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Pesquisadores mapeiam o genoma da cevada para melhorar o futuro da cerveja

Pesquisadores mapeiam o genoma da cevada para melhorar o futuro da cerveja

Você acredita que o genoma da cevada é duas vezes mais longo que o genoma humano?

Existem muitos elementos envolvidos na fabricação de uma cerveja, mas agora os cientistas acreditam que podem ter decifrado o código para produzir uma cerveja melhor. Os pesquisadores acabam de publicar o mapa do genoma da cevada e dizem que entender o genoma fortalecerá a cultura e a tornará resistente às mudanças climáticas.

A cevada, relata o Business Insider, é a quarta maior safra do mundo. É claro que a cevada não é usada apenas na cerveja (embora gostemos assim); é também utilizado na produção de whisky e cereais, bem como na produção de camas e rações para animais.

Os pesquisadores por trás do mapeamento do genoma, disse que mapear a cevada era extremamente difícil, porque o tamanho do genoma da cevada é o dobro do tamanho do genoma humano. Mas eles conseguiram publicar a ordem e a estrutura dos 32 mil genes associados à cevada e, especificamente, as regiões que apresentam maior resistência às doenças. Isso pode significar que, no futuro, a cevada produzida por meio de um cultivo de variedades pode sobreviver melhor às mudanças climáticas, às más condições climáticas e às doenças - e isso pode significar muito para o futuro da segurança alimentar no futuro. Também pode significar que milhões de libras de cevada são economizadas a cada ano, observa O negócio de bebidas. Em um futuro próximo, porém, os bebedores de cerveja deveriam levantar uma taça para esses cientistas - afinal, a cevada em sua cerveja vai longe.


As regiões genômicas contendo dois terços de todos os genes da cevada anotados foram sequenciadas

Sequenciar e montar o genoma da cevada é um desafio não apenas por causa de seu tamanho de 5,1 bilhões de pares de bases, mas porque mais de 80 por cento da sequência é repetitiva. Crédito: Craig Nagy

Os pesquisadores geraram quase 16.000 sequências de regiões contendo genes para a cevada, mapeando aproximadamente dois terços de todos os genes anotados da cevada.

Enquanto os pesquisadores continuam a trabalhar em uma sequência de referência completa para o genoma da cevada, a determinação de conjuntos de sequências aprimoradas para as regiões ricas em genes da cevada permite que a comunidade de pesquisa conduza estudos genômicos comparativos com culturas relacionadas, como arroz e outras gramíneas para aplicações incluindo biocombustíveis Produção.

Uma das razões pelas quais a cevada é uma safra candidata à bioenergia é que, como uma das culturas alimentares mais amplamente cultivadas, os criadores de plantas descobriram como produzir rendimentos elevados. Para fins comerciais, tanto a palha quanto o grão podem ser utilizados para a produção de biocombustíveis. No entanto, produzir uma sequência de referência para a cevada tem sido um desafio porque mais de 80 por cento do genoma (que já é 67 por cento maior que o genoma humano) é repetitivo. Para ajudar no esforço internacional para produzir um genoma de referência da cevada, em 2011, o DOE Joint Genome Institute, um DOE Office of Science User Facility, selecionou uma proposta para desenvolver um mapa genético do genoma da cevada como um projeto do Community Science Program.

Com base nos esforços mundiais, uma equipe envolvendo pesquisadores do DOE JGI relatou recentemente que quase dois terços do espaço genético da cevada foram mapeados. No estudo publicado à frente online em 7 de agosto de 2015 no Plant Journal, a equipe identificou e sequenciou mais de 15.000 cromossomos artificiais bacterianos (BACs) contendo genes da cevada, compreendendo cerca de 1,7 bilhão de pares de bases (Gbp) de sequência dos 5,1 Gbp estimados que compõem o genoma da cevada.

1,7 Gb de sequência genômica rica em genes expandem nosso conhecimento das características das regiões contendo genes ", relatou a equipe." Além disso, este recurso irá melhorar a velocidade e a precisão da clonagem baseada em mapas e o desenvolvimento de marcadores em cevada e estreitamente espécies relacionadas, apoiando os esforços contínuos na obtenção de uma seqüência de referência completa de cevada. "

Os pesquisadores usaram um projeto anterior no qual uma equipe, também envolvida com pesquisadores do DOE JGI, avaliou um método para montar genomas de plantas complexos. Usando a técnica chamada POPSEQ, os pesquisadores montaram conjuntos de dados do genoma da cevada de forma rápida e econômica como prova de princípio. O conhecimento desses genes específicos ajudará materialmente a comunidade de cientistas interessados ​​em pesquisas com cevada a explorá-los. É importante ressaltar que ter um mapa baseado em sequência de resolução muito mais alta do genoma da cevada tornará mais fácil para os cientistas pesquisar e identificar genes envolvidos em características de interesse para uma variedade de usos, entre eles geração de biomassa para energia.


Vida em Marte

Do lado do vulcão Mauna Loa, no Havaí, seis indivíduos estão vivendo em condições semelhantes às de Marte, como parte de um estudo de pesquisa comportamental financiado pela NASA. Nós narramos sua missão em vídeo 360º.

Para os experimentos, os alunos tiveram um pequeno pedaço de estufa, com uma tela de malha reduzindo a luz do sol para imitar a maior distância de Marte do sol.

O que fez "fabuloso" em solo marciano puro foi o mesclun, uma mistura de pequenas folhas verdes, mesmo sem fertilizante, disse Guinan.

Quando a vermiculita, um mineral freqüentemente misturado com solos pesados ​​e pegajosos da Terra, foi adicionada à substância marciana, quase todas as plantas prosperaram. Como os astronautas provavelmente não transportariam vermiculita da Terra, mas poderiam ter caixas de papelão, Guinan também tentou misturar papelão cortado no solo marciano. Isso funcionou também.

Um grupo de alunos formulou a hipótese de que os grãos de café também poderiam ser usados ​​como enchimento para soltar o solo. Eles imaginaram que os astronautas estariam bebendo café de qualquer maneira, e o café também seria um fertilizante natural. “Além disso, pode ajudar a acidificar o solo marciano”, disse Elizabeth Johnson, aluna do último ano da Villanova que fez o curso. O solo de Marte é alcalino, com um pH de 8 a 9, disse ela, em comparação com 6 a 7 na Terra.

“Achamos que o café tem muito potencial”, disse Johnson.

As cenouras, espinafre e cebolinha de sua equipe brotaram rapidamente na mistura de borra de café e solo marciano, inicialmente crescendo mais rápido do que as plantas em uma plantadeira de controle cheia de mistura de envasamento da Terra.

O Dr. Guinan não é o primeiro a tentar cultivar plantas em solo marciano. Há cinco anos, Wieger Wamelink, cientista da Wageningen University and Research da Holanda, teve a mesma ideia, uma forma de combinar seu trabalho - pesquisa ecológica - com seu interesse pela ficção científica.

A primeira rodada de experimentos cultivou 14 tipos de plantas, incluindo centeio, tomate e cenoura em solo marciano, solo lunar simulado e solo terrestre. Quase todas as plantas germinaram, relataram o Dr. Wamelink e seus colegas.

Como o Dr. Guinan, o Dr. Wamelink descobriu que a mistura de material orgânico no solo marciano melhorava muito o crescimento das plantas. Eles verificaram que as safras cultivadas em solo marciano eram igualmente nutritivas e seguras para comer. Em 2016, os pesquisadores ofereceram refeições preparadas com suas safras de pesquisa para mais de 50 pessoas que apoiaram o trabalho com doações de crowdfunding.

No ano passado, eles mostraram que as minhocas podem viver e até se reproduzir em solo marciano.


Agora que os cientistas mapearam o genoma da cevada, uma cerveja melhor poderia ser o resultado

Gstockstudio / 123RF Mapeando o genoma humano? Meh! O projeto de mapeamento do genoma que somos realmente entusiasmado é o que foi realizado na última década por um grupo pioneiro de 77 intrépidos cientistas de todo o mundo. O que eles têm trabalhado abnegadamente é um projeto para mapear o genoma da cevada & # 8212 com o nobre objetivo de um dia nos trazer uma cerveja melhor.

A pesquisa está publicada na última edição da revista. Natureza, com o título que soa sóbrio, "Uma captura de conformação cromossômica sequência ordenada do genoma da cevada". Ele descreve o trabalho do Consórcio Internacional de Sequenciamento do Genoma da Cevada (sim, isso é real!), Que envolveu cientistas da Alemanha, Austrália, China, República Tcheca, Dinamarca, Finlândia, Suécia, Suíça, Reino Unido e o bom e velho Reino Unido Estados. Todos foram unidos pelo desejo de saber mais sobre um dos componentes centrais das bebidas alcoólicas, que remonta à Idade da Pedra.

Acontece que mapear o genoma da cevada é na verdade imensamente complicado. É quase o dobro do tamanho do genoma humano e impressionantes 80 por cento é composto de sequências altamente repetitivas, que não podem ser facilmente atribuídas a porções específicas do genoma com o tipo de precisão necessária.

Com os insights da equipe, no entanto, a esperança agora é que será possível ajudar os criadores a otimizar a diversidade genética em suas safras para melhorar a qualidade da cevada que é cultivada.

Ei, entre isso e iniciativas como a Universidade da Califórnia, a missão de San Diego de fabricar cerveja no espaço ou o uso de IA para preparar a cerveja perfeita, não poderíamos estar mais animados para testemunhar as mentes mais afiadas do mundo focando sua atenção no álcool bebidas.

(Para registro, devemos também apontar que estávamos apenas usando uma licença dramática ao descrever o Projeto Genoma Humano como algo diferente de incrível no topo desta história. realmente como nossa cerveja. Todo o resto é apenas cerveja inglesa em comparação!)


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Ao contrário de seus colegas do início do século 20, Ernest S. Salmon, professor do Wye College, fora de Londres, tinha certeza de que as variedades de lúpulo americano pertenciam a uma espécie distinta e todas as variedades europeias a outra. “Todos os nossos livros nos dizem que as variedades de lúpulo cultivadas em todo o mundo surgiram de uma única espécie, Humulus lupulus, ”Ele escreveu em 1917.“ Estou convencido de que este não é o caso. ”

Salmon assumiu o comando de um programa de criação de lúpulo nascente em Wye em 1906. Apontando para os princípios de hereditariedade de Gregor Mendel, ele tinha certeza de que o conteúdo de resina e o aroma eram o que Mendel chamava de "caracteres fixos", ou seja, eram inatos a um determinado lúpulo. variedade, em vez da região em que foi cultivada. Seu objetivo era criar cepas de lúpulo transatlântico híbrido que apresentassem o perfil de aroma preferido pelos cervejeiros britânicos, mas com o maior teor de resina encontrado no lúpulo americano.

O professor W.T. Macoun, Horticulturista da Dominion para o Canadá, forneceu o lúpulo norte-americano de que Salmon precisava. Ele o coletou na cidade de Morden, ao sul de Winnipeg, em Manitoba. O lúpulo crescia selvagem ao longo de um riacho que corria pela cidade. “Os antigos residentes desta cidade garantem-me que nunca houve uma introdução de lúpulo cultivado no distrito”, escreveu Macoun. O lúpulo foi transplantado para lotes da cidade para cobrir lugares feios.

Salmon plantou o lúpulo, que chamou de BB1, em 1917 no viveiro de Wye, onde foi polinizado por um lúpulo inglês desconhecido. Ele colheu as sementes no outono de 1918, criou centenas de filhos de BB1 ​​em uma estufa no início de 1919 e plantou a mais promissora delas no viveiro em 1922. Ele escolheu nomear e liberar duas delas após mais de uma década de ensaios de cerveja.

Nem cervejarias nem fazendeiros no Reino Unido adotaram essas duas primeiras variedades, Brewer’s Gold e Bullion, mas não havia como voltar atrás. Quando Salmon começou no Wye College, o lúpulo continha 4% de ácidos alfa em média e 6% no máximo. Os criadores, desde então, criaram variedades com cones que contêm mais de 20% de ácidos alfa, quase sempre usando cultivares que remetem às duas raças de Salmon. Recentemente, a definição do que constitui um sabor e aroma agradáveis ​​de lúpulo também foi ampliada para incluir características frutadas e exóticas. Variedades populares como Citra, Mosaic, Centennial e Sorachi Ace são todas, em graus variados, descendentes do Brewer’s Gold.

Em última análise, a afirmação de Salmon de que os lúpulos da América são diferentes dos da Inglaterra ou do continente provou estar correta, o consenso científico agora é que as linhagens estão separadas por mais de um milhão de anos de evolução. Mais recentemente, a análise química e genética molecular estabeleceu a maior diversidade de lúpulo selvagem americano em comparação com o lúpulo selvagem europeu.

Um século atrás, Salmon precisou de sorte para localizar um lúpulo selvagem que provou que sua tese estava correta. Mas hoje, os cientistas do lúpulo têm ferramentas para estabelecer se uma planta encontrada crescendo sozinha no norte do estado de Nova York ou no sudoeste americano é nativa, se originou do outro lado do Atlântico ou se é talvez um híbrido selvagem americano / europeu. O uso de sequenciamento de próxima geração (NGS) em particular começou a impulsionar a criação de lúpulo e, portanto, o lúpulo ainda mais. E não se trata apenas de saltos. Essa tecnologia também mudará dois outros ingredientes essenciais da cerveja: o fermento e a cevada.

“[O sequenciamento] nos ajuda a entender de onde vêm as diferentes cepas de levedura (ou variedades de lúpulo ou malte) e como elas estão relacionadas e, talvez, mais importante, nos ajuda a criar variedades melhores que combinam as melhores propriedades das variedades e cepas parentais”, diz Kevin Verstrepen, geneticista de leveduras da Universidade Católica de Leuven e do Instituto de Biotecnologia da Flandres.

As tecnologias de sequenciamento da próxima geração foram disponibilizadas pela primeira vez na época, substituindo a primeira geração que surgiu em 1977. Elas são muito mais rápidas, mais precisas e, como resultado, mais econômicas. “Hoje ... apenas um aluno pode fazer todo o trabalho que foi realizado em teses genômicas durante as décadas de 1980 e 1990 em menos de um segundo, por uma pequena fração do custo”, escrevem Rob DeSalle e Ian Tattersall em seu livro de 2019, “A História Natural da Cerveja. ”

O sequenciamento começa com a ordenação dos blocos de construção chamados bases de nucleotídeos (existem quatro tipos) dentro de um pequeno pedaço, ou filamento, de DNA. Os fragmentos são alinhados com base em porções sobrepostas para montar as sequências de regiões maiores de DNA e, eventualmente, cromossomos inteiros. Um genoma é a soma total do DNA de um organismo. O método Sanger, desenvolvido na década de 1970 pelo bioquímico britânico Frederick Sanger, sequencia um único fragmento de DNA por vez. As plataformas NGS são capazes de sequenciar milhões de fragmentos simultaneamente.

Os cientistas sequenciaram pela primeira vez as espécies de levedura usadas por cervejeiros e padeiros em 1996, determinando a ordem de 12.057.500 subunidades químicas. Este foi um passo em direção ao sequenciamento do genoma humano, um projeto que levou mais de uma década e custou US $ 3 bilhões no total (o sequenciamento do primeiro genoma humano custou cerca de US $ 1 bilhão). Hoje, os laboratórios cobram entre US $ 300 e US $ 1.500 pelo mesmo trabalho. O sequenciamento se tornou tão barato que, em 2012, a Illumina, uma empresa de biotecnologia de San Diego localizada não muito longe de White Labs, sequenciou 96 cepas de levedura gratuitamente para testar novas máquinas NGS.

Não muito depois, Troels Prahl, chefe de pesquisa e desenvolvimento do White Labs, descobriu que um grupo belga liderado por Verstrepen também estava explorando a paisagem fenotípica da levedura - isto é, ligando o que foi determinado geneticamente com características observáveis. Juntas, as duas equipes sequenciaram os genomas de 157 cepas de leveduras, a maioria delas usadas por cervejeiros. Publicado em 2016, “Domesticação e Divergência de Leveduras de Cerveja Saccharomyces cerevisiae” reconstrói a história de como a levedura evoluiu ao longo dos séculos, desenha uma árvore genealógica e fornece um mapa para reprodução e desenvolvimento de cepas no futuro.

Os genomas de plantas são geralmente maiores do que o genoma humano porque têm muito mais elementos repetitivos. Entre 2000 e 2008, os cientistas sequenciaram os genomas de apenas 10 plantas. A descoberta de marcadores mais frequentemente chamados de SNPs (abreviação de polimorfismo de nucleotídeo único) encontrados pela primeira vez no genoma humano tornou mais fácil desenhar mapas genéticos e começar a associar marcadores a traços. Genomas de referência para cevada (Hordeum vulgare L.) e lúpulo (Humulus lupulus) estão incluídos entre os mais de 600 genomas de plantas que foram reunidos desde então.

Demorou 77 cientistas de 10 países 10 anos para juntar a sequência ordenada do genoma da cevada, publicada em 2017. Os pesquisadores descobriram rapidamente que o gene da alfa-amilase, a enzima que quebra o amido da cevada maltada em açúcar, se repete várias vezes. “Isso realmente aumenta nosso conhecimento sobre como melhorar os níveis disso. Com várias cópias, podemos escolher quais queremos aumentar ”, disse Gary Hanning, diretor de pesquisa global de cevada da Anheuser-Busch InBev, quando a pesquisa foi publicada.

A primeira identificação relatada de marcadores moleculares no lúpulo foi em 1995. Quatro anos depois, um modesto 224 foi descoberto. Hoje, mais de um milhão de SNPs foram encontrados em milhares de cultivares de lúpulo em todo o mundo. No entanto, combinar marcadores e características desejáveis ​​- sejam eles para resistência a doenças ou sabores únicos - pode levar mais tempo para algumas características do que outras.

“Ainda não chegamos lá. É uma nova fronteira ”, diz Paul Matthews, que trabalha como cientista pesquisador sênior na Hopsteiner, uma empresa internacional de comercialização de lúpulo com programas de melhoramento nos Estados Unidos e na Alemanha. “Ainda estamos em uma prova de conceito.”

Hoje, os criadores - sejam eles especializados em lúpulo, ervilhas ou galinhas - fazem a si mesmos a mesma pergunta que Gregor Mendel fez há mais de 150 anos: “Posso prever como uma característica é passada para a próxima geração?” Os princípios de herança de Mendel muitas vezes servem como um guia. Antes que o trabalho de Mendel se tornasse amplamente aceito, as pessoas acreditavam que os traços ocorrem na prole como resultado de uma mistura de características parentais. Ele estabeleceu que os “caracteres fixos” aos quais Salmon se refere (agora entendidos como genes) podem ser dominantes ou recessivos.

O processo de polinização cruzada de variedades para criar sementes é diferente para a cevada e para o lúpulo, mas as etapas para desenvolver novas variedades seguem caminhos lentos e semelhantes. Os criadores precisam pensar décadas à frente. “É preciso ter muitos tipos de aroma prontos, mas é preciso esperar que os cervejeiros venham até você com suas ideias”, diz Anton Lutz, criador do Centro de Pesquisa de Lúpulo da Alemanha. “Então você pode dizer a eles,‘ eu tenho isso ’.”

O seguinte cronograma na North Dakota State University é típico para a cevada:

Ano 1: Os cruzamentos são feitos e as características agronômicas da progênie são avaliadas.

Ano 2: as linhas selecionadas são cultivadas e testadas, incluindo resistência a doenças e qualidades de fermentação.

Anos 3-5: As linhas avançam por meio de três conjuntos de testes de campo e são enviadas para laboratórios para análise de qualidade e resistência a doenças. As linhas com bom desempenho são enviadas para a American Malting Barley Association para sua primeira avaliação em escala piloto no ano 5.

Anos 6-7: as linhas são avaliadas em testes de campo em até 10 locais. Os melhores são submetidos à American Malting Barley Association (AMBA) para testes em escala de planta no ano 7.

Anos 8 a 10: Os testes em escala da planta continuam, com mais testes de campo. Com base na aceitação pelos membros da AMBA, uma linha recebe um nome varietal e é liberada para os agricultores.

Kevin P. Smith, da Universidade de Minnesota, explica que encontrar novos marcadores genéticos pode não apenas acelerar esse processo laborioso, mas também pode expandir a quantidade de mudança possível dentro de um determinado período de tempo. Por exemplo, seu laboratório poderia usar uma amostra genética obtida após o ano 2 para prever o extrato de malte de uma variedade potencial. “Teríamos que esperar até o ano 4 ou 5 antes de [medi-lo]”, diz ele. Além disso, testar uma amostra para marcadores custa $ 20, em comparação com $ 200 para analisar completamente uma amostra de cevada.

A criação de lúpulo também é lenta. John Henning, geneticista pesquisador do USDA em Oregon, fez o cruzamento em 2000 que resultou em uma variedade de lúpulo que ele chamou de Triumph. Ela não foi liberada para os agricultores até quase duas décadas depois, em 2019.

Geralmente, o USDA sugere que os aspirantes a criadores sigam este cronograma:

Ano 1: As mudas são cultivadas em estufa e selecionadas para resistência ao oídio.

Anos 2-4: As plantas são avaliadas no campo, avaliadas e colhidas e, em seguida, analisadas quimicamente.

Anos 5-8: As seleções são cultivadas em lotes com várias colinas. A avaliação continua e os dados completos são coletados. As amostras são enviadas para cervejarias para preparações piloto. As cervejarias selecionam seus favoritos.

Anos 9 em diante: As seleções são cultivadas em lotes de fazendas comerciais. O lúpulo é testado em várias cervejarias. Os cervejeiros aceitam ou rejeitam o lúpulo.

Tal como acontece com a cevada, encontrar marcadores genéticos para características desejáveis ​​no lúpulo pode encurtar o processo de criação e aumentar o número de plantas de lúpulo que podem ser avaliadas. No entanto, ao contrário da cevada, o lúpulo introduz algumas complexidades genéticas adicionais.

Uma pesquisa importante financiada pela Hopsteiner lançou luz sobre por que e quando o lúpulo pode não seguir os princípios de Mendel. Para simplificar, o lúpulo nem sempre se reproduz como seria de se esperar. Fazendo uma pesquisa na Florida State University, Katherine Easterling, que desde então se juntou à equipe Hopsteiner de Matthews, observou que durante a reprodução sexual, os cromossomos que deveriam ter sido emparelhados em pares com formas semelhantes a donuts foram ligados entre si em longas cadeias e anéis.

“Essa observação significa que há uma semelhança de sequência que vai além dos pares de cromossomos dos pais”, diz ela. “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. Eu posso te prometer isso. 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 Natureza.

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 Natureza 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 Natureza 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 Natureza 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.


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