Application of PCR to Detect Varietal Purity in Barley Malt

Abstract

The North American Barley Genome Mapping Project (NABGMP) generated several hundred molecular markers for mapping. Most of the NABGMP clones have been sequenced and sequence-tagged-site (STS) specific primers developed for polymerase chain reaction (PCR)-based analysis. We used the STS-PCR approach to identify amplified DNA fragments that differ in structure among genotypes. These primers, with the use of endonucleases, permit rapid analysis of DNA from young leaf tissue, harvested grain, or malted barley. Molecular markers were identified that differentiated cultivars within and between the two-row and six-row malting and feed barley germ plasm. We modified current DNA isolation protocols to have practical application in industry. Bulk DNA extractions were used to detect if an allotment of malt was contaminated with an offtype cultivar. The limit of resolution was as low as 1% for some cultivars using specific primer sets. Single malt-kernel extractions were used to quantify the mixture. These DNA isolation protocols and PCR-based techniques are rapid, relatively inexpensive, and more accurate and informative than grain morphology. The use of molecular techniques and DNA typing can be used to certify varietal purity and help ensure that finished malt, based on varietal performance, meets customer expectations.

Resumen

El Proyecto Norteamericano de Trazado del Mapa del Genoma de la Cebada (NABGMP) generó varios cientos de marcadores moleculares para el trazado de dicho mapa. Muchos de los clones procedentes del NABGMP se han secuenciado y se han desarrollado cebadores específicos correspondientes a lugares del genoma con secuencias identificadas (STS) para su análisis mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Hemos utilizado el procedimiento STS-PCR para identificar fragmentos de ADN que una vez amplificados presentan diferencias estructurales entre los diversos genotipos. Estos cebadores, junto con el uso de endonucleasas de restricción, permiten un rápido análisis del ADN procedente del tejido de hojas jóvenes, del grano cosechado o de la cebada malteada. Se han identificado marcadores moleculares capaces de diferenciar entre cebadas de forraje, de dos y de seis carreras, así como entre las diversas variedades de cada grupo. Hemos modificado protocolos actuales de purificación de ADN para que se puedan aplicar en la práctica industrial. Hemos utilizado extracciones de ADN sobre el conjunto total de un lote de malta para detectar si está mezclada con una variedad distinta. El límite de diferenciación alcanzado fue tan bajo como del 1 % para algunas variedades cuando se utilizaba un determinado conjunto de cebadores. Se utilizaron extracciones a partir de granos individuales de malta para un análisis cuantitativo de la mezcla. Estos protocolos de purificación de ADN y de aplicación de la técnica de PCR son rápidos, relativamente económicos y más exactos que la información que proporcionan los métodos basados en la morfología del grano. El uso de técnicas moleculares y de diferenciación de ADN puede aplicarse para evaluar la calidad cervecera de una malta de acuerdo con los rendimientos de la variedad y pueden ayudar a asegurar que la malta resultante cumple las expectativas del cliente.

• DNA typing
• Molecular markers
• Polymerase chain reaction
• Sequence-tagged site
• Varietal identification
• Varietal purity

Palabras Clave:

• Diferenciación de ADN
• Marcadores moleculares
• Reacción de la polimerasa en cadena
• Lugares del genoma con secuencias identificadas
• Identificación varietal
• Pureza varietal