Modeling the Technology of Genoidentification of Plant Raw Materials for Brewing from Mixed Multi-species Crops
Authors: Ирина Юрьевна Михайлова, 
Published: December 2022

Создание ДНК-технологий идентификации растительного сырья для пивоварения востребовано для практического внедрения в систему менеджмента качества в рамках прослеживаемости начальных этапов производства пива. Наряду с ячменем в пивоварении также используют множество других зерновых, включая пшеницу, рожь, рис, кукурузу, овес и гречиху, как по отдельности, так и в форме смешанных разновидовых культур. Цель исследования состояла в моделировании технологии геноидентификации растительного сырья для пивоварения из смешанных разновидовых культур. При этом основной упор был сделан на комбинацию ячменя с остальными семью видами растительного сырья в следующих сочетаниях: ячмень + пшеница, ячмень + рожь, ячмень + кукуруза, ячмень + рис, ячмень + хмель, ячмень + овес и ячмень + гречиха. Рестрикционное картирование выравненных нуклеотидных последовательностей локуса хлоропластной ДНК ячменя, пшеницы, ржи, кукурузы, риса, хмеля, овса и гречихи, а также последующее моделирование соответствующих ПЦР-ПДРФ-профилей проведено в онлайн-программе NEBcutter V2.0. Картирование выравненных нуклеотидных последовательностей (ограниченных контрольными праймерами 1 и 2 из набора «Phire Plant Direct PCR Master Mix») локуса хлоропластной ДНК восьми видов сельскохозяйственных культур по идентификационно-значимым сайтам рестрикции подобранных эндонуклеаз (TaqI, AciI и BssSI) позволило рассчитать генерируемые ПЦР-ПДРФ-профили растительного сырья для пивоварения, как для отдельно взятого вида, так и для смешанных разновидовых культур. Дальнейшим in silico моделированием ПЦР-ПДРФ-профилей были сформированы биоинформационные данные соответствующих рестриктограмм, отображенных в графическом формате. Сгенерированные ПЦР-ПДРФ-профили TaqI-, AciI- и BssSI-рестриктограмм смешанных разновидовых культур свидетельствуют о необходимости опираться на совокупный анализ данных, полученных сразу от трех подобранных эндонуклеаз рестрикции, так как по отдельно взятой рестриктазе интерпретация в идентификационном ключе затруднительна ввиду схожих картин электрофоретического разделения расщепленных фрагментов хлоропластной ДНК у разных видов сельскохозяйственных культур.

The creation of DNA technologies for the identification of plant raw materials for breweries is in demand for practical implementation in the quality management system as part of the traceability of the initial stages of beer production. Along with barley, a variety of other grains are also used in brewing, including wheat, rye, rice, corn, oats, and buckwheat, both individually and as mixed varieties. The purpose of the study was to simulate the technology of genoidentification of plant raw materials for brewing from mixed multi-species crops. At the same time, the main emphasis was placed on the combination of barley with the other seven types of vegetable raw materials in the following combinations: barley + wheat, barley + rye, barley + corn, barley + rice, barley + hops, barley + oats and barley + buckwheat. Restriction mapping of the aligned nucleotide sequences of the barley, wheat, rye, corn, rice, hop, oat, and buckwheat chloroplast DNA locus, as well as subsequent modeling of the corresponding PCR-RFLP profiles, was carried out using the NEBcutter V2.0 online program. Mapping of the aligned nucleotide sequences (limited by control primers #1 and #2 from the «Phire Plant Direct PCR Master Mix» set) of the chloroplast DNA locus of eight crop species to the identification-significant restriction sites of selected endonucleases (TaqI, AciI and BssSI) made it possible to calculate generated PCR-RFLP-profiles of vegetable raw materials for brewing, both for a single species and for mixed multi-species crops. By further in silico modeling of PCR-RFLP profiles, bioinformatic data of the corresponding restrictograms were generated, displayed in a graphical format. The generated PCR-RFLP profiles of TaqI-, AciI-, and BssSI-restrictograms of mixed species cultures indicate the need to rely on a cumulative analysis of data obtained from three selected restriction endonucleases at once, since interpretation of an individual restriction endonuclease in the identification key is difficult due to similar patterns of electrophoretic separation of cleaved fragments of chloroplast DNA in different types of crops.