Farina di grano saraceno

Risorse genomiche

Una quantità significativa di ricerche è stata condotta sulle funzionalità e le proprietà delle proteine del grano saraceno, flavonoidi, flavoni, fitosteroli, proteine leganti la tiamina e altri composti rari (Li e Zhang, 2001; Tomotake et al., 2002; Kreft et al., 2006; Zielinski et al., 2009). Tuttavia, la disponibilità di risorse genomiche come una buona mappa di collegamento, diverse classi di marcatori molecolari, librerie EST, librerie di DNA a grande inserimento, ecc. è limitata. Ci sono relazioni frammentarie sulla comprensione della relazione tra le specie utilizzando marcatori molecolari come la reazione a catena dei polimeri (PCR) – DNA fingerprinting, che è stato utilizzato per dimostrare le relazioni tra le specie nel Fagopyrum indiano. Dei 75 primer 10-mer casuali testati su 14 accessioni e due sottospecie di Fagopyrum, solo 19 hanno generato bande riproducibili (Sharma e Jana, 2002a). Un totale di 364 bande è stato osservato con una media di 19.15 bande per primer, di cui il 99.45% era polimorfo, che ha aiutato a chiarire la relazione interspecie in Fagopyrum (Sharma e Jana, 2002b). Abbiamo anche caratterizzato 51 accessioni di F. esculentum (29), F. tataricum (20), e F. cymosum (2) usando DNA polimorfico amplificato a caso (RAPD) (Sethilkumarn et al., 2007). I dati della popolazione in base alla specie hanno indicato che F. tataricum era relativamente più polimorfo delle accessioni di F. esculentum. L’eterozigosi prevista era maggiore per F. esculentum a causa della sua natura di outcrossing. Il valore stimato dell’indice di fissazione (FST) ha indicato una bassa differenziazione tra le popolazioni di una specie a livello di zona. La struttura della popolazione in base alla specie ha indicato più diversità tra le specie che tra le zone. La differenziazione tra le specie è forte come indicato dal valore FST calcolato che cade sopra il limite superiore del 95%. L’analisi RAPD ha anche rivelato che F. cymosum era relativamente più vicino a F. esculentum rispetto a F. tataricum. Una mappa genetica per F. esculentum e F. homotropicum sulla base di 223 e 211 marcatori AFLP, rispettivamente, è stata sviluppata (Yasui et al., 2004). La mappa di F. homotropicum ha otto gruppi di collegamento con 211 marcatori AFLP che coprono 548,9 cM. I marcatori microsatelliti sono stati sviluppati nel grano saraceno comune sequenziando 2785 cloni dalle librerie ed è stato dimostrato che 1483 cloni contenevano microsatelliti che erano arricchiti per ripetizioni (CT)n e (GT)n. Sono state progettate coppie di primer per 237 loci microsatelliti, di cui 180 coppie di primer sono state amplificate. Di queste, 44 coppie di primer sono state valutate per la loro capacità di rilevare variazioni nelle popolazioni comuni di grano saraceno e utilizzate in sette specie di Fagopyrum correlate, compreso F. tataricum (Konishi et al., 2006). Una libreria di cromosomi artificiali batterici (BAC) è stata costruita da una specie selvatica di grano saraceno, F. homotropicum (Nagano et al., 2001). L’applicabilità di 17 primer EST sviluppati dal grano saraceno comune è stata testata in altre specie selvatiche e coltivate di Fagopyrum (Joshi et al., 2006). I prodotti di amplificazione erano diversi per intensità di banda. I risultati hanno indicato che la trasferibilità dei marcatori EST sviluppati per il grano saraceno comune è diminuita con un aumento della distanza genetica tra le specie.

Le SSR sono state identificate negli EST utilizzando PGG Bioinformatics at (http://hornbill.cspp.latrobe.edu.au/cgi-binpub/autosnip/index_autosnip.pl) e sono stati progettati primer per la loro amplificazione. Sono state progettate e sintetizzate coppie di primer per 141 SSR in base alla lunghezza di ripetizione, di cui 13 SSR sono stati amplificati con successo sui genotipi di F. tataricum, indicando una scarsa trasferibilità degli SSR. Cinquantaquattro SSR, che sono stati identificati da Konishi et al. (2006) in F. esculentum, sono stati testati anche su accessioni selezionate di F. tataricum, ma nessun polimorfismo è stato trovato sulle accessioni selezionate.

Abbiamo anche cercato di studiare la genomica comparativa dei geni coinvolti nella biosintesi della rutina. La via biosintetica della rutina è stata chiarita in varie specie di piante. Nove geni noti per essere coinvolti nella via di biosintesi della rutina sono: fenilalanina ammoniaca-liasi, cinnamato-4-idrossilasi (C4H), 4-cumaril CoA ligasi (4CL), chalcone sintasi (CHS), chalcone isomerasi, flavonolo sintasi, flavanone-3-idrossilasi (F3H), flavanone-3′-idrossilasi, e glucosil/rhamnosil transferasi. Di questi, due geni, CHS e glucosil transferasi, sono stati identificati in F. esculentum e F. tataricum, rispettivamente (Hrazdina et al., 1986; Suzuki et al., 2005b). Abbiamo usato la genomica comparativa per identificare e clonare i rimanenti geni di biosintesi della rutina nel grano saraceno tartaro. Poiché la maggior parte dei geni sono presenti in più copie nei genomi delle piante, abbiamo usato le informazioni del genoma di Arabidopsis per identificare la copia più significativa di ogni gene.

Le sequenze nucleotidiche e proteiche dei geni coinvolti nella biosintesi della rutina sono state recuperate da diverse specie di piante e gli allineamenti di sequenze multiple sono stati fatti per scoprire il grado di somiglianza della sequenza. Le coppie di primer sono state progettate da regioni conservate di sequenze di geni recuperati da piante dicot e poi testate su specie di Fagopyrum (grano saraceno comune, grano saraceno tartaro e riso-grano saraceno tartaro). Tutti i geni sono stati amplificati in Fagopyrum. Abbiamo ottenuto un’amplificazione a banda singola in CHS, 4CL, e glucosil/rhamnosil transferasi, mentre nel caso di F3H e C4H, sono state amplificate copie multiple di geni. I genotipi di F. tataricum che mostrano variazioni contrastanti per il contenuto di rutina vengono utilizzati per l’identificazione delle variazioni di sequenza del DNA nei geni coinvolti nella biosintesi della rutina. L’identificazione dei polimorfismi a singolo nucleotide nei genotipi ad alto e basso contenuto di rutina sarà di grande importanza nell’allevamento molecolare del grano saraceno per un alto contenuto di rutina. I genotipi ad alto contenuto di rutina sono anche utilizzati per identificare i geni regolatori che controllano la biosintesi della rutina attraverso l’analisi di visualizzazione differenziale. Stiamo anche costruendo una biblioteca BAC da un genotipo ad alto contenuto di rutina, facile da decorticare, con l’obiettivo finale di clonare i geni utili. La biblioteca BAC sarebbe molto utile per perseguire la genomica di F. tataricum.

Gupta et al. (2012) hanno studiato il profilo di trascrizione differenziale attraverso cDNA-AFLP nelle fasi di maturazione dei semi (dall’infiorescenza alla maturazione dei semi) con 32 combinazioni di primer generando un totale di 509 frammenti di trascrizione (TDF). Centosessantasette TDF sono stati poi eluiti, clonati e sequenziati da F. tataricum e F. esculentum. I TDF rappresentavano geni che controllano diversi processi biologici come il metabolismo di base e secondario (33%), la regolazione (18%), la trasduzione del segnale (14%), il trasporto (13%), l’organizzazione cellulare (10%), e la fotosintesi e l’energia (4%) e la maggior parte dei TDF tranne quelli appartenenti al metabolismo cellulare hanno mostrato un’abbondanza di trascrizione relativamente maggiore in F. tataricum rispetto a F. esculentum. Hanno concluso che oltre ai geni strutturali, anche altre classi di geni come regolatori, modificatori e trasportatori sono importanti nella biosintesi e nell’accumulo del contenuto di flavonoidi nelle piante. La tecnologia cDNA-AFLP è stata utilizzata con successo per catturare i geni che contribuiscono alle differenze nel contenuto di rutina nelle fasi di maturazione dei semi delle specie Fagopyrum. L’aumento dell’abbondanza di trascrizione dei TDF durante la transizione dai fiori alla maturazione dei semi suggerisce il loro coinvolgimento non solo nel più alto contenuto di rutina di F. tataricum rispetto a F. esculentum, ma anche nella superiorità nutrizionale del primo.

Abbiamo anche testato i marcatori STS gene-specifici contro 91 accessioni di grano saraceno per chiarire la diversità allelica a questi loci. Dei 27 loci STS esaminati, solo 18 hanno restituito amplificazioni saggiabili. I restanti nove primer hanno amplificato un allele nullo (meno probabile) o hanno avuto bisogno della selezione di una regione diversa all’interno del gene per un prodotto PCR rilevabile. BW16 ha amplificato solo un allele mentre BW10 ha amplificato ben cinque alleli. Tra gli altri, otto marcatori hanno amplificato due alleli, sei marcatori ne hanno amplificati tre e due marcatori hanno amplificato quattro alleli. In media questi primer STS hanno amplificato 2,7 bande per locus. Quattro dei marcatori STS, BW10 (Fe2SA1, proteina allergenica di 8 kD), BW12 (proteina di stoccaggio allergenica principale, FAGAG1), BW22 (proteina declinata durante lo sviluppo del seme), e BW27 (inibitore della proteinasi, BTIw1), hanno mostrato un sostanziale polimorfismo (PIC > 0.5) tra le 91 accessioni di grano saraceno. Tuttavia, nel complesso i marcatori hanno mostrato stime moderate del contenuto di informazione polimorfica (0,268), dell’eterozigosità osservata (0,259) e dell’eterozigosità attesa (0,318). Una possibile ragione per le stime moderate di polimorfismo potrebbe essere che i loci STS erano situati in geni responsabili di funzioni importanti e quindi le sequenze potrebbero essere relativamente conservate.

L’associazione del fenotipo del marcatore ha mostrato che su 24 tratti morfologici, 18 tratti non hanno mostrato assolutamente alcun legame con i profili del marcatore. Il peso della prova, i giorni alla maturità, la lunghezza delle foglie, il numero di rami primari, l’altezza della pianta e la forma del seme hanno mostrato vari gradi di associazione tra marcatore e tratto. I geni STS marker-hosting che mostravano associazione erano BW10 (proteina allergenica 8 kD), BW18 (proteinasi aspartica 9), BW13 (proteina legumin-like), BW17 (sintasi chalcone), BW22 (proteina declinata durante lo sviluppo del seme), BW09 (globulina 13S), BW25 (cysperoxiredoxin), e BW24 (sintasi fagopyritol 1). I risultati incoraggiano lo screening di più linee di germoplasma e l’impiego dei marcatori identificati come putativamente associati a tratti specifici in popolazioni di screen-mapping.

Usi del grano saraceno

Il grano saraceno è una coltura che possiede enormi benefici agronomici e nutrizionali. La farina di grano saraceno ha numerosi usi. È usata in miscele di pancake e in vari tipi di pane. È spesso mescolata con la farina di grano per l’uso nel pane, nei prodotti di pasta e in alcuni cereali da colazione (Robinson, 1980). La farina di grano saraceno, popolarmente conosciuta come kuttu ka atta, in India, viene mangiata nei giorni di brata o di digiuno, essendo uno degli alimenti leciti per tali occasioni. Occasionalmente, la farina viene trasformata in una pasta, con l’aggiunta di verdure e sale, e fatta in piccole palline, fritte e servite calde, localmente chiamate pakoras; altre preparazioni simili salate sono chiamate chillare e jalebi in India o sil e fulaura in Nepal, o, quando preparate con lo zucchero, puwa nell’Est e halwa nell’Ovest dell’Himalaya. Viene anche pestato e bollito come il riso e consumato come sostituto del riso. Il grano saraceno è abbastanza complementare alle farine di cereali, e può essere usato per migliorare la loro qualità nutrizionale, poiché è ricco di aminoacidi essenziali. Gli studi hanno dimostrato che fino al 60% di farina di grano saraceno mescolata alla farina di grano può produrre un pane accettabile (Pomeranz, 1983). Le semole di grano saraceno sono servite come parte delle razioni dei soldati e cucinate con burro, sego o olio di semi di canapa in Russia.

Di recente, il grano saraceno è stato introdotto anche come alimento nutraceutico. Un nutraceutico è definito come qualsiasi sostanza che è un alimento o parte di un alimento e fornisce benefici medici o di salute, compresa la prevenzione e il trattamento delle malattie (DeFelice, 1994). Il grano saraceno contiene la vitamina P, che contiene il flavonoide rutina. La rutina è nota per la sua efficacia nel ridurre il colesterolo nel sangue. Inoltre, il grano saraceno è un’efficace misura preventiva contro la pressione alta. La rutina è nota per mantenere i capillari e le arterie forti e flessibili. L’efficacia della rutina nel grano saraceno è rafforzata dall’aggiunta di vitamina C. È stato dimostrato che il consumo regolare di 30 g di grano saraceno abbassa la pressione sanguigna indipendentemente da altri fattori come l’età e il peso. In uno studio condotto in collaborazione con il Johns Hopkins Medical Institute, Jiang et al. (1995) hanno riportato che i soggetti che consumavano la maggior quantità di grano saraceno avevano la pressione sanguigna più bassa. I campi di grano saraceno in fiore possono servire come una preziosa fonte di nettare per le api. Il miele prodotto dal grano saraceno è tipicamente scuro e ha un sapore più forte del miele prodotto dal trifoglio, ed è preferito da alcuni consumatori.