J. Creighton Miller

Determination of phenolic content, composition and their contribution to antioxidant activity in specialty potato selections

In order to identify elite parental lines for use in breeding programs emphasizing human health benefits, specialty (colored) potato selections from the Texas Potato Variety Development Program were analyzed for antioxidant activity (AA) using 2,2-diphenyl-l-picrylhy-drazyl (DPPH) and 2,2-azinobis (3-ethyl-benzothiazo-line-6-sulfonic acid) (ABTS) radical assays, total phenolic content (TP) using Folin-Ciocalteu reagent (FCR), and phenolic composition using high performance liquid chromatography (HPLC). Total AA ranged from 157 μg trolox equivalents (TE)/gfw to 832 μg TE/gfw and 810 μg TE/gfw to 1622 μg TE/gfw using the DPPH and ABTS assays, respectively. TP ranged from 221 μg chlorogenic acid equivalents (CGAE)/gfw to 1252 μg CGAE/gfw. Selection COH2F2-2P/P had the highest AA and TP. Purple flesh selections had the highest AA and TP, followed by red flesh and yellow flesh selections. Selections with similar flesh color did not differ significantly in AA and TP. A significant positive correlation was observed between AA and TP. Chlorogenic acid, gallic acid, catechin, caffeic acid, and malvidin-3-(p-coumaryl rutinoside)-5-galactoside were the major polyphenols identified. Chlorogenic acid accounted for 50 to 70% of TP, followed by catechin, gallic acid and caffeic acid. Contribution of individual phenolics in specialty potatoes to AA was calculated using pure standards. Chlorogenic acid contributed 28 to 45% to AA, followed by gallic acid, catechin and caffeic acid.ResumenCon el fin de identificar líneas selectas de progenitores para utilizarlas en programas de mejoramiento, poniendo énfasis en beneficios de la salud humana, se analizaron selecciones de papa de pulpa coloreada del Programa de Mejoramiento de Variedades de Papa de Texas para determinar la actividad antioxidante (AA), utilizando ensayos con el radical 2,2 difenil-1-picrilhidracida (DPPH) y 2,2 azinobis (3-etil-benzotiazolina-6-ácido sufünico) (ABTS), contenido total fenülico (TP) utilizando el reactivo Folin-Ciocalteu (FCR) y la compositiün fenülica utilizando la cromatografía líquida de alta resolutiün (HPLC). El total de AA variü de 157 μg equivalentes trolox (TE)/gfw a 832 μg TE/gfw y de 810 μg TE/gfw a 1622 pg TE/gfw utilizando las pruebas DPPH y ABTS respectivamente. El TP registrü de 221 μg equivalentes de ácido clorogénico (CGAE)/gfw a 1252 μg CGAE/gfw. La selectiün COH2F2-2P/P tuvo los más altos AA y TP. Las selecciones con pulpa morada tuvieron los más altos AA y TP seguidos de selecciones de pulpa roja y amarilla. Selecciones con color de pulpa similar no se diferenciaron significativamente en AA y TP. Una correlatiün positiva significativa se observü entre AA y TP. Los principales polifenoles identificados fueron ácido clorogénico, ácido gálico, catequina, ácido cafeico y malvidina-3-(p-cumaril rutinosida)-5-galactosida. El ácido clorogénico fue estimado en 50 a 70% de TP, seguido de catequina, ácido gálico y ácido cafeico. La contributiün de fenoles individuales a AA en papas especiales fue calculada utilizando estándares puros. El ácido clorogénico contribuyü de 28 a 45% a AA, seguido por ácido gálico, catequina y ácido cafeico.

15 Methods for Studying Vesicular-arbuscular Mycorrhizal Root Colonization and Related Root Physical Properties

Publisher Summary This chapter presents the methods for studying vesicular-arbuscular mycorrhizal root colonization and related root physical properties. Mycorrhiza is a common but special type of root, resulting from a mutualistic symbiotic association between a plant and a fungus. This association is so integrated that complete separation of the plant roots and fungus is virtually impossible; therefore, mycorrhizal fungi should be studied as a part of the plant root system. The primary purpose of studying root colonization in many vesicular arbuscular mycorrhizal experiments is to observe and confirm mycorrhiza formation and to quantify development of mycorrhiza within the root system. Other methods developed to assess formation of vesicular-arbuscular mycorrhiza include the determination of: fungal biomass measured by colorimetric assay of glucosamine produced from fungal chitin; production of yellow pigment in mycorrhizal onion roots by colorimetry; and length of extramatrical hyphae. The study of root colonization is also necessary to observe and describe the morphology of specific mycorrhizal structures formed within the root, which is not possible with other quantification methods. Root colonization is also measured to evaluate the responses to various treatments such as the effectiveness of different inocula or inoculation methods and the extent of host specificity in different host-fungus combinations.

The Bioactive Compounds α-Chaconine and Gallic Acid in Potato Extracts Decrease Survival and Induce Apoptosis in LNCaP and PC3 Prostate Cancer Cells

We recently reported that colored potato extracts and an anthocyanin rich fraction suppressed lymph-node carcinoma of the prostate (LNCaP) and prostate cancer-3 (PC-3) prostate cancer cell proliferation and induced apoptosis via caspase-dependent and caspase-independent pathways. Chlorogenic acid, caffeic acid, gallic acid, catechin, malvidin, and glycoalkaloids (α-chaconine and solanine) have now been identified as the major bioactive components of potato, and their effects on LNCaP and PC-3 cell proliferation and apoptosis have been investigated. α-chaconine (5 μg/ml) and gallic acid (15 μg/ml) exhibited potent antiproliferative properties and increased cyclin-dependent kinase inhibitor p27 levels in both cell lines. Both α-chaconine and gallic acid induced poly [adenosine diphosphate (ADP)] ribose polymerase cleavage and caspase-dependent apoptosis in LNCaP cells; however, caspase-independent apoptosis through nuclear translocation of endonuclease G was observed in both LNCaP and PC-3 cells. α-chaconine and gallic acid activated c-Jun N-terminal protein kinase (JNK), and this response played a major role in induction of caspase-dependent apoptosis in LNCaP cells; whereas modulation of JNK and mitogen-activated protein kinase did not affect α-chaconine- and gallic acid-induced caspase-independent apoptosis. These results suggest that apoptosis induced by whole potato extracts in prostate cancer cell lines may be in part due to α-chaconine and gallic acid.

Response of russet norkotah clonal selections to nitrogen fertilization

The low vine vigor and high N requirement of Russet Norkotah may lead to N loss and groundwater contamination on coarse-textured soils. Recent clonal selections from Texas have produced strains that have larger and stronger vines, which may alter N requirements. This twoyear study examined the N use efficiency (NUE), yield, and quality of Russet Norkotah strain selections fertilized with different N levels on a Hubbard loamy sand in central Minnesota. The selections, Texas Norkotah Strain (TXNS) 112, TXNS 223, and TXNS 278 were grown with standard Russet Norkotah under irrigated conditions and received total N levels of 28, 112, 224, or 336 kg ha-1. Total, marketable, and large (>340 g) tuber yields increased linearly (P>0.05) with rate of N application in 1998 but not in 1997. The genotype main effect was not significant for any of the tuber yield parameters measured based on fresh weight. Vine, tuber, and total dry biomass yields were 116%, 5.8%, and 13.2%, respectively, higher with the selections than Russet Norkotah. Harvest index (HI), or the proportion of total dry matter partitioned to tubers, was 7% greater for Russet Norkotah than the TXNS selections, reflecting the larger vine growth of the selections. The selections accumulated significantly higher N in the vines (0.113 kg kg-1 N) than the standard clone (0.053 kg kg-1 N) as N rate increased from 28 to 336 kg ha-1, and the difference between the selections and the standard clone was larger at higher N rates than at lower N rates. Russet Norkotah partitioned 10% more N to tubers than did the TXNS selections, reflecting the difference in HI between the standard cultivar and its clones. Nitrogen recovered from fertilizer N applied in addition to the 28 kg ha-1 starter N (NUE28) averaged 36% and varied little with genotype, N rate, or cropping year. Biomass accumulation from similar N additions (AUE), however, was significantly higher for the selections than Russet Norkotah at 112 kg N ha-1 in 1997 only. At low N rate (112 kg ha-1), the selections had higher physiological use efficiency (PUE28) (mean 45.9 g g1) than Russet Norkotah (25.9 g g1). Results from this study demonstrate that, although N recovery was similar for the four genotypes, the Texas Norkotah strains produced greater biomass than Russet Norkotah per kg N applied at low rate in 1997 and per kg of fertilizer N absorbed by the plant in both years. However, under the conditions of this study, higher biomass of the selections did not translate into a marketable yield advantage over the standard cultivar.ResumenEl poco vigor del follaje y los altos requerimientos de N de “Russet Norkotah” pueden conducir a una pérdida de N y a contaminación por agua subterránea en suelos de textura gruesa. Recientes selecciones clonales de Texas han producido razas con un follaje más numeroso y vigoroso, el cual puede alterar los requerimientos de N. Durante dos años de estudios se examinó la eficiencia en el uso de N (EUN), los rendimientos y la calidad de la selección de razas de Russet Norkotah fertilizadas con diferentes niveles de N en un suelo franco arenoso de Hubbard en Minnesota central. Las selecciones, Texas Norkotah Strain (TXNS) 112, TXNS 223, y TXNS 278, crecieron con Russet Norkotah estándar bajo condiciones de irrigación y recibieron niveles totales de N de 28, 112, 224 o 336 kg ha-1. Los rendimientos comerciales totales y el largo (>340 g) de los tubérculos se incrementó linealmente (P<0.05) con las tasas de N aplicadas en 1998 pero no con las de 1997. El efecto princpipal en el genotipo no fue significativo en ninguno de los parámetros de rendimiento del tubérculo medidos en base al peso en fresco. Los rendimientos totales de follaje, tubérculo y biomasa seca fueron 116%, 5.8% y 13.2% respectivamente, más altos que las selecciones de Russet Norkotah. El índice de cosecha (IC), o la proporción de cantidad total de materia seca dividida entre los tubérculos fue 7% mayor para Russet Norkotah que para las selecciones TXNS, reflejando el mayor crecimiento de follaje de las selecciones. Las selecciones acumularon N en cantidad significativamente mayor en los follajes (0.113 kg kg-1 N) que en el clon estándar (0.053 kg kg-1 N) a medida que la tasa de N fue incrementándose de 28 a 336 kg ha-1, y la diferencia entre las selecciones y el clon estándar fue más grande a tasas más altas de N que a bajas tasas de N. Russet Norkotah repartió 10% más N a los tubérculos que las selecciones TXNS, reflejando la diferencia en el IC entre el cultivar estándar y sus clones. El nitrógeno recuperado del fertilizante de N aplicado en adición a los 28 kg ha-1 iniciales de N (EUN28) promedió 36% y varió en pequeña cantidad con genotipo, tasa de N o año agrícola. La acumulación de biomasa de adiciones similares de N (EAN) fue, sin embargo, significativamente mayor en el caso de las selecciones que en Russet Norkotah a 112 kg N ha-1 solamente en 1997. A bajas tasas de N (112 kg ha-1), las selecciones presentaron mayor eficiencia fisiológica de uso (EFU28) (lo que significa 45.9 g g-1) que la Russet Norkotah (25.9 g g-1). Los resultados de este estudio demuestran que, aunque la recuperación de N fue similar en los 4 genotipos, la raza Texas Norkotah prodigo una mayor biomasa que Russet Norkotah por Kg N aplicado a bajas tasas en 1997 y por kg de fertilizante de N absorbido por la planta en ambos años. Sin embargo, bajo las condiciones de este estudio, una mayor biomasa de las selecciones no se tradujo en un rendimiento comercial más ventajoso sobre el cultivar estándar.

The Effects of Low-Dose Gamma Irradiation and Storage Time on Carotenoids, Antioxidant Activity, and Phenolics in the Potato Cultivar Atlantic

Potatoes are stored to ensure a continuous supply; however, losses due to shrinkage and sprouting can be large. It is believed that low-dose ionizing irradiation will become more prominent for sprout inhibition due to the increasingly higher operating costs of low-temperature storage and the possible phase-out of chemical sprout inhibitors. The effects of storage and gamma irradiation on carotenoid content, antioxidant activity (AOA), and phenolic content were analyzed for the potato cultivar Atlantic. Tubers were subjected to 0, 75, and 200 Gy gamma irradiation doses, stored at 20 C, and analyzed after 0, 10, 20, 75, and 110 days in storage. Total carotenoid content determined via spectrophotometry decreased, while lutein content increased with storage. AOA appeared to first decrease and then increase, possibly due to dehydration, concentration, and/or induced stress. Phenolic content increased more with storage than with gamma irradiation. However, levels of some phenolic compounds, such as quercetin dehydrate, decreased with storage. Irradiation dose exerted a limited influence on AOA and phenolic and carotenoid contents. Interaction between storage time and irradiation dose was significant for AOA and phenolic content, but not for carotenoid content. Overall, storage exerted a much greater influence on carotenoid content, AOA, and phenolic content than did low-dose gamma irradiation.ResumenLas papas son almacenadas para asegurar el abastecimiento continuado, pero las pérdidas por reducción y por brotamiento pueden ser grandes. Se cree que una dosis baja de irradiación ionizante sería més prominente en la inhibición del brotamiento debido a los cada vez mayores costos de operación para mantener baja la temperatura de almacenaje y la posible eliminación de inhibidores químicos. Se analizaron los efectos del almacenaje y la irradiación gamma del contenido carotenoide, actividad antioxidante (AOA) y del contenido fenólico en el cultivar Atlantic. Los tubérculos fueron sometidos a dosis de 0, 75 y 200 Gy de irradiación gamma, almacenados a 20 C y analizados a los 0, 10, 20, 75 y 110 días. Con el almacenaje, el contenido total de carotenoides, determinado por medio de espectrofotometría, disminuyó, mientras que aumentó el contenido de luteína. AOA parece disminuir inicialmente y luego incrementarse, debido posiblemente a la deshidratación, concentración y/o estrés inducido. El contenido fenólico aumentó más con el almacenaje que con la irradiación gamma, sin embargo, disminuyeron los niveles de algunos compuestos como el dehidrato de quersitina. La dosis de irradiación ejerció una influencia limitada sobre AOA y contenidos fenólicos y carotenoides. La interacción entre tiempo de almacenaje y dosis de irradiación fue significativa para AOA y contenido fenólico, pero no para contenido carotenoide. El almacenaje ejerció mayor influencia sobre el contenido carotenoide, AOA y contenido fenólico que las dosis bajas de irradiación gamma.

Selection, evaluation, and identification of improved Russet Norkotah strains

Strain (sub-clonal, line, or intraclonal) selection for certain characteristics within some potato varieties has been very successful e.g. improved skin type (Russet Burbank from Burbank), improved skin color (Red LaSoda from LaSoda; Red Norland and Dark Red Norland from Norland), and improved vine vigor and yield (Norgold Russet M from Norgold Russet). In 1989, strain selection with Russet Norkotah was initiated by the Texas Potato Variety Development Program. Some 192 giant hill and/or tall type plants were selected from seedsmen and/or commercial Russet Norkotah fields in Colorado, while 183 were selected from commercial fields in Texas. Replicated yield trials with the final 13 of the original strain selections and Russet Norkotah were conducted in 1992, 1993, and 1994 in both Colorado and Texas. A mixed model analysis of variance was performed followed by disjoint cluster analysis in order to group strains into high, medium, and low yielding classes or clusters. Canonical discriminant analysis was performed to confirm the three clusters and to determine the extent to which various yield attributes are related and can be used to separate the three clusters. Several strains including TXNS (Texas Norkotah Strain) 112, TXNS 134, and TXNS 278 were identified as superior in Colorado, while TXNS 223, TXNS 249, and TXNS 296 were similarly identified for Texas growing conditions. These strains usually outyielded Russet Norkotah by 20–30%.

Discriminating Russet Norkotah intraclonal selections using canonical and cluster analysis

Intraclonal selection has been used to develop improved versions of existing popular potato cultivars. The approach is usually undertaken to overcome trait deficiencies that limit production/acceptance of the cultivar. Because of close genetic relationships, discriminating between strains and the original cultivar is more difficult than discriminating between conventionally derived hybrid cultivars. The objective of this investigation was to determine the genetic relationship between several Russet Norkotah intraclonal selections (strains) using statistical analysis. Russet Norkotah and seven Russet Norkotah strains (TXNS102, TXNS112, TXNS223, TXNS278, TXNS296, CORN3 and CORN8) were grown in 2000 and 2001 in New Brunswick, Canada, and several plant and tuber traits were measured. Hierarchical cluster analysis and canonical discriminant analysis demonstrated that the Russet Norkotah strains differ in a significant manner from the original cultivar and are therefore distinct and unique cultivars.ResumenPara desarrollar versiones mejoradas de los cultivares populares existentes se ha utilizado la selección intraclonal. Este enfoque se adopta habitualmente para superar las diferencias que limitan la producción/ aceptación del cultivar. Debido a las relaciones genéticas estrechas, las diferencias entre los strains y el cultivar original son más difíciles de distinguir que las diferencias entre los cultivares híbridos derivados convencionalmente. El objetivo de esta investigación fue el de determinar la relación genética entre varias selecciones intraclonales (strains) de Russet Norkotah utilizando análisis estadísticos. Russet Norkotah y siete strains del mismo cultivar (TXNS102, TXNS112, TXNS223, TXNS278, TXNS296, CORN3 y CORN8) se cultivaron el 2000 y 2001 en New Brunswick, Canadá y se evaluaron varios caracteres de la planta y del tubérculo. Los análisis Jerárquico Cluster y el Discriminante Canónico demostraron que los strains de Russet Norkotah fueron significativamente diferentes del cultivar original y por lo tanto son cultivares diferentes y únicos.

Norgold Russet and Norgold Russet strain M — additional evidence for genetic dissimilarity

Potato improvement through strain selection has been under-exploited and sometimes discredited by plant breeders, even though successes, such as Russet Burbank, have been recognized. For years, seedsmen have rogued out “off-types” in order to maintain varietal purity. It is suggested that these off-types can sometimes offer an opportunity for developing improved strains or, depending on definition, improved varieties similar to the original variety, but possessing one or more unique characters which render it more acceptable or better adapted than the original variety. In Texas, Norgold Russet strain M, a selection out of Norgold Russet, is such an example. In this investigation, 2 genotypes, Norgold Russet and Norgold Russet strain M, were analyzed based on yield and plant attributes from 2 Texas sites over an 11-year period. Significant genotype x site, genotype x year, and genotype x site x year interactions were found, supporting the hypothesis that these 2 potato genotypes are phenotypically and presumably genetically dissimilar. Canonical discriminant analysis, using yield and plant attributes, confirmed these findings and provides additional evidence that varietal strains might deserve designation as unique varieties.CompendioEl mejoramiento genético de la papa mediante selectión de clones ha sido subestimado y algunas veces desacreditado por los fitomejoradores, a pesar de que algunas variedades han sido desarrolladas mediante éste método de selección, como es el caso de Russet Burbank. Por muchos años, los productores de semilla han ido eliminando plantas fuera de tipo como una manera de mantener la pureza varietal. Estas plantas fuera de tipo han sido usadas como base para el desarrollo de clones o variedades mejoradas similares a la variedad original, pero con una o más características includas que la hacen más aceptable o mejor adaptada que la variedad original. Un ejemplo es el clon Norgold Russet strain M, el cual ha sido seleccionado de la variedad Norgold Russet en Texas. En la présente investigación los genotipos Norgold Russet y Norgold Russet strain M, fueron evaluados en base a su rendimiento y caractersticas agronómicas en 2 localidades de Texas durante un periodo de 11 años. El análisis de los resultados indicó que las interacciones genotipo x localidad, genotipo x ano y genotipo x localidad x año fueron significativas, lo cual representa evidencia a favor de la hipótesis de que los 2 genotipos de papa son diferentes en fenotipo y genotipo. El análisis canónico discriminante del rendimiento y caractersticas agronómicas confirm’p estos resultados dando evidencia adicional de que los clones varietales pueden ser designados como variedades.

Norgold russet, superior and red la soda strains selected for potato cultivar improvement in Nebraska

Potato yield improvement in the United States has concentrated on cultural practices, disease eradication, and the development through breeding programs of new, disease-resistant, high yielding potato cultivars. Three strains of Norgold Russet—M, #35 and #19—have increased yields and vigor, and mature later than “regular” Norgold Russet. In trials conducted in Texas at Hereford (7 years), Olton (6 years) and Springlake (4 years), these strains have shown an average of 33, 29 and 20% increase in total yields, respectively. At Hermiston, Oregon (3 years), the mean total yield increases were 10, 17 and 12%, respectively. Strains M and #35 are more vigorous, and they mature 10 to 15 days later than Norgold Russet. Strain #19 is the most vigorous and upright of the strains; it matures 20 to 25 days later than regular Norgold Russet. Of all the Norgold Russet strains, strain M is the most popular. From Superior, a strain, New Superior, which matures 15 to 20 days later and is more vigorous, was selected. In Florida, New Superior’s yields averaged 26% greater than regular Superior but the specific gravity and chip color were not changed. Two strains of Red La Soda—#5 and #10—were selected for their earlier maturity. Strain #10 matures 7 to 10 days earlier than regular Red La Soda, and strain #5 matures 15 to 17 days earlier. However, these strains yield less. In Texas, at Olton (3 years) and Springlake (2 years), yields were reduced 23 and 34% for strains #10 and #5, respectivelyCompendioEl mejoramiento del rendimiento de la papa en los Estados Unidos se ha concentrado en prácticas culturales, erradicación de enfermedades y el desarrollo, por medio de programas de mejoramiento, de nuevos cultivares resistentes a enfermedades y de alto rendimiento. Tres variantes de Norgold Russet—M, #35 y #19—han incrementado rendimientos y vigor y maduran más tarde que Norgold Russet “normal.” En ensayos conducidos en Texas, siete años en Hereford, seis en Olton y cuatro en Springlake, estas variantes han mostrado un incremento promedio de 33, 29 y 20% en rendimientos totales, respectivamente. Tres años en Hermiston, Oregon, los incrementos totales promedio de rendimiento fueron 10, 17 y 12%, respectivamente. Las variantes M y #35 son más vigorosas y maduran 10 a 15 días más tarde que Norgold Russet. La variante #19 en las más vigorosa y confiable de las variantes; madura 20 a 25 días más tarde que Norgold Russet. De todas las variantes de Norgold Russet, la variante M es la más popular. De Superior, se seleccionó una variante, la New Superior, que madura 15 a 20 días más tarde y es más vigorosa. En Florida, los rendimientos de New Superior promediaron 26% más que Superior, pero la gravedad específica y el color de las papas fritas a la inglesa no cambiaron. Dos variantes de Red La Soda—#5 y #10—fueron seleccionadas por su madurez más temprana. La variante #10 madura siete a diez días más temprano que la Red La Soda “normal” y la variante #5 madura 15 a 17 días antes que la misma. Sin embargo, estas variantes rinden menos. En Texas, tres años en Olton, y dos en Springlake, los rendimientos se redujeron en 23 y 34%, para las variantes #10 y #5, respectivamente

AmaRosa, a Red Skinned, Red Fleshed Fingerling with High Phytonutrient Value

The diversity of traits in varieties of potato outside of its South American birthplace is a small subset of that available in the Andean center of origin. Among the traits that evoke most interest are skin and flesh pigments. Recent studies have pointed to the high antioxidant activity and potential healthful benefits from these pigments or other antioxidant compounds. The market for potatoes with unusual color patterns has been supplied largely by heirloom varieties of uncertain origin and the highly successful Yukon Gold. Interest has intensified and been transformed into a focused effort in the breeding of specialty varieties, remarkable for their unusual colors. The purpose of this paper is to describe a new potato variety in the Fingerling Class with red skin and red flesh.ResumenLa diversidad de caracteres en variedades de papa fuera de su lugar de origen en Sudamérica, es un pequeño subgrupo del que esta disponible en su centro de origen andino. Entre los caracteres que atraen más interés son los pigmentos de la piel y de la pulpa. Estudios recientes han enfatizado a la alta actividad antioxidante y a los potenciales beneficios para la salud de estos pigmentos u otros compuestos antioxidantes. El mercado de papas con patrones de color inusuales se ha surtido grandemente por variedades antiguas de origen incierto y por la altamente exitosa Yukon Gold. Se ha intensificado el interés y se ha transformado a un esfuerzo enfocado en el mejoramiento de variedades de especialidad, que sobresalen por sus colores poco comunes. El propósito de este artículo es describir una nueva variedad de papa en la clase de variedaes tipo dedo con piel y pulpa rojas.