RU2615449C1 - Biological dna marker for determining impurities of soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products - Google Patents

Biological dna marker for determining impurities of soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products Download PDF

Info

Publication number
RU2615449C1
RU2615449C1 RU2015153290A RU2015153290A RU2615449C1 RU 2615449 C1 RU2615449 C1 RU 2615449C1 RU 2015153290 A RU2015153290 A RU 2015153290A RU 2015153290 A RU2015153290 A RU 2015153290A RU 2615449 C1 RU2615449 C1 RU 2615449C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flour
wheat
dna
durum
soft
Prior art date
Application number
RU2015153290A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Мария Андреевна Слугина
Елена Зауровна Кочиева
Елена Артемовна Салина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2015153290A priority Critical patent/RU2615449C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2615449C1 publication Critical patent/RU2615449C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686Polymerase chain reaction [PCR]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: biochemistry.
SUBSTANCE: invention relates to biochemistry, in particular to biological DNA marker for detecting impurities of soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products, as well as to method of detecting impurities soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products in analyzed samples using it.
EFFECT: invention can be used to assess quality of supplied raw material at flour mills and pasta plants, also to assess quality of products from durum wheat throughout whole production chain including sanitary and epidemiological examination, certification tests.
2 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области биотехнологии и пищевой промышленности и предназначено для обнаружения примеси муки мягкой пшеницы (Т. aestivum) в муке твердой пшеницы (Т. durum) и продуктах ее переработки (макаронных изделиях, крупах и др.).The invention relates to the field of biotechnology and the food industry and is intended to detect an impurity of soft wheat flour (T. aestivum) in durum wheat flour (T. durum) and its processed products (pasta, cereals, etc.).

Изобретение представляет собой биологический ДНК-маркер, включающий высокоспецифичные олигонуклеотидные последовательности, для определения качества муки твердой пшеницы и качества производимых из нее продуктов питания (макаронных изделий, круп) путем проведения анализа методом ПЦР.The invention is a biological DNA marker, including highly specific oligonucleotide sequences, for determining the quality of durum wheat flour and the quality of food products (pasta, cereals) made from it by PCR analysis.

Изобретение предназначено для качественного обнаружения ДНК мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и производимых из нее продуктах питания (макаронные изделия, крупа и пр.). Использование биологического ДНК-маркера позволяет определить содержание ДНК твердой и мягкой пшеницы в исследуемом образце и избежать возможности получения ложного результата. Оригинальный подбор олигонуклеодидных последовательностей для качественного определения наличия геномной ДНК мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и производимых из нее продуктах питания обеспечивает высокую специфичность предлагаемого маркера и достоверность получаемых результатов. Благодаря высокой чувствительности метод позволяет детектировать наличие не менее 0,1% примесей ДНК мягкой пшеницы в общей ДНК исследуемого материала.The invention is intended for high-quality detection of DNA of soft wheat in durum wheat flour and food products made from it (pasta, cereals, etc.). Using a biological DNA marker allows you to determine the DNA content of durum and soft wheat in the test sample and to avoid the possibility of obtaining a false result. The original selection of oligonucleotide sequences for the qualitative determination of the presence of genomic DNA of soft wheat in durum wheat flour and food products made from it provides high specificity of the proposed marker and the reliability of the results. Due to its high sensitivity, the method allows to detect the presence of at least 0.1% impurities of soft wheat DNA in the total DNA of the studied material.

Изобретение может быть использовано на мукомольных комбинатах и макаронных фабриках для оценки качества поступающего сырья, также для оценки качества готовой продукции из муки твердой пшеницы, в том числе для проведения санитарно-эпидемиологических экспертиз и сертификационных испытаний.The invention can be used in flour mills and pasta factories to assess the quality of incoming raw materials, as well as to assess the quality of finished products from durum wheat, including for sanitary-epidemiological examinations and certification tests.

Уровень техникиState of the art

Согласно стандартам (ГОСТ 52668-2006 - Мука из твердой пшеницы для макаронных изделий. Технические условия и ГОСТ P 31743-2012 - Изделия макаронные. Общие технические условия) сырьем для изготовления макаронных изделий группы A, а также ряда круп (манная крупа, кускус, булгур) является мука твердой пшеницы Т. durum, что связано с особенностями консистенции эндосперма зерен Т. durum, а именно стекловидностью, обусловленной тесной связью белковых веществ с крахмальными зернами. Стекловидное зерно имеет плотную структуру, отличается высокой механической прочностью и имеет высокие технологические качества при переработке, что определяет ее преимущества при производстве макаронных изделий и круп. При специальных сортовых помолах стекловидное зерно твердой пшеницы превращается в макаронную муку высшего сорта или крупку. Использование муки из твердой пшеницы сказывается на физико-механических свойствах макаронного теста. Изделия из него обладают большой прочностью (не крошатся), большой развариваемостью (значительным увеличением объема без потери частиц и ослизнения), хорошим сохранением формы.According to the standards (GOST 52668-2006 - Durum wheat flour for pasta. Specifications and GOST P 31743-2012 - Pasta. General specifications) raw materials for the production of pasta group A, as well as a number of cereals (semolina, couscous, bulgur) is T. durum durum wheat flour, which is associated with the features of the consistency of the endosperm of T. durum grains, namely, vitreousity, due to the close connection of protein substances with starch grains. Vitreous grain has a dense structure, is characterized by high mechanical strength and has high technological qualities during processing, which determines its advantages in the production of pasta and cereals. With special varietal grinding, the vitreous grain of durum wheat is transformed into premium pasta or grains. The use of durum wheat flour affects the physical and mechanical properties of pasta dough. Products made of it have great strength (do not crumble), great digestibility (a significant increase in volume without loss of particles and sludge), good shape retention.

Из-за высокой цены на муку твердой пшеницы часто при изготовлении макаронных изделий в исходное сырье могут добавлять муку мягкой пшеницы, что значительно удешевляет конечный продукт и существенно снижает потребительские качества макаронных изделий. Качество макаронных изделий обратно пропорционально количеству примесей муки мягкой пшеницы в исходном сырье.Due to the high price of durum wheat flour, soft wheat flour can often be added to the raw materials during the production of pasta, which significantly reduces the cost of the final product and significantly reduces the consumer qualities of pasta. The quality of pasta is inversely proportional to the amount of impurities of soft wheat flour in the feedstock.

В настоящее время для обнаружения чужеродных примесей в растительном материале и продуктах на его основе (крупа, экстракты и проч.) используют методы, основанные на качественной идентификации либо чужеродных белков, либо нуклеиновых кислот.Currently, methods based on the qualitative identification of either foreign proteins or nucleic acids are used to detect foreign impurities in plant material and products based on it (cereals, extracts, etc.).

Большинство современных способов дифференциации ДНК мягкой и твердой пшеницы основаны на различиях в их геномном составе. Твердая пшеница Triticum durum является тетраплоидным видом с гаплоидным геномным составом AB, в то время как мягкая пшеница Triticum aestivum - гексаплоидный вид с гаплоидным геномным составом ABD.Most modern methods for differentiating DNA from soft and durum wheat are based on differences in their genomic composition. Durum wheat Triticum durum is a tetraploid species with haploid genomic composition AB, while durum wheat Triticum aestivum is a hexaploid species with haploid genomic composition ABD.

Предлагаемое изобретение представляет собой биологический ДНК-маркер для определения примеси муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки. Маркер представляет собой набор из двух синтетических олигонуклеотидов, гомологичных последовательности гена Lr34 пшеницы (фиг. 4). Ортологичные гены Lr34 локализуются как в геноме В (ген Lr34B), так и в геноме D (ген Lr34D) и отличаются своей нуклеотидной последовательностью. Подход основан на различиях в первичных последовательностях Lr34B гена в геноме В твердой пшеницы Т. durum и последовательности гена Lr34D в D геноме Т. aestivum.The present invention is a biological DNA marker for determining the impurity of soft wheat flour in durum wheat flour and its processed products. The marker is a set of two synthetic oligonucleotides homologous to the wheat Lr34 gene sequence (Fig. 4). Orthologous Lr34 genes are localized both in genome B (Lr34B gene) and in D genome (Lr34D gene) and differ in their nucleotide sequence. The approach is based on differences in the primary sequences of the Lr34B gene in T. durum durum genome B and the Lr34D gene sequence in the T. aestivum D genome.

При проведении ПЦР реакции в случае присутствия в образце (зерно, мука и продукты переработки) ДНК только твердой пшеницы в результате амплификации будет идентифицирован только один фрагмент гомологичный последовательности гена Lr34B B генома Т. durum длиной 1027 п.н., в случае присутствия в образце только ДНК мягкой пшеницы - фрагмент длиной 622 п.н., гомологичный последовательности гена Lr34D D генома Т. aestivum. В случае наличия примесей ДНК мягкой пшеницы в образце твердой пшеницы будут амплифицированы два фрагмента длиной 1027 п.н. и 622 п.н. Чувствительность предлагаемого способа определения составляет не менее 0,1% примесей ДНК мягкой пшеницы в тотальной ДНК анализируемого образца.When carrying out a PCR reaction in the presence of only durum wheat DNA in the sample (grain, flour and processed products) as a result of amplification, only one fragment homologous to the Lr34B B gene sequence of the T. durum genome 1027 bp in length will be identified, if the sample is present only common wheat DNA — a 622 bp fragment homologous to the sequence of the Lr34D D gene of the T. aestivum genome. In the presence of DNA impurities of soft wheat in a durum wheat sample, two fragments of 1027 bp in length will be amplified. and 622 bp The sensitivity of the proposed method for determining is at least 0.1% of DNA impurities of soft wheat in the total DNA of the analyzed sample.

Таким образом, предлагаемый биологический ДНК-маркер для определения присутствия примесей геномной ДНК мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и в продуктах, получаемых на ее основе, позволяет в одной ПЦР реакции детектировать присутствие ДНК как мягкой, так и твердой пшеницы и избежать ложноотрицательных результатов по присутствию примесей мягкой пшеницы.Thus, the proposed biological DNA marker for determining the presence of impurities of genomic DNA of soft wheat in durum wheat flour and in products derived from it allows one to detect the presence of DNA of both soft and durum wheat in one PCR reaction and to avoid false negative results on the presence of impurities of soft wheat.

Возможность детекции в одной реакции ПЦР ДНК как твердой, так и мягкой пшеницы значительно сокращает время проведения диагностики за счет уменьшения числа технологических операций при проведении анализа.The possibility of detecting in one PCR reaction of DNA of both durum and soft wheat significantly reduces the diagnostic time by reducing the number of technological operations during the analysis.

Был проведен патентный поиск, который показал наличие ряда методов определения качества муки твердой пшеницы и продуктов ее переработки, в том числе возможность детекции примесей мягкой пшеницы.A patent search was carried out, which showed the presence of a number of methods for determining the quality of durum wheat flour and its processed products, including the possibility of detecting soft wheat impurities.

Существует способ определения качества муки твердой пшеницы, который основан на исследовании содержания белка, клейковины, цвета, зольности, крупности помола, активности ряда ферментов и др. [Ирвин Г.Н. Пшеница дурум и макаронные изделия // В кн.: Пшеница и оценка ее качества. - М.: Колос.- 1968. - С. 459-475]. Способ характеризуется высокой трудоемкостью и не позволяет говорить об отсутствии примесей мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы.There is a method for determining the quality of durum wheat flour, which is based on the study of protein, gluten, color, ash content, grinding size, activity of a number of enzymes, etc. [Irwin G.N. Durum wheat and pasta // In: Wheat and its quality assessment. - M .: Kolos. - 1968. - S. 459-475]. The method is characterized by high complexity and does not allow to talk about the absence of impurities of soft wheat in durum flour.

В настоящее время для обнаружения примесей в муке и продуктах переработки твердой пшеницы (крупа, экстракты и проч.) используют подходы, основанные на качественной идентификации вторичных метаболитов, белков или последовательностей нуклеиновых кислот.Currently, approaches based on the qualitative identification of secondary metabolites, proteins, or nucleic acid sequences are used to detect impurities in flour and durum wheat processed products (cereals, extracts, etc.).

Известен ряд методов, позволяющих определять наличие примесей мягкой пшеницы в продуктах из твердой пшеницы. Большинство из них основаны на детекции продуктов экспрессии генов, представленных в D-геноме мягкой пшеницы и отсутствующих в геноме твердой пшеницы. Подобные методы основаны на детекции наличия в исследуемом материале специфичных альбуминов и глиадинов, характерных для мягкой пшеницы (P. Resmini, Tec Molitona (1968) 19, 145-150, P. Resmini et al. Tec. Molitona 27. 97-109). Также белковые методы могут быть основаны на определении наличия ферментов полифенолоксидаз и эстераз, которые кодируются D-геномом мягкой пшеницы (Feillet. P and Kobrehel, К. (1972) Ann. Technol. Agπc. 21, 17-24, Feillet, P and Kobrehel, K. (1974). Cereal Chem. 51. 203-209) и (Cooke, R.J. Smith, T.M. and Ainsworth, C.C. (1986). Seed Sci Technol. 14, 693-704.). Однако белковые методы достаточно трудоемки и часто не обладают высокой чувствительностью, что связано с возможными различиями в белковой экспрессии при разных условиях выращивания пшеницы. Также методы белковой детекции имеют существенные недостатки, так как в процессе производства макаронных изделий белки в большинстве своем разрушаются из-за использования высокой температуры и быстрого высушивания, что говорит о невозможности установления единого стандарта белковой детекции примесей мягкой пшеницы.A number of methods are known to determine the presence of soft wheat impurities in durum wheat products. Most of them are based on the detection of gene expression products present in the D-genome of common wheat and absent in the genome of durum wheat. Similar methods are based on the detection of the presence of specific albumin and gliadins characteristic of common wheat in the test material (P. Resmini, Tec Molitona (1968) 19, 145-150, P. Resmini et al. Tec. Molitona 27. 97-109). Protein methods can also be based on determining the presence of polyphenol oxidase and esterase enzymes that are encoded by the common wheat D genome (Feillet. P and Kobrehel, K. (1972) Ann. Technol. Agπc. 21, 17-24, Feillet, P and Kobrehel , K. (1974). Cereal Chem. 51. 203-209) and (Cooke, RJ Smith, TM and Ainsworth, CC (1986). Seed Sci Technol. 14, 693-704.). However, protein methods are quite laborious and often do not have high sensitivity, which is associated with possible differences in protein expression under different wheat growing conditions. Also, protein detection methods have significant drawbacks, since in the process of pasta production, proteins are mostly destroyed due to the use of high temperature and rapid drying, which suggests the impossibility of establishing a single standard for protein detection of soft wheat impurities.

Большая группа методов детекции примесей мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки основана на ПЦР идентификации специфических участков ДНК, характерных для D генома мягкой пшеницы.A large group of methods for detecting soft wheat impurities in durum wheat flour and products of its processing is based on PCR identification of specific DNA regions characteristic of the D wheat genome.

Известен способ детекции примесей мягкой пшеницы с использованием ДНК высоко повторяющейся последовательности Dgas44, которая, как принято считать, локализуется исключительно на D геноме гексаплоидной пшеницы (Патент WO 1998004737).A known method for the detection of soft wheat impurities using DNA of a highly repeating Dgas44 sequence, which is believed to be localized exclusively on the D genome of hexaploid wheat (Patent WO 1998004737).

Стоит отметить, что существенным недостатком метода является необходимость использования нескольких праймерных пар для достижения достоверного результата. Кроме того, анализ последовательностей, представленных в геноме во множестве копий, могут приводить к неоднозначным результатам амплификации.It is worth noting that a significant drawback of the method is the need to use several primer pairs to achieve a reliable result. In addition, the analysis of sequences represented in the genome in multiple copies can lead to ambiguous amplification results.

Для более точной детекции ДНК-последовательностей, специфичных для D генома мягкой пшеницы, используются монокопийные ДНК-последовательности (нетранслируемый регион гена WaxyD, гены TaSUT1, CbpIII и Lr1). Однако, разработанная в результате система из множества праймеров достаточно трудоемка и сложна в использовании (Патент EP 1736543).Monocopy DNA sequences (untranslated region of the WaxyD gene, TaSUT1, CbpIII, and Lr1 genes) are used to more accurately detect DNA sequences specific for the D wheat genome. However, the resulting developed system of many primers is rather laborious and difficult to use (Patent EP 1736543).

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является способ определения примеси муки мягкой пшеницы в крупке (семолине) твердой пшеницы и в готовой продукции макаронной промышленности, основанный на ПЦР детекции с использованием пары специфичных для D генома мягкой пшеницы олигонуклеотидных праймеров, гомологичных области внешнего транскрибируемого спейсера высокоповторяющихся генов рибосомных РНК локуса NorD3. По факту обнаружения в продуктах ПЦР соответствующей ДНК-последовательности размером 791 п.н. судят о загрязненности ("фальсифицированности") крупки твердой пшеницы мукой из мягкой пшеницы. Недостатком данного метода является возможность получения ложноотрицательного результата, так как отсутствие продуктов реакции может указывать не только на отсутствие D-генома (мягкой пшеницы) в исследуемом образце, но и быть следствием некачественно проведенной ПЦР, что связано с необходимостью проводить отдельно контрольные реакции (патент RU 2249046).The closest analogue (prototype) of the invention is a method for determining the impurity of soft wheat flour in semolina (durum) of durum wheat and in the finished product of the pasta industry, based on PCR detection using a pair of oligonucleotide primers specific for the D genome of soft wheat, homologous to the region of the outer highly transcribed spacer of highly repeating genes of ribosomal RNA of the NorD3 locus. Upon detection of the corresponding DNA sequence of 791 bp in PCR products judge the contamination ("falsification") of durum wheat grains with soft wheat flour. The disadvantage of this method is the possibility of obtaining a false negative result, since the absence of reaction products can indicate not only the absence of the D genome (soft wheat) in the test sample, but also be a consequence of poor-quality PCR, which is associated with the need to conduct separate control reactions (RU patent 2249046).

В предлагаемом нами методе исключена возможность подобной ошибки, так как разработанная тест-система на основе последовательности монокопийного гена Lr34 уже несет в себе внутренний контроль, и на элекрофорезе будет визуализирован фрагмент ДНК 1027 п.н. (в случае присутствия ДНК только твердой пшеницы), либо 622 п.н. (в случае присутствия ДНК только мягкой пшеницы), либо оба фрагмента (в случае присутствия ДНК обоих видов пшеницы). Отсутствие амплифицированных фрагментов говорит о неправильно проведенной реакции.In our proposed method, the possibility of a similar error is excluded, since the developed test system based on the sequence of the Lr34 monocopy gene already carries internal control, and a 1027 bp DNA fragment will be visualized on electrophoresis. (in the presence of DNA only durum wheat), or 622 bp (in the presence of DNA only of soft wheat), or both fragments (in the presence of DNA of both types of wheat). The absence of amplified fragments indicates an incorrect reaction.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей предлагаемого изобретения является создание биологического ДНК-маркера для обнаружения примесей геномной ДНК мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и в продуктах, получаемых на ее основе, а также способа, основанного на использовании маркера.The objective of the invention is the creation of a biological DNA marker for the detection of impurities of genomic DNA of soft wheat in durum wheat flour and in products derived from it, as well as a method based on the use of a marker.

Поставленная задача решается тем, что создан биологический ДНК-маркер для определения наличия примеси муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки, представляющий собой олигонуклеотидные праймеры - затравки полимеразной реакции - SEQ ID №1 5'-CCTCAAATGATCAATTATGTGCAAC-3' и SEQ ID №2 5'GTCAGTGTGGACACTTAGTTC -3'.The problem is solved by creating a biological DNA marker for determining the presence of impurities of soft wheat flour in durum wheat flour and products of its processing, which is oligonucleotide primers - primers of polymerase reaction - SEQ ID No. 1 5'-CCTCAAATGATCAATTATGTGCAAC-3 'and SEQ ID No. 2 5'GTCAGTGTGGACACTTAGTTC -3 '.

Также поставленная задача решается способом определения наличия примеси муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки путем проведения анализа методом ПЦР, включающим выделение ДНК, проведение амплификации с использованием биологического ДНК-маркера по п. 1, и в случае выявления в продуктах ДНК-амплификации исследуемых образцов фрагмента гена ортолога Lr34 длиной 622 п.н. делают вывод о наличии примеси муки мягкой пшеницы.Also, the problem is solved by the method of determining the presence of an impurity of soft wheat flour in durum wheat flour and its processed products by PCR analysis, including DNA extraction, amplification using a biological DNA marker according to claim 1, and if DNA is detected in the products, amplification of the studied samples of the fragment of the Lr34 ortholog gene 622 bp in length conclude that there is an admixture of soft wheat flour.

Технический результат заключается в повышении точности определения присутствия примесей муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки при снижении риска получения ложноотрицательного результата.The technical result consists in increasing the accuracy of determining the presence of impurities of soft wheat flour in durum wheat flour and its processed products while reducing the risk of obtaining a false negative result.

Оригинальный подбор олигонуклеотидных последовательностей для качественного определения наличия геномной ДНК мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и производимых из нее продуктах питания обеспечивает высокую специфичность предлагаемого маркера и достоверность получаемых результатов. Благодаря высокой чувствительности метод позволяет детектировать наличие не менее 0,1% примесей ДНК мягкой пшеницы в общей ДНК исследуемого материала.An original selection of oligonucleotide sequences for the qualitative determination of the presence of genomic DNA of soft wheat in durum wheat flour and food products produced from it ensures high specificity of the proposed marker and the reliability of the results obtained. Due to its high sensitivity, the method allows to detect the presence of at least 0.1% impurities of soft wheat DNA in the total DNA of the studied material.

Предлагаемый нами метод имеет явное преимущество перед имеющимися ранее изобретениями за счет сокращения времени проведении анализа и повышения точности диагностики.Our proposed method has a clear advantage over previous inventions by reducing analysis time and increasing the accuracy of diagnostics.

На дату подачи заявки на предлагаемое изобретение в патентной и научно-технической литературе по совокупности признаков не было обнаружено аналогичной, тождественной или эквивалентной заявляемой.On the filing date of the application for the proposed invention in the patent and scientific literature on the totality of signs was not found similar, identical or equivalent to the claimed.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показаны фрагменты ДНК, выявленные с помощью олигонуклеотидных последовательностей SEQ ID №1 и SEQ ID №2 из образцов ДНК сортов мягкой пшеницы Т.aestivum (1 - Родина, 2 - Чайнинг Спринг, 3 - Чернява, 4 - Марафон, 5 - Галина, 6 - Новосибирская 40, 7 - Памяти Федина, 8 - Заря, 9 - Омская озимая, 10 - Красота, 11 - Жатва Алтая, 12 - Княжна, 13 - Умка) и твердой пшеницы Т.durum (14 - Мироновская 808, 15 - Московская 39, 16 - Алтайская 60, 17 - Альбидум 28, 18 - Башкирская 24, 19 - Новосибирская 29, 20 - Полюшко, 21 - Прикумская 124, 22 - Краснокутка 10, 23 - Дончанка, 24 - Безенчукская степная). М - маркер молекулярных масс (отмечены фрагменты молекулярной массой 1000, 500 п.н.).In FIG. 1 shows the DNA fragments identified using the oligonucleotide sequences of SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 from DNA samples of T.aestivum soft wheat varieties (1 - Rodina, 2 - Chining Spring, 3 - Chernyava, 4 - Marathon, 5 - Galina, 6 - Novosibirsk 40, 7 - In memory of Fedin, 8 - Zarya, 9 - Omsk winter, 10 - Beauty, 11 - Harvest of Altai, 12 - Princess, 13 - Umka) and durum wheat T. durum (14 - Mironovskaya 808, 15 - Moskovskaya 39, 16 - Altai 60, 17 - Albidum 28, 18 - Bashkirskaya 24, 19 - Novosibirsk 29, 20 - Polyushko, 21 - Prikumskaya 124, 22 - Krasnokutka 10, 23 - Donchanka, 24 - Bezenchukskaya steppe). M - molecular weight marker (fragments with a molecular weight of 1000, 500 bp are marked).

На фиг. 2 представлены фрагменты ДНК, выявленные с помощью олигонуклеотидных последовательностей SEQ ID №1 и SEQ ID №2 из макаронных изделий различных производителей: 1. Ambra (Италия)*, 2. Dell Castello (Италия)*, 3. Barilla (Италия)*, 4. La molisana (Италия)*, 5. Лапша Удон (Китай)**, 6. Смак экстра (Россия, группы В)***, 7. Знатные (Россия, группа А)*, 8. Доширак (Россия, группа А)*, 9. Глобус (Россия, группа А)*. М - маркер молекулярных масс (отмечены фрагменты молекулярной массой 1000 и 500 п.н.)In FIG. 2 shows DNA fragments identified using oligonucleotide sequences of SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 from pasta from various manufacturers: 1. Ambra (Italy) *, 2. Dell Castello (Italy) *, 3. Barilla (Italy) *, 4. La molisana (Italy) *, 5. Udon noodles (China) **, 6. Relish extra (Russia, group B) ***, 7. Noble (Russia, group A) *, 8. Doshirak (Russia, group A) *, 9. Globus (Russia, group A) *. M - molecular weight marker (fragments with a molecular weight of 1000 and 500 bp are marked)

* - на маркировке обозначено «мука из твердой пшеницы высшего сорта»* - on the labeling is marked “premium durum wheat flour”

** - на маркировке обозначено «мука из мягкой пшеницы высшего сорта»** - on the labeling is indicated “premium wheat flour”

*** - на маркировке обозначено «мука пшеничная хлебопекарная, мука из твердой пшеницы второго сорта»*** - on the labeling is marked “baking wheat flour, durum wheat flour of the second grade”

На фиг. 3 представлены фрагменты ДНК, выявленные с помощью олигонуклеотидных последовательностей SEQ ID №1 и SEQ ID №2 из образцов с различным содержанием примесей муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы. М - маркер молекулярных масс (отмечены фрагменты молекулярной массой 1000 и 500 п.н.).In FIG. 3 shows the DNA fragments identified using the oligonucleotide sequences of SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 from samples with different impurities of soft wheat flour in durum wheat flour. M - molecular weight marker (fragments with a molecular weight of 1000 and 500 bp are marked).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

С целью обнаружения примесей мягкой пшеницы в объекте исследования проводится экстракция ДНК из тестируемых продуктов (мука, макаронные изделия, крупы и пр.).In order to detect impurities of soft wheat in the research object, DNA is extracted from the tested products (flour, pasta, cereals, etc.).

1. Экстракция ДНК из тестируемого объекта.1. Extraction of DNA from the test object.

Выделение ДНК из зерен мягкой и твердой пшеницы и продуктов переработки (мука, макаронные изделия, крупы и пр.)Isolation of DNA from soft and durum wheat grains and processed products (flour, pasta, cereals, etc.)

Объект исследованияObject of study

В качестве объектов исследования использовали измельченные зерна сортов твердой и мягкой пшеницы, а также продуктов переработки: мука, макаронные изделия, изготовленные различными производителями (Россия, Китай и Италия).As the objects of study used crushed grains of durum and soft wheat varieties, as well as processed products: flour, pasta made by various manufacturers (Russia, China and Italy).

Экстракция ДНКDNA extraction

ДНК выделяли согласно протоколу Булыгина и др., 2009. Образцы при необходимости измельчали в ступке. Небольшое количество образца (75-100 мг) суспендировали в 200 мкл буфера I (50 мМ трис-HCl pH 8.0; 5 мМ ЭДТА; 50 мкг/мл панкреатической РНКазы) с помощью гомогенизатора (Vortex, Германия) в течение 3-5 минут (до получения гомогенной суспензии), после чего к полученной суспензии добавляли 300 мкл лизирующего буфера II (0.2 М NaOH, 1% раствор додецилсульфата натрия, pH 12.0) и тщательно перемешивали путем пипетирования. Затем добавляли 300 мкл нейтрализующего буфера III (2.5 М раствор ацетата калия, pH 4.5) и повторно суспендировали в течение 20 сек. Смесь центрифугировали при 11000g в течение 3 мин. Супернатант подвергали дополнительной очистке с помощью набора реактивов Wizard DNA Preps (Promega, США) согласно рекомендациям производителя.DNA was isolated according to the protocol of Bulygin et al., 2009. Samples were ground in a mortar if necessary. A small amount of a sample (75-100 mg) was suspended in 200 μl of buffer I (50 mM Tris-HCl pH 8.0; 5 mM EDTA; 50 μg / ml pancreatic RNase) using a homogenizer (Vortex, Germany) for 3-5 minutes ( until a homogeneous suspension is obtained), after which 300 μl of lysis buffer II (0.2 M NaOH, 1% sodium dodecyl sulfate solution, pH 12.0) was added to the resulting suspension and thoroughly mixed by pipetting. Then, 300 μl of neutralizing buffer III (2.5 M potassium acetate solution, pH 4.5) was added and resuspended for 20 sec. The mixture was centrifuged at 11000g for 3 minutes. The supernatant was further purified using a Wizard DNA Preps reagent kit (Promega, USA) according to the manufacturer's recommendations.

2. Оценка качества и количества экстрагированной ДНК.2. Assessment of the quality and quantity of extracted DNA.

Оценку качества и количества экстрагированной ДНК проводили путем измерения оптической плотности раствора ДНК на спектрофотометре (Bio Photometer, Eppendorf или SmartSpec 3000, Bio-Rad, США, Qubit, Invitrogen) или при помощи аналитического электрофореза.The quality and quantity of extracted DNA was assessed by measuring the optical density of the DNA solution on a spectrophotometer (Bio Photometer, Eppendorf or SmartSpec 3000, Bio-Rad, USA, Qubit, Invitrogen) or by analytical electrophoresis.

3. Полимеразная цепная реакция (ПЦР).3. Polymerase chain reaction (PCR).

Выделенную ДНК использовали в качестве матрицы в реакции амплификации.Isolated DNA was used as a matrix in the amplification reaction.

Амплификацию ДНК проводили в реакционной смеси объемом 15 мкл, содержащей 10х буфер для соответствующей полимеразы, 0,16 мМ каждого dNTP, 1.2 мМ MgCl2, 0.6 мкМ биологического ДНК-маркера (в эквимолярном соотношении каждого из олигонуклеотидных праймеров), 0.3 ед DreamTaq полимеразы (Fermentas, Литва) и 100 нг геномной ДНК в ДНК-амплификаторе «Applied Biosystems 2700» (США) в режиме: денатурация - 30 с - 94°C; отжиг - 40 с - 59°C; синтез ДНК - 1 мин 20 с - 72°C (35 циклов) с предварительной денатурацией - 5 мин (94°C) и заключительной элонгацией PCR-фрагментов 10 мин - 72°C.DNA amplification was carried out in a 15 μl reaction mixture containing 10x buffer for the corresponding polymerase, 0.16 mM of each dNTP, 1.2 mM MgCl 2 , 0.6 μM biological DNA marker (in the equimolar ratio of each of the oligonucleotide primers), 0.3 units of DreamTaq polymerase ( Fermentas, Lithuania) and 100 ng of genomic DNA in the Applied Biosystems 2700 DNA Amplifier (USA) in the mode: denaturation - 30 s - 94 ° C; annealing - 40 s - 59 ° C; DNA synthesis - 1 min 20 s - 72 ° C (35 cycles) with preliminary denaturation - 5 min (94 ° C) and final elongation of PCR fragments 10 min - 72 ° C.

4. Электрофоретическое разделение и визуализация ПЦР-продуктов.4. Electrophoretic separation and visualization of PCR products.

Продукты амплификации анализировали путем проведения аналитического электрофореза в 1% агарозном геле, содержащем бромистый этидий в 1х ТВЕ буфере. В качестве маркеров молекулярного веса использовали Gene Ruler™ DNA Ladder Mix ("Fermentas", Литва). Разделение фрагментов в геле осуществлялось в течение 30-45 минут при 75-100V.Amplification products were analyzed by analytical electrophoresis on a 1% agarose gel containing ethidium bromide in 1x TBE buffer. Gene Ruler ™ DNA Ladder Mix (Fermentas, Lithuania) was used as molecular weight markers. The separation of fragments in the gel was carried out for 30-45 minutes at 75-100V.

Визуализацию проводили путем окрашивания гелей бромистым этидием согласно инструкции производителя, с последующим фотодокументированием.Visualization was carried out by staining the gels with ethidium bromide according to the manufacturer's instructions, followed by photo-documentation.

Размер амплифицируемых продуктов определяли с помощью маркера молекулярных масс GeneRuler™ DNA Ladder mix ("Fermentas", Литва).The size of amplified products was determined using a GeneRuler ™ DNA Ladder mix molecular weight marker (Fermentas, Lithuania).

Детекцию для каждого образца осуществляли в трехкратной повторности. В качестве отрицательного контроля использовали ddH2O.Detection for each sample was carried out in triplicate. As a negative control, ddH 2 O was used.

Пример. Способ идентификации примеси муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработкиExample. A method for the identification of impurities of soft wheat flour in durum wheat flour and its processed products

Из зерен 11 сортов твердой пшеницы Triticum durum и 13 сортов мягкой пшеницы Triticum aestivum, а также из 9 образцов макаронных изделий получали ДНК вышеописанным методом. В качестве отрицательного контроля использовали ДНК риса.From grains of 11 varieties of durum wheat Triticum durum and 13 varieties of common wheat Triticum aestivum, as well as from 9 samples of pasta, DNA was obtained by the above method. Rice DNA was used as a negative control.

В качестве отрицательного контроля может быть взята ДНК растений любого вида (например, овса, ржи, риса) или продуктов их переработки (мука, каши и пр.). Эти виды предположительно несут наиболее схожие гомологичные последовательности гена Lr 34. Таким образом, отсутствие амплификации фрагмента будет подтверждать высокую специфичность проводимой реакции амплификации.DNA of plants of any kind (for example, oats, rye, rice) or their processed products (flour, cereal, etc.) can be taken as a negative control. These species presumably carry the most similar homologous sequences of the Lr 34 gene. Thus, the absence of fragment amplification will confirm the high specificity of the amplification reaction.

ДНК, выделенную из каждого исследуемого образца, использовали в качестве матрицы для проведения полимеразной цепной реакции при описанных выше условиях с использованием биологического ДНК-маркера, представленного последовательностями SEQ ID №1 и SEQ ID №2.DNA isolated from each test sample was used as a template for the polymerase chain reaction under the conditions described above using a biological DNA marker represented by the sequences SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2.

Полученные продукты амплификации визуализировали путем электрофореза в геле. Размер полученных фрагментов при наличии в образце ДНК твердой пшеницы Triticum durum должен составлять 1027 п.н., при наличии ДНК мягкой пшеницы Triticum aestivum - 622 п.н. (фиг. 1).The resulting amplification products were visualized by gel electrophoresis. The size of the obtained fragments in the presence of Triticum durum durum wheat DNA in the sample should be 1027 bp, in the presence of Triticum aestivum common wheat DNA - 622 bp (Fig. 1).

В случае примесей ДНК муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки будут присутствовать два фрагмента (фиг. 2, 3). При определении чувствительности метода использовалась искусственная модельная система, в которой при проведении ПЦР реакции к ДНК твердой пшеницы добавлялась ДНК мягкой пшеницы в концентрациях 10%, 1%, 0.1%, 0.01%, 0.001% (фиг. 3).In the case of DNA impurities of soft wheat flour, two fragments will be present in durum wheat flour and products of its processing (Fig. 2, 3). When determining the sensitivity of the method, an artificial model system was used in which, during the PCR reaction, DNA of durum wheat was added to DNA of durum wheat at concentrations of 10%, 1%, 0.1%, 0.01%, 0.001% (Fig. 3).

При проведении анализа коммерческой продукции (фиг. 2) в ряде случаев выявлено несоответствие между указанным на упаковке составом и реальным присутствием примесей мягкой пшеницы в макаронных изделиях.When analyzing commercial products (Fig. 2), in some cases, a mismatch was found between the composition indicated on the package and the actual presence of soft wheat impurities in pasta.

Таким образом, использование биологического ДНК-маркера приводит к специфической амплификации фрагментов различной длины у образцов муки мягкой и твердой пшеницы, что позволяет однозначно определять наличие примеси муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки по присутствию ДНК-амплификации исследуемых образцов двух фрагментов (1027 и 622 п.н.).Thus, the use of a biological DNA marker leads to specific amplification of fragments of various lengths in samples of soft and durum flour, which allows us to unambiguously determine the presence of impurities of soft wheat flour in durum wheat and its processed products by the presence of DNA amplification of the studied samples of two fragments ( 1027 and 622 bp).

Claims (2)

1. Биологический ДНК-маркер для определения наличия примеси муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки, представляющий собой олигонуклеотидные праймеры - затравки полимеразной реакции - SEQ ID №1 5'-CCTCAAATGATCAATTATGTGCAAC-3' и SEQ ID №2 5'-GTCAGTGTGGACACTTAGTTC-3'.1. Biological DNA marker for determining the presence of impurities of soft wheat flour in durum wheat flour and products of its processing, which is oligonucleotide primers - polymerase reaction seeds - SEQ ID No. 1 5'-CCTCAAATGATCAATTATGTGCAAC-3 'and SEQ ID No. 2 5'- GTCAGTGTGGACACTTAGTTC-3 '. 2. Способ определения наличия примеси муки мягкой пшеницы в муке твердой пшеницы и продуктах ее переработки в исследуемых образцах, включающий выделение ДНК, проведение амплификации с использованием биологического ДНК-маркера по п. 1, и в случае выявления в продуктах ДНК-амплификации исследуемых образцов фрагмента гена ортолога Lr34 длиной 622 п.н. делают вывод о наличии примеси муки мягкой пшеницы.2. A method for determining the presence of an impurity of soft wheat flour in durum wheat flour and its processed products in the samples under study, including DNA extraction, amplification using a biological DNA marker according to claim 1, and in case of detection of a fragment fragment in the DNA amplification products the ortholog gene Lr34 with a length of 622 bp conclude that there is an admixture of soft wheat flour.
RU2015153290A 2015-12-14 2015-12-14 Biological dna marker for determining impurities of soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products RU2615449C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153290A RU2615449C1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Biological dna marker for determining impurities of soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153290A RU2615449C1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Biological dna marker for determining impurities of soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2615449C1 true RU2615449C1 (en) 2017-04-04

Family

ID=58505566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153290A RU2615449C1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Biological dna marker for determining impurities of soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615449C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998004737A1 (en) * 1996-07-25 1998-02-05 The Minister Of Agriculture Fisheries And Food In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Detection of d genome in wheat species
RU2249046C2 (en) * 2002-03-11 2005-03-27 Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН Method for assay of soft wheat flour impurity in grit (semoline) of durum wheat and in ready production of macaroni-making industry
EP1736543A1 (en) * 2004-04-09 2006-12-27 Nisshin Seifun Group Inc. Method of detecting and quantifying wheat endogenous dna sequence

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998004737A1 (en) * 1996-07-25 1998-02-05 The Minister Of Agriculture Fisheries And Food In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Detection of d genome in wheat species
RU2249046C2 (en) * 2002-03-11 2005-03-27 Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН Method for assay of soft wheat flour impurity in grit (semoline) of durum wheat and in ready production of macaroni-making industry
EP1736543A1 (en) * 2004-04-09 2006-12-27 Nisshin Seifun Group Inc. Method of detecting and quantifying wheat endogenous dna sequence

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ХАПИЛИНА О.Н. и др., Молекулярно-генетическая идентификация сортов мягкой пшеницы с использованием ретротранспозонов, Eurasian Journal of Applied Biotechnology, 2013. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2518146B1 (en) Method for detection and quantification of wheat endogenous gene
Tilley PCR amplification of wheat sequences from DNA extracted during milling and baking
KR20140135576A (en) Standard Plasmid for Detection of Genetically Modified Organism, Qualitative detection method using the same and Detection Kit comprising the same
KR101159866B1 (en) Method of detecting and quantifying wheat endogenous dna sequence
EP2518145B1 (en) Method for qualitative and quantitative detection of common wheat
US20120214161A1 (en) Method of detecting or quantitating endogenous wheat dna and method of determining contamination rate of genetically modified wheat in test sample
MaškoVá et al. Evidence for wheat, rye, and barley presence in gluten free foods by PCR method-comparison with ELISA method.
RU2615449C1 (en) Biological dna marker for determining impurities of soft wheat flour in flour durum wheat and its processing products
Zhang et al. Detection of Roundup Ready soy in highly processed products by triplex nested PCR
JP3903044B2 (en) Wheat inspection method
SanJuan-Badillo et al. Assessment of DNA extraction methods from various maize (Zea mays L.) tissues for environmental GMO monitoring in Mexico: Part I: detection by end-point PCR
JP4059851B2 (en) Food inspection method
Rai et al. Application of allele-specific (AS-PCR) marker for identification of high-molecular-weight glutenin subunits (HMW-GS) at the GluB-1 locus in bread wheat (Triticum aestivum L.)
JP2001238700A (en) Method for assay of existence ratio of heterogeneous individual
RU2539756C1 (en) Highly specific dna marker, used as endogenous reference control for detecting potato genomic dna in plant material and food products, including in gmo identification
JP4925941B2 (en) Wheat detection method using PCR method and primer pair and nucleic acid probe used therefor
KR20110126306A (en) A method for analyzing gmo using competitive pcr
WO2017163546A1 (en) Genetically-modified crop detection method
KR20230150062A (en) Real-time PCR primer sets for detection of genetically modified rice and uses thereof
Brožková et al. Detection of toxigenic Fusarium from foods by PCR

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190320

Effective date: 20190320