Efter många års arbete har forskare vid bland annat LTH kartlagt och karakteriserat havrens hela genuppsättning. Det ger stora möjligheter att förädla fram havre som har ännu bättre näringsinnehåll, är mer hälsosamt eller kan odlas på ett mer miljömässigt hållbart sätt. Detaljerade genanalyser stärker också bevisen för att havre är säker i glutenfri kost. Resultaten publiceras nu i Nature.

Det omfattande arbetet har tagit många år eftersom genomet är komplicerat att kartlägga. En förklaring är att havre är en så kallad hexaploid, vilket innebär att den har sex kromosomuppsättningar av sina sju kromosomer – att jämföra med exempelvis människans arvsmassa som är diploid och alltså har två kromosomer av varje slag. Havre är mer komplicerat än andra sädesslag, med över 80 000 gener som måste sorteras rätt (att jämföra med människans ungefär 20 000 gener).

– Det har varit ett jättestort projekt. Eftersom det finns så många kopior som har samma gener, så det har varit svårt att placera ut generna rätt i varje kromosom. Det är som snarlika legobitar som måste pusslas ihop rätt, vilket är ovanligt besvärligt eftersom genomet har ”kastats runt” så mycket jämfört med andra sädesslag. Men nu har vi en slags karta över havregenomet som kan öppna många dörrar för att utveckla havre och öka förståelsen för dess nyttiga egenskaper, säger Nick Sirijovski, forskare i tillämpad biokemi och huvudförfattare till artikeln i Nature.

Den stora delen av arbetet har genomförts vid ScanOats, ett industriellt forskningscenter som arbetar med forskning kring havre i samarbete med flera universitet och institutioner runt om i världen, huvudsakligen finansierat av Stiftelsen för Strategisk Forskning. Dessförinnan hade Olof Olssons forskargrupp vid LTH, tillsammans med CropTailor AB ordnat finansiering från Lantmännens Forskningsstiftelse för projektet och tagit fram den första råsekvensen för genomet, som bestod av 17 miljarder små DNA-fragment.

Denna enorma datamängd motsvarar hela havregenomet 270 gånger om. Dessa bitar behövde därefter sättas samma i mycket längre fragment och eventuellt som hela kromosomer. Just vid detta tillfälle bildades ScanOats och med projektets resurser kunde dessa fragment sättas ihop till kromosomer karakteriseras och kartläggas; så kallad genannotering.

– Detta arbete som nu presenteras i Nature lägger en solid grund för alla forskare och förädlare för att utveckla havrevarianter med högre avkastning, bättre klimattålighet, förbättrade näringsmässiga egenskaper och ökad hållbarhet, säger Olof Olsson.

Den globala efterfrågan på havre och av havre framställda produkter ökar kraftigt på grund av att konsumenterna i allt högre grad äter mer växtbaserat och även som en följd av de många hälsofördelar som havre har.

Genom att känna till genomet blir det lättare att veta vilken del som står för vilka egenskaper. Det gör det lättare att skilja ut olika egenskaper som man vill ha när man korsar fram nya havresorter – och för den delen att undvika svagheter också. Svårigheten ligger i att havre har sex kromosomuppsättningar av sina sju kromosomer (42 kromosomer totalt), så varje kopia av den gen man vill påverka måste identifieras för att den nya korsningen ska ”slå igenom”.

– Bland annat är det intressant att studera betaglukan, som är en vattenlöslig kostfiber med kolesterolsänkande effekt som är bra för att förebygga hjärt- och kärlsjukdomar. Förhoppningen är att kunna ta fram nya sorters havre med hög halt av betaglukan, säger Alf Ceplitis, VD på CropTailor AB och en av medförfattarna till artikeln.

Havre har också ett intressant proteinhåll, havre innehåller en betydligt större del essentiella aminosyror jämfört med många andra grödor vilket gör den till en attraktiv del i en växtbaserad kost.

Tack vare arbetet som nu utförts har det också varit möjligt att utföra analyser av proteinerna i havrefrön som visar att de så kallade havreprolamingenerna (motsvarande glutenproteiner i vete) har lägre nivåer och finns i färre kopior än i vete och korn.

– Vi har alltså fått ökad kunskap om vad det är som gör att man kan äta ren havre utan att få en autoimmun reaktion om man lider av celiaki, vilket bekräftar att det är säkert att inkludera havre i glutenfria dieter, säger Manuel Spannagl från Helmholtz Zentrum München i Tyskland.

Kartläggningen av havregenomet gör det också möjligt att snabbare överföra kunskap från andra grödor till nya och förbättrade havresorter.

– Ett exempel på hur genomet används i ScanOats-projektet i dag är sökandet efter havresorter med lägre lipasaktivitet, det vill säga utan funktionella gener som producerar enzymer som bryter ner fetter i havre och får det att härskna. Målet är att få fram nya havresorter som inte, som i dag, behöver värmebehandlas innan havren används i olika produkter, säger Sofia Marmon, forskare i tillämpad biokemi och ansvarig för det genomiska arbetet inom ScanOats.

Fotnot: Nick Sirijovski utförde forskningen medan han arbetade som forskare på CropTailor AB och på LTH och ScanOats. Numera är han anställd på Oatly och affileriad forskare på tillämpad biokemi vid LTH. Förutom Nick Sirijovski och Olof Olsson har även Nikos Tsardakis Renhuldt (doktorand) och Johan Bentzer (bioinformatiker) på ScanOats arbetat med projektet.

Länk till artikeln i Nature: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04732-y

Bakom publikationen står 29 forskare från 20 institutioner i fem länder med ett omfattande samarbete mellan ScanOats huvudforskare och Helmholtz Center Munich i Tyskland. I forskningsartikeln presenteras ett väl karakteriserat referensgenom av odlad hexaploid havre (Avena sativa) och två vilda Avena-genom som representerar stamarter som naturligt hybridiserades för miljontals år sedan för att så småningom ge upphov till dagens havre.  Projektet har finansierats av SSF, CropTailor AB, Lantmännens Forskningsstiftelse och ScanOats.

Fakta: Havre (Avena sativa)

Havre är det sjunde största sädesslaget i världen och odlas över hela världen, även om havren är störst i Europa och Nordamerika. Havre var inte känd som odlad växt av de gamla kulturfolken, de första odlingarna har upptäckts i Medelhavsområdet för cirka 2 000 år sen. Först på 1700-talet blev det allmänt odlat i Norden och har använts flitigt som foder. På senare år har havrens nyttiga egenskaper upptäckts alltmer och intresset för havreprodukter har stadigt ökat. Jämfört med andra spannmålsväxter kräver havreodling färre behandlingar med insekticider, svampmedel eller gödningsmedel. Havre äts som fullkorn och är en hälsosam källa till antioxidanter, fleromättade fettsyror, proteiner och kostfibrer. Havre är i sig själv glutenfri, men kan kontamineras av andra sädesslag vid skörd, transport eller malning, så endast havre som hanteras som så den inte kommer i kontakt med andra sädesslag får anges vara glutenfri.

Fakta: ScanOats

ScanOats är ett industriellt forskningscenter mellan Lantmännen, Oatly och Swedish Oat Fiber, Lunds Tekniska Högskola, Sveriges lantbruksuniversitet, RISE. Verksamheten startade 2017 då Stiftelsen för strategisk forskning, SSF, som beviljat anslag på 75 miljoner kronor och sedan efter utvärdering ytterligare 25 miljoner kronor. Det övergripande målet är att bidra till en konkurrenskraftig industri, ett uthålligt samhälle samt hälsosammare livsmedel. Verksamheten inom ScanOats är uppdelad i fem områden: genomik, utveckling av nya sorter, odling, efterbehandling samt hälsoeffekter. Projektet har anslag minst fram till slutet av 2024. Läs mer på https://scanoats.se

Fakta: Genannotering

Annotering är information som kopplas till något. För att använda genomsekvenser måste man förstå deras komponenter och genom annotering kopplas funktion och identitet till en sekvens, som till exempel var gener finns, hur många funktionella kopior det finns och vilken roll de sannolikt har i växten. Denna kombinerade information kan användas av forskare för att förstå exakt vilka som är involverade i specifika biologiska funktioner och förädlare kan i sin tur identifiera specifika genmål som krävs för att utveckla bättre havresorter.

Kontaktinformation:
Nick Sirijovski, 0734-27 22 50, nick.sirijovski@tbiokem.lth.se

Olof Olsson, 0703-15 53 63, olof.olsson@tbiokem.lth.se

Alf Ceplitis, alf.ceplitis@lantmannen.com

Mats Larsson, styrelseordförande i ScanOats, 0705-57 83 39, mats.larsson@lantmannen.com
Leif Bülow, direktör för ScanOats, 046-222 95 94, leif.bulow@kilu.lu.se