Diversität wertgebender Inhaltsstoffe bei Daucus carota L.

Karotten spielen weltweit für die menschliche Ernährung eine wesentliche Rolle. Sie sind deshalb Gegenstand vielfältiger Forschung. Die hier vorgelegte systematische Erfassung der wichtigsten wertgebenden Inhaltsstoffe in Kulturmöhren und Wildmöhren liefert daher einen Beitrag, den derzeitigen Stand der Forschung zusammenzufassen und eine Grundlage für neue Forschung, nicht zuletzt auf dem Gebiet der Züchtung, zu geben. Es wurden 100 Genotypen (Sorten) Kulturmöhren und 104 Genotypen Wildmöhren auf die Carotinoide α- und β-Carotin, Lycopin und Lutein sowie auf die Polyacetylene Falcarinol, Falcarindiol und Falcarindiol-3-Acetat untersucht und deren Konzentration pro 100 g Frischmasse (FM) bestimmt. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse wurde durch jeweils drei Wiederholungen der Bestimmung gesichert. Für die – wirtschaftlich sinnvolle - gleichzeitige Extraktion der Carotinoide und Polyacetylene aus den Karotten wurde ein neues Verfahren entwickelt. Durch beschleunigte Lösungsmittelextraktion (ASE) aus gefriergetrocknetem Karottenpulver wurden in einer ersten und einzigen Extraktion etwa 60 % bis 70 % der gesuchten Inhaltsstoffe aus der Probe gelöst. Damit ist das neu entwickelte Extraktionsverfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren der Extraktion von Carotinoiden und Polyacetylenen aus Karotten um ein Mehrfaches schneller und effizienter. In den untersuchten Wurzeln der Kulturmöhren wurden für α-Carotin Gehalte von 0,00 bis 3,66 mg/100 g FM, für β-Carotin von 0,28 bis 45,24 mg/100 g FM und für Lutein von 0,00 bis 2,93 mg/100 g FM gemessen. In den meist weißen Wurzeln der untersuchten Wildmöhren fanden sich für α-Carotin Gehalte von 0,00 bis 4,06 mg/100 g FM, für β-Carotin von 0,00 bis 69,96 mg/100 g FM, für Lycopin von 0,00 bis 0,54 mg/100 g FM und für Lutein von 0,00 bis 8,20 mg/100 g FM. Polyacetylene konnten in signifikanter Konzentration insbesondere in Wildmöhren gemessen werden. Die Konzentrationen lagen in Wildmöhren für Falcarinol bei Werten von 0,42 bis 107,30 mg/100 g FM, für Falcarindiol bei Werten von 1,09 bis 465,22 mg/100 g FM und für Falcarindiol-3-Acetat bei Werten von 0,32 bis 39,96 mg/100 g FM. In Kulturmöhren betrug die Bandbreite der Konzentrationen für Falcarinol 0,08 bis 28,11 mg/100 g FM, für Falcarindiol 0,82 bis 42,40 mg/100 g FM und für Falcarindiol-3-Acetat 0,16 bis 14,93 mg/100 g FM. Ein Zusammenhang zwischen hohen Polyacetylenkonzentrationen und hohen Zuckergehalten konnte in Kulturmöhren festgestellt werden. Dies lässt den Schluss zu, dass ein durch hohe Polyacetylenkonzentrationen bedingter Bittergeschmack in Kulturmöhren in der Regel durch einen hohen Grad an Süße maskiert wird. Die Gehalte an Carotinoiden und Polyacetylenen sind in Kulturmöhren im Wesentlichen sortenspezifisch und kaum von äußeren Bedingungen abhängig. Diese Schlussfolgerung ergibt sich aus der großen Variationsbreite der Gehalte an Carotinoiden und Polyacetylenen der unter gleichen äußeren Bedingungen kultivierten 100 Sorten Kulturmöhren. Bestätigt wird die Aussage durch den Vergleich mit den Ergebnissen der gleichzeitigen Feldversuche an 10 Kulturmöhrensorten an den zwei Standorten Krakow (Polen) und Quedlinburg (Deutschland) über zwei Jahre. Von entscheidendem Gewicht ist danach der spezifische genetische Einfluss des jeweiligen Genotyps auf die Bildung nicht-flüchtiger Inhaltsstoffe. Auch die unterschiedlichen Reaktionen der verschiedenen Genotypen auf die konkreten Standortbedingungen sind maßgeblich genetisch determiniert. Die gleichzeitige Untersuchung von Blattmaterial und Wurzeln der 100 untersuchten Kulturmöhrensorten bestätigt die Vermutung, dass die Synthese der untersuchten Carotinoide und Polyacetylene in den Blättern und Wurzeln der Pflanzen auf unterschiedlichen Wegen erfolgt. Eine Korrelation zwischen den flüchtigen Inhaltsstoffen des Blattwerks der untersuchten Kulturmöhren und den untersuchten nicht-flüchtigen Inhaltsstoffen der Wurzeln besteht nicht. Ein Schnelltest des Blattwerks für Vorernteuntersuchungen von Karottenwurzeln kann daher nicht entwickelt werden. Ontogeneseversuche an je zwei Genotypen Wild- und Kulturmöhren bestätigten den maßgeblichen Einfluss der genetischen Disposition auf Zeitpunkt und Ausmaß der Bildung von Carotinoiden und Polyacetylenen. Bei Kulturmöhren zeigte Kältestress demgegenüber keine signifikanten Auswirkungen auf den Gehalt der untersuchten Carotinoide und Polyacetylene.Carrots play an important role in the human nutrition all over the world. Therefore, they have been in the focus of a varied research for a long time. The data which are presented in this study provide a comprehensive overview of the present research on carrots, new aspects of the genetic diversity of carrots and a good basis for further research projects on carrots. The content of the non-volatile compounds in carrot including carotenoids, polyacetylenes and sugars were screened in 100 genotypes of cultivated carrots and 104 genotypes of wild carrots. Carotenoids included α- and β-carotene as well as lutein and lycopene. As key compounds of the polyacetylenegroup falcarinol (FaOH), falcarindiol (FaDOH) and falcarindiol-3-acetate (FaDOH-3-acetate) were detected. All contents were calculated in milligram per 100 gram fresh weight (fw). For a better reproducibility and subsequent statistical computations of the datasets each genotype was cultivated three times and analysed twice by HPLC. For simultaneous extraction of the non-volatile carotenoids and polyacetylenes a new accelerated extraction method was developed. Using accelerated solvent extraction (ASE), 60 % to 70 % of carotenoids and polyacetylenes could be simultaneously extracted from lyophilised carrot powder during the first extraction. For this reason this newly developed extraction process linked with a fast HPLC-DAD and HPLC-MS analysis is faster and more efficient than the established methods. In the cultivated carrot genotypes α-carotene contents between 0.00 a 3.66 mg/100 g fw, β-carotene contents between 0.28 and 45.24 mg/100 g fw and lutein contents between 0.00 and 2.93 mg/100 g fw could be detected. The carotenoid contents of the mostly white coloured wild carrot genotypes vary for α-carotene between 0.00 and 4.06 mg/100 g fw, for β-carotene between 0.00 and 69.96 mg/100 g fw, for lutein between 0.00 and 8.20 mg/100 g fw and for lycopene between 0.00 and 0.54 mg/100 g fw. Significant polyacetylene contents were detected not only in wild carrot genotypes but also in the cultivated carrots. The polyacetylene contents in wild carrot genotypes for FaOH spread from 0.42 to 107.30, for FaDOH from 1.09 to 465.22 and for FaDOH-3-acetate from 0.32 to 39.96. In cultivated carrots the FaOH contents varied between 0.08 and 28.11 while the contents for FaDOH varied between 0.82 and 42.40 and for FaDOH-3-acetate between 0.16 and 14.93. A positive correlation between polyacetylenes and sucrose contents in cultivated carrots could be detected. This effect leads to the conclusion that the bitter taste in cultivated carrots is mostly masked by high sugar contents and the sweet taste. The carotenoid and polyacetylene contents in cultivated carrots are mostly influenced by the genetic background of the plant; environmental factors have only minor influence. This conclusion based on the wide-spread carotenoid and polyacetylene contents detected in 100 genotypes of cultivated carrots which were cultivated under uniform conditions. These results correspond to those from a biennial field trial conducted in Quedlinburg (Germany) and Krakow (Poland) in which 10 genotypes of cultivated carrots were analysed for their nonvolatile compounds. In this study it was found that the genetic background has the main influence on the contents of the non-volatile compounds in the carrots in contrast to the influence of the growing place. A simultaneous detection of the non-volatile compounds in the carrot leaves and roots leads to the conclusion that there are separate biosynthesis pathways for carotenoids and polyacetylenes in carrot roots and leaves. An analysis of the volatile and non-volatile compounds in the roots of 100 cultivated carrot genotypes showed that there is no correlation between volatile and non-volatile compounds in the carrot root. Therefore, a rapid test for early selection of carrot roots is not possible. Ontogenesis studies realised on two cultivated and two wild carrot genotypes confirmed the thesis that the content of carotenoids and polyacetylenes is mainly genetically controlled. An influence of cold stress on the contents of non-volatile compounds in cultivated carrots has not been found

Diversity of value-determining compounds in Daucus carota L.

Es wurden 100 Genotypen (Sorten) Kulturmöhren und 104 Genotypen Wildmöhren auf die Carotinoide alpha- und beta-Carotin, Lycopin und Lutein sowie auf die Polyacetylene Falcarinol, Falcarindiol und Falcarindiol-3-Acetat untersucht. Für die – wirtschaftlich sinnvolle - gleichzeitige Extraktion der Carotinoide und Polyacetylene aus den Karotten wurde ein neues Verfahren entwickelt. Durch beschleunigte Lösungsmittelextraktion (ASE) aus gefriergetrocknetem Karottenpulver wurden in einer ersten und einzigen Extraktion etwa 60 % bis 70 % der gesuchten Inhaltsstoffe aus der Probe gelöst. Damit ist das neu entwickelte Extraktionsverfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren der Extraktion von Carotinoiden und Polyacetylenen aus Karotten um ein Mehrfaches schneller und effizienter. Polyacetylene konnten in signifikanter Konzentration nicht nur in Wildmöhren gemessen werden. Ein Zusammenhang zwischen hohen Polyacetylenkonzentrationen und hohen Zuckergehalten konnte in Kulturmöhren festgestellt werden. Die Gehalte an Carotinoiden und Polyacetylenen sind in Kulturmöhren im Wesentlichen sortenspezifisch und kaum von äußeren Bedingungen abhängig. Auch die unterschiedlichen Reaktionen der verschiedenen Genotypen auf die konkreten Standortbedingungen sind maßgeblich genetisch determiniert. Eine Korrelation zwischen den flüchtigen Inhaltsstoffen des Blattwerks der untersuchten Kulturmöhren und den untersuchten nicht-flüchtigen Inhaltsstoffen der Wurzeln besteht nicht. Ein Schnelltest des Blattwerks für Vorernteuntersuchungen von Karottenwurzeln kann daher nicht entwickelt werden. Ontogeneseversuche an je zwei Genotypen Wild- und Kulturmöhren bestätigten den maßgeblichen Einfluss der genetischen Disposition auf Zeitpunkt und Ausmaß der Bildung von Carotinoiden und Polyacetylenen. Bei Kulturmöhren zeigte Kältestress demgegenüber keine signifikanten Auswirkungen auf den Gehalt der untersuchten Carotinoide und Polyacetylene.The content of the non-volatile compounds in carrot including carotenoids, polyacetylenes and sugars were screened in 100 genotypes of cultivated carrots and 104 genotypes of wild carrots. Carotenoids included alpha- and beta-carotene as well as lutein and lycopene. As key compounds of the polyacetylenegroup falcarinol (FaOH), falcarindiol (FaDOH) and falcarindiol-3-acetate (FaDOH-3-acetate) were detected. For simultaneous extraction of the non-volatile carotenoids and polyacetylenes a new accelerated extraction method was developed. Using accelerated solvent extraction (ASE), 60 % to 70 % of carotenoids and polyacetylenes could be simultaneously extracted from lyophilised carrot powder during the first extraction. For this reason this newly developed extraction process linked with a fast HPLC-DAD and HPLC-MS analysis is faster and more efficient than the established methods. Significant polyacetylene contents were detected not only in wild carrot genotypes but also in the cultivated carrots. A positive correlation between polyacetylenes and sucrose contents in cultivated carrots could be detected. The carotenoid and polyacetylene contents in cultivated carrots are mostly influenced by the genetic background of the plant; environmental factors have only minor influence. In this study it was found that the genetic background has the main influence on the contents of the non-volatile compounds in the carrots in contrast to the influence of the growing place. An analysis of the volatile and non-volatile compounds in the roots of 100 cultivated carrot genotypes showed that there is no correlation between volatile and non-volatile compounds in the carrot root. Therefore, a rapid test for early selection of carrot roots is not possible. Ontogenesis studies confirmed the thesis that the content of carotenoids and polyacetylenes is mainly genetically controlled. An influence of cold stress on the contents of non-volatile compounds in cultivated carrots has not been found

Interaction of heat shock protein 70 with membranes depends on the lipid environment

Heat shock proteins (hsp) are well recognized for their protein folding activity. Additionally, hsp expression is enhanced during stress conditions to preserve cellular homeostasis. Hsp are also detected outside cells, released by an active mechanism independent of cell death. Extracellular hsp appear to act as signaling molecules as part of a systemic response to stress. Extracellular hsp do not contain a consensus signal for their secretion via the classical ER-Golgi compartment. Therefore, they are likely exported by an alternative mechanism requiring translocation across the plasma membrane. Since Hsp70, the major inducible hsp, has been detected on surface of stressed cells, we propose that membrane interaction is the first step in the export process. The question that emerges is how does this charged cytosolic protein interact with lipid membranes? Prior studies have shown that Hsp70 formed ion conductance pathways within artificial lipid bilayers. These early observations have been extended herewith using a liposome insertion assay. We showed that Hsp70 selectively interacted with negatively charged phospholipids, particularly phosphatidyl serine (PS), within liposomes, which was followed by insertion into the lipid bilayer, forming high-molecular weight oligomers. Hsp70 displayed a preference for less fluid lipid environments and the region embedded into the lipid membrane was mapped toward the C-terminus end of the molecule. The results from our studies provide evidence of an unexpected ability of a large, charged protein to become inserted into a lipid membrane. This observation provides a new paradigm for the interaction of proteins with lipid environments. In addition, it may explain the export mechanism of an increasing number of proteins that lack the consensus secretory signals

Shared genetic origin of asthma, hay fever and eczema elucidates allergic disease biology

Asthma, hay fever (or allergic rhinitis) and eczema (or atopic dermatitis) often coexist in the same individuals, partly because of a shared genetic origin. To identify shared risk variants, we performed a genome-wide association study (GWAS; n = 360,838) of a broad allergic disease phenotype that considers the presence of any one of these three diseases. We identified 136 independent risk variants (P < 3 × 10 â8), including 73 not previously reported, which implicate 132 nearby genes in allergic disease pathophysiology. Disease-specific effects were detected for only six variants, confirming that most represent shared risk factors. Tissue-specific heritability and biological process enrichment analyses suggest that shared risk variants influence lymphocyte-mediated immunity. Six target genes provide an opportunity for drug repositioning, while for 36 genes CpG methylation was found to influence transcription independently of genetic effects. Asthma, hay fever and eczema partly coexist because they share many genetic risk variants that dysregulate the expression of immune-related genes