Over hele verden baker mennesker brød av mel fra én og samme art, Triticum aestivum L, eller brødhvete. Det er nemlig kun frø fra denne arten som gir en deig som hever seg, noe som setter brødhvete i en særstilling for verdens matvareforsyning. Omkring 20% av kaloriinntaket til menneskeheten kommer da også fra brødhvete.

Brødhveten oppstod gjennom to etterfølgende naturlige hybridiseringer, eller krysninger, mellom ulike arter av hvete. Den siste hybridiseringen antas å ha skjedd for ca.10 000 år siden i de første kornåkrene i verden, og gav opphavet til dagens brødhvete som består av til sammen 21 kromosomer, tre sett av 7 kromosomer fra hver av de tre opprinnelsesartene.

Med et økt matvarebehov og mer ekstreme klimaforhold trenger vi kunnskap om hvilke gener som styrer avlingsmengde og bakekvalitet under ulike klima. En spesiell utfordring i Norge er å kunne dyrke hvete med god nok kvalitet for brødbaking. I løpet av en 20 års periode har det lykkes det norske plantforedlingsfirmaet Graminor å produsere hvetesorter som har bidratt til at vi har vært 80% selvforsynte med brødhvete.

Ugunstig vær i vekstsesongen i to av de siste fem årene har gjort det meste av norskprodusert hvete ubrukelig til brødbaking.

I løpet av det siste tiåret er DNAet til de fleste planter av betydning for verdens matevareforsyning blitt kartlagt, også kornarter som ris og mais. Kunnskap om arvematerialet til brødhvete har hengt etter, inntil nå. Grunnen til dette er dels at DNA-innholdet i en brødhvete-celle (ca 17 milliarder basepar) er seks ganger større enn for eksempel i en menneske-celle (ca 3 milliarder basepar), men også at hvert gen er representert ved tre nesten identiske utgaver som ikke kan skilles fra hverandre ved vanlige metoder. For å løse de tekniske problemene med å kartlegge hvete-DNAet ble IWGSC (International Wheat Genome Sequencing Consortium) dannet for ti år siden med medlemmer fra forskningsinstitusjoner og industri fra Nord-Amerika, Europa og Asia. Første fase av prosjektet er nå avsluttet, og DNA-sekvensen for hvert av de 21 kromosomene har nå blitt analysert og presentert over fem artikler i tidsskriftet Science, der norske forskere er stekt involvert i tre av artiklene.

Kartleggingen av rødhvetens DNA er et meget viktig bidrag for å kunne foredle frem og dyrke bedre og mer hvete i fremtiden. Den nye kunnskapen om gensekvensene fra A, B og D kromosomene åpner også muligheten for å kunne bestemme hvilke egenskaper som stammer fra hvilke av de tre opprinnelsesartene til brødhveten. Sekvensen blir gjort offentlig tilgjengelig for fri anvendelse verden over. Dette betyr et stort skritt i retning av mer effektiv hveteforedling. For Graminor, som har hatt tilgang til sekvensen i ett år, er dette viktig for storskala-anvendelse av genmarkører i deres foredlingsarbeid.

To av artiklene som nå er publisert i Science er ledet av vår forskningsgruppe ved NMBU med professor Odd-Arne Olsen. Disse artiklene belyser to viktige aspekter ved hvetebiologi, nærmere bestemt evolusjonshistorien til arten og hvordan genene blir brukt under utviklingen av frøet. I studiet av hvete-evolusjon kom vi frem til ny innsikt i slektskapet mellom de tre ulike gruppene av kromosomer som finnes i brødhveten. Vi har lenge vært klar over at brødhveten er en hybrid mellom tre arter, men de nye analysene som nå har blitt publisert indikerer også at en av de tre opprinnelsesartene (D-arten) oppstod som en hybrid av de to andre for ca. 5 millioner år siden. Med andre ord er brødhvete en hybrid av en hybrid – en dobbelthybrid.

Det andre aspektet ved hvetebiologi vi har belyst er hvordan de enestående mategenskapene til brødhvete oppstod. Sekvensinformasjonen fra DNAet ble brukt til å bestemme aktiviteten til genene fra de tre ulike genomene A, B og D under frøets utvikling. Resultatene viser at brødhveten ikke benytter seg av alle kopiene av genene, men istedenfor bruker “det beste” av arvematerialet fra hver av de tre opprinnelsesartene til ulike oppgaver i cellene. Denne nye kunnskapen gir store muligheter for å foredle frem hvetesorter med forbedrede og nye kvalitetsegenskaper.

Selv om arbeidet med å kartlegge genene i brødhvete nå er ferdig, er vi langt fra ferdig med arbeidet med å sette sammen DNAet til sammenhengende kromosomer. NMBU, i samarbeid med Graminor AS, er i disse dager i sluttfasen av et nytt stort forskningsarbeid som nettopp går ut på å sammenstille ett av de 21 kromosomene – kromosom 7B – til ett sammenhengende molekyl. Ferdigstillingen av den komplette DNA-sekvensen til kromosom 7B vil bli den andre brødhvete-kromosomsekvensen som ferdigstilles. De 19 resterende vil følge i årene som kommer.

Graminor AS er industripartner og har delfinansiert prosjektet sammen med Norges forskningsråd og Fondet for forskningsavgift på landbruksprodukter (FFL) og Jordbruksavtalen (JA). Graminor har ansvar for all foredling av jord- og hagebrukvekster i Norge, og har en aktiv rolle i kartleggingen av hvetegenomet.

Se Science-oppslag