγκο ήταν υψηλότερη, ενώ το συνολικό ασκορβικό οξύ στο άγουρο μάνγκο παρέμεινε υψηλότερο. Λαμβάνοντας υπόψη τις παραμέτρους ποιότητας, το τηγάνισμα άγουρου μάνγκο υπό κενό στις βέλτιστες συνθήκες των 100°C για 20 λεπτά προτιμήθηκε για την παραγωγή σνακ φρούτων υψηλής ποιότητας. Yang, Zhang et αϊ. διαχώρισε τα αιθέρια έλαια από τέσσερις ποικιλίες εσπεριδοειδών σε δύο κλάσματα με μοριακή απόσταξη. Η σύνθεση, οι φυσικοχημικές ιδιότητες και η αντιμικροβιακή δράση κάθε αιθέριου ελαίου στη συνέχεια αξιολογήθηκαν συστηματικά. Τα κύρια συστατικά με αντιμικροβιακή δράση ήταν η 1-δεκανόλη, η α-τερπινεόλη, η γερανιόλη και η λιναλοόλη. Συγκεκριμένα, διάφορα συστατικά στα τρόφιμα έχουν χαμηλή σταθερότητα ή βιοδιαθεσιμότητα (Liu et al.). Η ανάπτυξη μεθόδων επεξεργασίας όπως η γαλακτωματοποίηση για τη βελτίωση της σταθερότητας και της βιοδιαθεσιμότητας τους έχει τραβήξει μεγάλη προσοχή. Xu et al. διερεύνησε τις επιδράσεις της ιοντικής ισχύος, της θέρμανσης και της επεξεργασίας κατάψυξης-απόψυξης στη σταθερότητα των διπλών γαλακτωμάτων χρωστικής Monascus που σταθεροποιήθηκαν από πολυρικινελαϊκή πολυγλυκερόλη (PGPR) και απομόνωση πρωτεΐνης σόγιας (SPI). Τα διπλά γαλακτώματα χρωστικής Monascus με lt;5 mM CaCl2 εμπόδισαν το ασβέστιο να καταστρέψει τη φυσική σταθερότητα των γαλακτωμάτων, ενώ εκείνα με περισσότερα από 10 mM CaCl2 ανέπτυξαν κρέμα. Μετά την επεξεργασία κατάψυξης-απόψυξης, η κρέμα έγινε στο διπλό γαλάκτωμα χρωστικής Monascus. Ωστόσο, ήταν σταθερό κατά τη θερμική επεξεργασία. 5 mM CaCl2 εμπόδισε το ασβέστιο να καταστρέψει τη φυσική σταθερότητα των γαλακτωμάτων, ενώ εκείνα με περισσότερα από 10 mM CaCl2 ανέπτυξαν κρέμα. Μετά την επεξεργασία κατάψυξης-απόψυξης, η κρέμα έγινε στο διπλό γαλάκτωμα χρωστικής Monascus. Ωστόσο, ήταν σταθερό κατά τη θερμική επεξεργασία. 5 mM CaCl2 εμπόδισε το ασβέστιο να καταστρέψει τη φυσική σταθερότητα των γαλακτωμάτων, ενώ εκείνα με περισσότερα από 10 mM CaCl2 ανέπτυξαν κρέμα. Μετά την επεξεργασία κατάψυξης-απόψυξης, η κρέμα έγινε στο διπλό γαλάκτωμα χρωστικής Monascus. Ωστόσο, ήταν σταθερό κατά τη θερμική επεξεργασία.

Αυτός ο τόμος αναφέρει επίσης τις επιπτώσεις της επεξεργασίας στις λειτουργίες υγείας των τροφίμων που προκλήθηκαν από τις αλλαγές στα συστατικά τους. Η εξαγωγή συστατικών από υλικά τροφίμων είναι μια κοινή διαδικασία επεξεργασίας. Xia et al. έδειξε ότι ένα υδατικό ενζυματικό εκχύλισμα ελαφιού όχι μόνο είχε υψηλή απόδοση εκχύλισης αλλά είχε επίσης μικρή επίδραση στα περιεχόμενα των δραστικών συστατικών, ιδιαίτερα στα ακόρεστα λιπαρά οξέα, σε σύγκριση με τη συμβατική εκχύλιση με βρασμό. Αυτά τα συστατικά μπορεί να αποτρέψουν τον τραυματισμό του στομάχου μειώνοντας το οξειδωτικό στρες και τη φλεγμονή. Εκχυλίσματα ζεστού νερού Chrysanthemum morifolium cv. Το Fubaiju προστατεύει από την οξειδωτική βλάβη στα κύτταρα ARPE-19 ενεργοποιώντας το μονοπάτι σηματοδότησης Nrf2/HO-1 με τη μεσολάβηση PI3K/Akt (Hao et al.). Ένα εκχύλισμα συνεχούς μετάβασης φάσης φλαβονοειδών από το δάχτυλο citron έδειξε ισχυρή αντιοξειδωτική δράση, όπως αποδεικνύεται από το ισχυρό 2,2-διφαινυλ-1-πικρυυλυδραζύλιο και 2,2-αζινο-δις (3-αιθυλο-βενζοθειαζολινο-6-σουλφονικό οξύ). ) Δραστηριότητες καθαρισμού ριζών άλατος διαμμωνίου και ικανότητα απορρόφησης ριζών οξυγόνου. Αύξησε επίσης τη μέση και μέγιστη διάρκεια ζωής του Caenorhabditis elegans (Luo et al.). Ένα υδατικό εκχύλισμα Potentilla discolor βελτίωσε την ηπατική ομοιόσταση της γλυκόζης ρυθμίζοντας τη γλυκονεογένεση και τη σύνθεση γλυκογόνου σε ποντίκια σε δίαιτα υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά και σε διαβητικούς ποντικούς τύπου 2 που προκαλούνται από στρεπτοζοτοκίνη (Li, Chang et al.). Εκτός από την εξόρυξη, διερευνήθηκαν και άλλα είδη επεξεργασίας. Xiao et al. Αναγνώρισε και ανέλυσε συστηματικά 104 υδατοδιαλυτές ενώσεις στο τσάι Ganpu και τη διακύμανσή τους κατά την επεξεργασία με ξήρανση στον ήλιο. Έδειξαν ότι η παραγωγή χρωστικών και γαλλικού οξέος συνέπεσε με απότομη μείωση της περιεκτικότητας σε κατεχίνες και σημαντικές αυξήσεις στην περιεκτικότητα σε αλκαλοειδή και φλαβονοειδή. Η μετατροπή αυτών των συστατικών βοήθησε στη βελτίωση των αισθητηριακών ιδιοτήτων του τσαγιού Ganpu και μπορεί να ευθύνεται για τη μοναδική του γεύση. Επιπλέον, τα συστατικά που σχηματίστηκαν κατά την ξήρανση του τσαγιού Ganpu στον ήλιο είχαν αντικαταθλιπτικά αποτελέσματα in vivo. Οι Zhang et al. έδειξε ότι η ζύμωση και η επεξεργασία της βλάστησης βελτίωσαν τα προστατευτικά αποτελέσματα του ολικής αλέσεως από κεχρί αλεπού ουράς έναντι της οξείας ελκώδους κολίτιδας που προκαλείται από θειική δεξτράνη και της δυσβίωσης της μικροχλωρίδας του εντέρου σε ποντικούς C57BL/6. Επιπλέον, τα ποντίκια που ακολουθούσαν δίαιτα με αλεύρι από κεχρί αλεπούδας που είχε υποστεί ζύμωση είχαν τα χαμηλότερα επίπεδα ιντερλευκίνης-6 στο πλάσμα και τα χαμηλότερα επίπεδα έκφρασης claudin2 στο κόλον. υποδεικνύοντας μειωμένη συστηματική φλεγμονή και βελτιωμένη λειτουργία του εντερικού φραγμού. Lu et al. παρασκευάστηκε υδρόλυση πρωτεΐνης σπόρων κολοκύθας (PSPH) χρησιμοποιώντας ενζυματική υδρόλυση με βρωμελίνη, παπαΐνη, αρωματικό ένζυμο, αλκαλάση και πεψίνη. Βρήκαν ότι τα πεπτίδια που υδρολύονται από την παπαΐνη είχαν το μεγαλύτερο μέσο μοριακό βάρος, το μικρότερο μέγεθος σωματιδίων, τη μεγαλύτερη υδροφοβικότητα και τη μεγαλύτερη ικανότητα δέσμευσης ψευδαργύρου. Ο ψευδάργυρος είχε καλύτερη γαστρεντερική σταθερότητα στα χηλικά PSPH παρά ως άλας του. Το PSPH-Zn είχε υψηλότερη ικανότητα δέσμευσης ψευδαργύρου και καλύτερη σταθερότητα. Οι Gao et al. προσομοίωσαν τις αλλαγές στις δομές διαλύματος διαφόρων επιτόπων γλουτένης σε διαφορετικά pH και θερμοκρασίες για να μιμηθούν τις διαδικασίες ζύμωσης και ψησίματος/μαγειρέματος και διερεύνησαν τη σύνδεση διαφορετικών επεξεργασμένων επιτόπων γλουτένης στο ανθρώπινο αντιγόνο λευκοκυττάρων (HLA)-DQ2. Αυτό αποκάλυψε ότι η θέρμανση και η αλλαγή του pH κατά τη διάρκεια της ζύμωσης επηρεάζουν τη δομή του διαλύματος του επιτόπου γλουτένης. Ωστόσο, η δέσμευση του διαφορετικά επεξεργασμένου πεπτιδίου επιτόπου γλουτένης στο HLA-DQ2 εξαρτιόταν κυρίως από την κύρια αλληλουχία αμινοξέων του, ειδικά τα όξινα υπολείμματα αμινοξέων που παίζουν κεντρικό ρόλο στην αναγνώρισή τους από το HLA-DQ2.

Συνοπτικά, αυτή η συλλογή τονίζει τη σημαντική επίδραση της επεξεργασίας τροφίμων στα συστατικά των τροφίμων και τις επιπτώσεις τους στην υγεία. Αυτό το θέμα κερδίζει όλο και μεγαλύτερη προσοχή. Ωστόσο, ορισμένοι τομείς εξακολουθούν να έχουν διερευνηθεί ελάχιστα, όπως ο αντίκτυπος της επεξεργασίας στο χρώμα, τη γεύση και την υφή των τροφίμων, οι επιπτώσεις των αλλαγών της χημικής δομής στη βιοδιαθεσιμότητα των μεμονωμένων θρεπτικών συστατικών και τα αποτελέσματά τους στην προαγωγή της υγείας. Τέτοιες πληροφορίες θα παρέχουν κρίσιμη επιστημονική καθοδήγηση για την καθιέρωση βέλτιστων μεθόδων και τεχνικών επεξεργασίας ευεργετικές για την υγεία και είναι εξαιρετικά σημαντικές για την παραγωγή της επόμενης γενιάς καινοτόμων υγιεινών τροφίμων.

Συνεισφορές Συγγραφέων

Οι JZ και HX ετοίμασαν, έλεγξαν και αναθεώρησαν το χειρόγραφο και ενέκριναν την υποβληθείσα έκδοση. Όλοι οι συγγραφείς συνέβαλαν στο άρθρο και ενέκριναν την υποβληθείσα έκδοση.

Χρηματοδότηση

Οι συγγραφείς θα ήθελαν να αναγνωρίσουν την οικονομική υποστήριξη που παρέχεται από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (Nos. 32072181) και τη Nestle Ramp;D Ltd. Ο χρηματοδότης δεν συμμετείχε στο σχεδιασμό της μελέτης, τη συλλογή, την ανάλυση, την ερμηνεία των δεδομένων, τη συγγραφή αυτού του άρθρου ή την απόφαση υποβολής του προς δημοσίευση.

Σύγκρουση συμφερόντων

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.

Σημείωση εκδότη

Όλοι οι ισχυρισμοί που εκφράζονται σε αυτό το άρθρο είναι αποκλειστικά εκείνοι των συγγραφέων και δεν αντιπροσωπεύουν απαραιτήτως αυτούς των συνδεδεμένων οργανισμών τους ή του εκδότη, των εκδοτών και των κριτικών. Οποιοδήποτε προϊόν μπορεί να αξιολογηθεί σε αυτό το άρθρο ή ισχυρισμός που μπορεί να προβληθεί από τον κατασκευαστή του, δεν είναι εγγυημένο ή εγκεκριμένο από τον εκδότη.

Ευχαριστίες

Θα αναγνωρίσουμε την υποστήριξη του Εθνικού Προγράμματος Νεολαίας Ελίτ από την Κινεζική Ακαδημία Γεωργικών Επιστημών για την JZ.

Έκδοση: Setaria ως πρότυπο γενετικό σύστημα για την επιτάχυνση των αυξήσεων απόδοσης σε δημητριακά, κτηνοτροφικές καλλιέργειες και χόρτα βιοενέργειας

• ¹ Oklahoma State University, Stillwater, ΟΚ, Ηνωμένες Πολιτείες
• ² Κινεζική Ακαδημία Γεωργικών Επιστημών, Πεκίνο, Κίνα
• ³ CGIAR Ερευνητικό Πρόγραμμα για την Κλιματική Αλλαγή, τη Γεωργία και την Επισιτιστική Ασφάλεια (CCAFS), Νότια Ασία, Νέο Δελχί, Ινδία
• ⁴ Boyce Thompson Institute, Ithaca, IL, Ηνωμένες Πολιτείες

Σύνταξη στο ερευνητικό θέμα
Setaria ως πρότυπο γενετικό σύστημα για την επιτάχυνση της αύξησης της απόδοσης σε δημητριακά, κτηνοτροφικές καλλιέργειες και χόρτα βιοενέργειας

Το Setaria είναι ένα πρότυπο γρασίδι C4 στη φυλή Paniceae της υποοικογένειας Panicoideae, στενά συνδεδεμένο με το γρασίδι, το μαργαριτάρι και το μαργαριτάρι και, στην αδελφή φυλή, στενά συνδεδεμένο με σημαντικές καλλιέργειες όπως ο αραβόσιτος, το σόργο και το ζαχαροκάλαμο. Το μοντέλο περιλαμβάνει δύο είδη, το κεχρί αλεπού (Setaria italica), που εξημερώθηκε στην κοιλάδα του Κίτρινου Ποταμού στην Κίνα περίπου πριν από 9-11.000 χρόνια και τον άγριο πρόγονό του, την πράσινη αλεπούδα (Setaria viridis), που είναι ένα από τα πιο διαδεδομένα ζιζάνια στον κόσμο. Η Setaria, ιδιαίτερα η πράσινη αλεπούδα, διαφέρει από τους πιο σημαντικούς συγγενείς βιοκαυσίμων και καλλιεργειών στο ότι είναι μικρό σε ανάστημα και γρήγορο ποδήλατο και έχει μικρό γονιδίωμα. Ως εκ τούτου, είναι ιδανικό για πειράματα θερμοκηπίου και ανάπτυξης, καθώς και μπορεί να καλλιεργηθεί σε αγροτεμάχια. Τα τελευταία 10 χρόνια, Έχουν δημιουργηθεί πολυάριθμοι πόροι και για τα δύο είδη, συμπεριλαμβανομένων σχολιασμένων γονιδιωμάτων, συλλογών μεταλλαγμένων και πεδίου, πρωτοκόλλων μετασχηματισμού και άτλαντων γονιδίων. Ορισμένες από αυτές τις προόδους περιγράφονται λεπτομερώς σε έναν τόμο στον τόμο Springer Crop Genetics and Genomics που κυκλοφόρησε το 2017 (Doust and Diao, 2017). Η τρέχουσα συλλογή εργασιών σε αυτό το Ερευνητικό Θέμα, που καλύπτει την εξημέρωση, την αναπτυξιακή γενετική, την ανάλυση μεταλλαγμάτων, τα μικροβιώματα και τις τεχνικές εξελίξεις, δείχνει πόσο έχει προχωρήσει το πεδίο ακόμη και στο σύντομο χρονικό διάστημα από αυτόν τον τόμο.

Αρκετές εργασίες ασχολούνται με τη γενετική της εξημέρωσης και της βελτίωσης. Οι Hu et al. παρουσιάζουν μια επισκόπηση της εξημέρωσης και της βελτίωσης στο Setaria, εστιάζοντας σε βασικά χαρακτηριστικά που διαφέρουν μεταξύ του κεχριού αλεπονοουράς και της άγριας προγονικής του πράσινης αλεπονοουράς. Επικεντρώνοντας στα χαρακτηριστικά εξημέρωσης και βελτίωσης του θρυμματισμού, της αρχιτεκτονικής των φυτών και του χρόνου ανθοφορίας, το έγγραφο συνοψίζει γνωστές πληροφορίες και επισημαίνει νέες ευκαιρίες για βελτίωση στο άγχος της ξηρασίας και την αποτελεσματικότητα των θρεπτικών συστατικών.

Odonkor et al. πάρτε το θέμα της εξημέρωσης περαιτέρω και διερευνήστε τη γενετική βάση του θρυμματισμού στη Setaria με περισσότερες λεπτομέρειες. Μέσω της χαρτογράφησης και των αναλύσεων γονιδιακής έκφρασης, οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι ο ορθολόγος του σόργου SH1 είναι πιθανό να αποτελεί τη βάση του ποσοτικού τόπου χαρακτηριστικού (QTL) του μεγαλύτερου αποτελέσματος, με ένα δεύτερο μικρό QTL κοντά στον ορθολόγο του ρυζιού qSH1. Αυτά τα αποτελέσματα είναι σημαντικά επειδή υποδηλώνουν ότι μπορεί να υπάρχει ένας κοινός γενετικός έλεγχος της θραύσης στα χόρτα. Ο Chaluvadi και ο Bennetzen εξετάζουν επίσης τις επιπτώσεις της εξημέρωσης, αλλά εστιάζουν στο έδαφος, αντιπαραβάλλοντας τις διαφορές μικροβιώματος του εδάφους μεταξύ άγριων και εξημερωμένων Setaria.

Άλλες εργασίες ασχολούνται με αναλύσεις γονιδιακής έκφρασης. Οι Zhu et al. παρουσιάζουν μια μελέτη συνέκφρασης της πρώιμης ανάπτυξης ταξιανθίας στην πράσινη αλεπούδα, η οποία είναι κανονική με αυτή που βρίσκεται σε άλλα πανικοειδή χόρτα, παρόλο που η προκύπτουσα ταξιανθία είναι πιο περίπλοκη. Ταυτοποιήθηκαν έξι αναπτυξιακά στάδια, που περιείχαν ενότητες συνέκφρασης ειδικών σταδίων με ομόλογα γνωστών αναπτυξιακών γονιδίων από αραβόσιτο και ρύζι, σειρές παραγόντων μεταγραφής και άγνωστα γονίδια. Αυτή η μελέτη θα είναι σημαντική για συγκριτικές αναλύσεις και ανακάλυψη γονιδίων στη Setaria.

Τρεις εργασίες περιγράφουν λεπτομερώς τη διαλογή και τον χαρακτηρισμό μεταλλαγμάτων που σχετίζονται με τη φωτοσύνθεση του C4, τη δομή Kranz και τη βιογένεση χλωροπλάστη στο κεχρί αλεπού. Οι Luo et al. λεπτομερώς τις μελέτες τους σχετικά με τον εντοπισμό μεταλλαγμάτων μεθανοσουλφονικού αιθυλεστέρα (EMS) του κεχρί αλεπουδουράς που παρουσιάζουν διακύμανση στην ανατομική δομή, ειδικά σε σχέση με την ανατομία του Kranz. Η γενετική βάση της ανατομίας του Kranz, ένα ουσιαστικό μέρος της φωτοσύνθεσης του C4 στα χόρτα, ήταν εξαιρετικά δύσκολο να αποσαφηνιστεί και οι 14 μεταλλάκτες που ταυτοποιήθηκαν από τους Luo et al. αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό νέο σύνολο πόρων για γενετική ανάλυση. Άλλες δύο εργασίες περιγράφουν την αναγνώριση των γονιδίων που είναι υπεύθυνα για τη βιογένεση των χλωροπλαστών και μια σειρά άλλων φαινοτύπων. Zhang, Tang, et αϊ. ταυτοποιήστε το ορθολόγιο Setaria της αποαμινάσης μονοφωσφορικής δεοξυκυτιδίνης (DCD), ενός βασικού ενζύμου στη βιοσύνθεση dTTP. Απροσδόκητα, η έκφραση αυτού του γονιδίου στο Setaria διαφέρει από εκείνη στο ρύζι (φυτό C3) και επηρεάζεται από περιβάλλοντα χαμηλού CO2, παρουσιάζοντας παρόμοια πρότυπα έκφρασης με τα γονίδια φωτοσύνθεσης C4. Αυτό μπορεί να παρέχει νέους δρόμους για την κατανόηση των διαφορετικών ρόλων αυτού του ουσιαστικού γονιδίου στα χόρτα C3 και C4. Zhang, Zhi et αϊ. περιγράφουν την ταυτοποίηση μιας μεταλλοπρωτεάσης ανεξάρτητης από ΑΤΡ που απαιτείται για την ανάπτυξη χλωροπλάστη, τη λειτουργία του φωτοσυστήματος II, τη γήρανση των φύλλων και την απόκριση σήματος αψισικού οξέος (ΑΒΑ). Αυτή είναι η πρώτη αναφορά που χαρακτηρίζει τις λειτουργίες αυτού του γονιδίου σε φυτά C4. Αυτό μπορεί να παρέχει νέους δρόμους για την κατανόηση των διαφορετικών ρόλων αυτού του ουσιαστικού γονιδίου στα χόρτα C3 και C4. Zhang, Zhi et αϊ. περιγράφουν την ταυτοποίηση μιας μεταλλοπρωτεάσης ανεξάρτητης από ΑΤΡ που απαιτείται για την ανάπτυξη χλωροπλάστη, τη λειτουργία του φωτοσυστήματος II, τη γήρανση των φύλλων και την απόκριση σήματος αψισικού οξέος (ΑΒΑ). Αυτή είναι η πρώτη αναφορά που χαρακτηρίζει τις λειτουργίες αυτού του γονιδίου σε φυτά C4. Αυτό μπορεί να παρέχει νέους δρόμους για την κατανόηση των διαφορετικών ρόλων αυτού του ουσιαστικού γονιδίου στα χόρτα C3 και C4. Zhang, Zhi et αϊ. περιγράφουν την ταυτοποίηση μιας μεταλλοπρωτεάσης ανεξάρτητης από ΑΤΡ που απαιτείται για την ανάπτυξη χλωροπλάστη, τη λειτουργία του φωτοσυστήματος II, τη γήρανση των φύλλων και την απόκριση σήματος αψισικού οξέος (ΑΒΑ). Αυτή είναι η πρώτη αναφορά που χαρακτηρίζει τις λειτουργίες αυτού του γονιδίου σε φυτά C4.

Το Setaria είναι επίσης ένα εξαιρετικό όχημα για μελέτες άγχους, συμπεριλαμβανομένης της ξηρασίας, του αλατιού και των χαμηλών επιπέδων θρεπτικών συστατικών. Η εργασία των Kaur et al. περιγράφει λεπτομερώς τον ρόλο μιας πρωτεΐνης Gγ τύπου III Arabidopsis AGG3 σε μονοκοτυλήδονα, χρησιμοποιώντας την υπερέκφραση του γονιδίου Arabidopsis στο Setaria για να αποκτήσει κανείς πληροφορίες για τη λειτουργία του στα χόρτα C4. Κάνοντας αυτό, οι Kaur et al. αποκαλύπτουν ότι πολλά γνωρίσματα συσχετίζονται με το επίπεδο γονιδιακής έκφρασης, ενώ άλλα φαίνεται να παρουσιάζουν ειδική έκφραση αλληλόμορφου. Τα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με το στρες επηρεάστηκαν θετικά, συμπεριλαμβανομένων των αποκρίσεων στο αλάτι και το χαμηλό άζωτο.

Οι εργασίες που επιδιώκουν να κατανοήσουν τον γενετικό έλεγχο της ανάπτυξης και της απόκρισης στο περιβάλλον βασίζονται σε μια απαίτηση για ακριβή και ευαίσθητο φαινοτυπικό προσδιορισμό. Δύο έγγραφα ασχολούνται άμεσα με αυτό το ζήτημα. Οι Acharya et al. διεξαγωγή πολλαπλών φαινοτυπικών δοκιμών του Setaria για τη βελτιστοποίηση των συνθηκών ανάπτυξης κάτω από πολλαπλές ορμονικές και αβιοτικές καταπονήσεις. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για την παροχή μιας ασφαλούς βάσης πληροφοριών για την κοινότητα Setaria για τη διεξαγωγή περαιτέρω φαινοτυπικών αναλύσεων. Μια πολύ διαφορετική προσέγγιση υιοθετείται από τους Desai et al., οι οποίοι χρησιμοποιούν ταξινόμηση νευρωνικών δικτύων σε συνδυασμό με ανάλυση κίνησης εικόνων χρονικής καθυστέρησης για την παρακολούθηση του ανοίγματος των λουλουδιών στη Setaria. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ιδιαίτερα δύσκολο να εντοπιστεί στη Setaria, όπου η αρχιτεκτονική της ταξιανθίας είναι πολύπλοκη και τα λουλούδια ανοίγουν για λίγο και σε διαφορετικά μέρη της ταξιανθίας.

Τέλος, ο Van Eck παρέχει μια ανασκόπηση των προσεγγίσεων μετασχηματισμού του S. viridis. Σε αυτό, συζητά τις προσεγγίσεις που βασίζονται στην καλλιέργεια ιστών και τις προσεγγίσεις εμβάπτισης λουλουδιών και καταλήγει στο συμπέρασμα ότι οι μέθοδοι που βασίζονται σε καλλιέργεια ιστών είναι πιο αξιόπιστες, αν και πιο απαιτητικές τεχνικά, από τη μέθοδο floral dip. Η απλοποίηση των προσεγγίσεων που βασίζονται σε ιστούς και η περαιτέρω βελτιστοποίηση της μεθόδου floral dip – το ιερό δισκοπότηρο του μετασχηματισμού μονοκοτυλήδονων – είναι απαραίτητα για να αξιοποιήσει το Setaria το πλήρες δυναμικό του ως μοντέλου συστήματος.

Αν και δεν αποτελούν σε καμία περίπτωση μια ολοκληρωμένη ανασκόπηση όλων των δραστηριοτήτων στη Setaria μέχρι σήμερα, αυτά τα άρθρα παρέχουν μια μοναδική εικόνα για την αξία και τις δυνατότητες του συστήματος μοντέλων Setaria.

Συνεισφορές Συγγραφέων

μ.Χ. έγραψε χειρόγραφο. Οι JE, HU και TB παρείχαν σχόλια και τροποποιήσεις.

Σύγκρουση συμφερόντων

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.

Αναφορά

επεξεργασία τροφίμων, Θρεπτικά συστατικά, χημική δομή, Λειτουργίες υγείας, Μηχανισμός, Setaria, Πράσινη αλεπούπα, κεχρί αλεπού, Φωτοσύνθεση C4, γρασίδι, Poaceae