Flavonolitutkimus avainasemassa suomalaisissa tyrnilajikkeissa

Turun yliopiston Elintarvikekemian ja elintarvikekehityksen yksikössä tehdyssä diplomityössä tutkittiin flavonolien biosynteesiä tyrnin marjoissa. Tutkimuksen kohteena olivat suomalaiset tyrnilajikkeet Tytti ja Terhi, jotka kehitettiin 1990-luvun puolivälissä MTT:n jalostusohjelmassa kestämään Suomen vaihtelevia talviolosuhteita ja tyrnissä esiintyvää versolaikkutautia.

Tutkimuksessa selvitettiin lajikkeiden marjoista flavonolien biosynteesigeenien ohjaamaa entsyymituotantoa. Eri kypsyysasteella poimittujen marjojen hedelmälihasta ja siemenistä erikseen eristetyistä RNA-näytteistä (ribonukleiinihappo) analysoitiin valittujen geenien ilmenemistasojen muutoksia kvantitatiivisella polymeraasiketjureaktio-tekniikalla (PCR) eri kasvupaikoilla ja -kausina.

Tässä tekniikassa perinteiseen PCR-menetelmään lisätään PCR-tuotteen fluoresenssimittaus, joka on mahdollista tuotteeseen sitoutuvan fluoroforin avulla. PCR-reaktiossa monistetaan suunnitelluilla alukkeilla rajattua nukleiinihapposekvenssiä polymeraasientsyymin avulla lämpötilamuutossykleissä. Monistuvan PCR-tuotteen määrä selvitetään standardisuoran tai vertailunäytteiden avulla, mikä mahdollistaa alkuperäisen näytteen sisältämän kohdegeenin nukleiinihappojen määrän kvantitoinnin. Näin pystytään määrittämään kohdegeenin ilmenemistaso tietyn aikapisteen näytteessä.

Flavonoleja muodostuu auringon valon stimuloimassa biosynteesissä kasvien pintaosiin. Niiden profiilin monipuolisuus ja kohonneet pitoisuudet ovat seurausta kasvin toimivasta puolustusjärjestelmästä kasvuolosuhteiden stressitekijöitä vastaan (Manach ym. 2004.). Mahdollisesti flavonolien tärkeimpänä tehtävänä on osallistuminen kasvin stressivasteeseen (Ferryera ym. 2012).

Luultavimmin terveyttä edistävät vaikutukset perustuvat suurelta osin juuri fenolisten yhdisteiden antioksidatiivisiin ja antimikrobisiin ominaisuuksiin sekä allergioita ja tulehduksia ehkäiseviin vaikutuksiin (Tian ym. 2016). Flavonoidit on yhdistetty useissa epidemiologisissa tutkimuksissa myös riskiä alentaviin tekijöihin kroonisten sairauksien ehkäisyssä (Rodriguez-Mateos ym. 2014).

Tutkimus toi uutta tietoa geenitasolla

Aiemmissa tutkimuksissa on selvitetty Suomessa kasvatettujen tyrnien ja suomalaisten tyrnilajikkeiden flavonolipitoisuuksia ja -profiileja. On todettu, että niissä esiintyy vaihtelua, johon vaikuttavat laji, lajike, kasvuolosuhteet ja marjan kypsyysaste (Määttä-Riihinen ym. 2004, Yang ym. 2009, Heinäaho ym. 2009, Ma ym. 2016.).

Diplomityön tutkimustulokset vahvistavat aiempia tutkimustuloksia, sillä eroja havaittiin vastaavasti myös geenien ilmenemistasojen muutoskuvaajissa etenkin ääriolosuhteissa, kylmimmissä ja lämpimimmissä kasvuolosuhteissa. Tutkimustulokset osoittavat, miten tyrni sopeutuu geenitoimintaansa säätelemällä erilaisiin kasvuolosuhteisiin. Erot geenin ilmenemisessä lajikkeiden ja kasvuolosuhteiden välillä ovat myös parhaiten todettavissa näissä ääriolosuhteissa. Lisäksi saatiin uutta tutkimustietoa suomalaisista tyrneistä marjojen eri kypsyysasteilla ja erikseen hedelmälihasta ja siemenistä.

Hedelmälihassa tiettyjen geenien ilmenemistasot nousivat. Tietyillä geeneillä havaittiin myös samanaikaista ilmenemistä, mikä viittaa näiden geenien olevan saman geneettisen säätelyn alla. Tulokset olivat odotettavissa perustuen näiden geenien koodaamien entsyymien samankaltaisiin katalyyttiominaisuuksiin flavonolien biosynteesissä, kuten sokeriosien liittämistä yhdisteeseen. Siemenissä geenien ilmenemistasot pääsääntöisesti laskivat. Myös vaihtelua muutoskuvaajissa esiintyi huomattavasti vähemmän kuin hedelmälihassa. Samanaikaista ilmenemistä kuitenkin esiintyi tietyillä geeneillä, jotka koodaavat biosynteesin alkuvaiheen reaktioita katalysoivia entsyymejä, kuten flavonolien ja niiden esiasteiden muodostumista.

Tutkimuksessa tehtiin myös havainto biosynteesigeenien luokittelusta ns. kylmä- ja lämmingeeneihin niiden muutoskuvaajien tason ja nousujen perusteella. Tulokset viittaisivat siihen, että Tytillä flavonolituotanto olisi tehokkaampaa kylmissä kasvuolosuhteissa ja Terhillä puolestaan lämpimissä. Havainnon vahvistaminen vaatisi kuitenkin lisätutkimusta marjojen flavonolipitoisuuksien ja -profiilien analysoinnin osalta.

Tietoa teollisuuden hyödynnettäväksi

Tytti ja Terhi ovat tyrnilajikkeina edelläkävijöitä tyrnin jalostustyössä. Diplomityön kirjallisuusanalyysiä ja tuloksia voidaan hyödyntää tulevissa tyrnitutkimuksissa ja yleistietona tyrnimarjojen flavonoleista.

Lisätietoja saatiin myös tyrnin flavonolien biosynteesistä marjan eri kypsyysasteilla, kasvuolosuhteiden vaikutuksista flavonolituotantoon ja viitteitä parhaasta poiminta-ajankohdasta flavonolien biosynteesigeenien ilmentymisen kannalta.

Tutkimuksen perusteella etenkin ääriolosuhteissa kasvaneiden ja eri kypsyysasteella poimittujen tyrnimarjojen flavonolien muodostumiseen liittyvässä entsyymituotannossa on eroja, jotka viittaisivat marjoissa esiintyviin eroihin flavonoliyhdisteiden profiileissa ja pitoisuuksissa. Näitä eroja voidaan hyödyntää muun muassa määritettäessä parasta poiminta-ajankohtaa kiinnostuksen kohteena olevan flavonoliyhdisteen osalta. Tutkimustulokset ovat hyödynnettävissä lääke-, kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudessa ja laajentavat tietoa tyrnin bioaktiivista ainesosista.

Kirjoittaja on palkittu diplomityöstään Flavonolien biosynteesi tyrnin (Hippophaë rhamnoides) marjoissa Turun Elintarviketutkijain Seuran stipendillä tänä vuonna.

Viitteet:

• Manach, C. ym. 2004. Polyphenols: food sources and bioavailability. Am. J. Clin. Nutr. 79:727–747.
• Ferreyra, M. ym. 2012. Flavonoids: biosynthesis, biological functions, and biotechnological applications. Front. Plant. Sci. 3:222.
• Tian, Y. ym. 2016. Phenolic compounds extracted by acid aqueous ethanol from berries and leaves from different berry plants. Food Chem. 220:266–281.
• Rodriguez-Mateos, A. ym. 2014. Bioavailability, bioactivity and impact on health of dietary flavonoids and related compounds: an update. Arch. Toxicol. 88:1803–1853.
• Määttä-Riihinen, K.R. ym. 2004. Distribution and contents of phenolic compounds in eighteen Scandinavian berry species. J. Agric. Food Chem. 52:4477–4486.
• Yang, B. ym. 2009. Flavonol glycosides in wild and cultivated berries of three major subspecies of Hippophaë rhamnoides and changes during harvesting period. Food Chem. 115:657–664.
• Heinäaho, M. ym. 2009. Effect of different organic farming methods on the phenolic composition of sea buckthorn berries. J. Agric. Food Chem. 57:1940–1947.
• Ma, X. ym. 2016. Flavonol glycosides in berries of two major subspecies of sea buckthorn (Hippophaë rhamnoides L.) and influence of growth sites. Food Chem. 200:189–198.
• Jaakkola, L. ym. 2002. Expression of genes involved in anthocyanin biosynthesis in relation to anthocyanin, proanthocyanidin and flavonol levels during bilberry fruit development. Plant Physiol. 130:729–739.
• Fatima, T. ym. 2015. Metabolite profiling and expression analysis of flavonoid, vitamin C and tocopherol biosynthesis genes in the antioxidant-rich sea buckthorn (Hippophaë rhamnoides L.) Phytochemistry 118:181–191.