Presentazione standard di PowerPoint - Salone della ricerca ...
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Il frumento è buono, ma...<br />
Il ruolo <strong>della</strong> <strong>ricerca</strong> per<br />
eliminare i "ma…"<br />
Stefania Masci
Frumento o grano sono termini generici.<br />
Ci sono tanti tipi <strong>di</strong> frumento o grano ….<br />
Frumento duro Frumento tenero<br />
Kamut<br />
Farro
Diversi usi del frumento duro
Diversi usi del frumento tenero
La molitura <strong>della</strong> cariosside (detta impropriamente “seme”)<br />
produce farina (frumento tenero) o semola (frumento duro)<br />
che, con l’aggiunta dell’acqua, formano l’impasto
L’attitu<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> un impasto a fare la pizza, o il pane o la<br />
pasta o tutti i prodotti da forno a base <strong>di</strong> frumento....
... <strong>di</strong>pendono dalla composizione <strong>della</strong> cariosside
Composizione <strong>della</strong> cariosside<br />
•Amido (circa 70%)<br />
•Proteine (10-20%)<br />
•Lipi<strong>di</strong> (circa 2%)<br />
Amido e proteine sono i fattori che<br />
maggiormente influenzano le<br />
caratteristiche nutrizionali e<br />
qualitative degli impasti e dei<br />
prodotti derivati
Il frumento è buono, ma...<br />
molto ricco in carboidrati .....
L’amido è costituito da due tipi <strong>di</strong><br />
• amilosio (20-25%)<br />
(molecola lineare)<br />
molecole<br />
• amilopectina (75-80%)<br />
(molecola ramificata)
La proporzione tra amilosio e<br />
amilopectina determina il<br />
cambiamento delle proprietà<br />
nutrizionali e tecnologiche dei<br />
prodotti finali
Amido a basso amilosio (e quin<strong>di</strong> alta<br />
amilopectina) è utile per:<br />
•Aumentare l’estensibilità degli spaghetti cinesi<br />
•Aumentare la durata dei prodotti da forno<br />
•e vari usi industriali....
L’amido ad alto amilosio (e quin<strong>di</strong> bassa<br />
amilopectina) viene chiamato anche “amido<br />
resistente”, in quanto “resiste” alla <strong>di</strong>gestione e si<br />
comporta pertanto come una fibra alimentare.<br />
Esso è utile per:<br />
•abbassare l’in<strong>di</strong>ce glicemico dei cibi<br />
•svolgere una salutare funzione prebiotica<br />
•oltre a vari usi industriali
Il ruolo <strong>della</strong> <strong>ricerca</strong> per<br />
eliminare i "ma…"
Il granulo <strong>di</strong> amido viene formato attraverso due vie<br />
biosintetiche:<br />
1. una che porta alla formazione <strong>di</strong> amilopectina<br />
2. un’altra che porta alla formazione <strong>di</strong> amilosio
Se vogliamo ottenere frumento con alto amilosio (o<br />
amido resistente).....<br />
...basta abbassare la produzione <strong>di</strong><br />
amilopectina
Ipotesi:<br />
Se interrompiamo la catena che porta alla formazione <strong>di</strong><br />
amilopectina, rendendo inattivo (silenziando) uno o più<br />
geni coinvolti nella sua sintesi, il risultato dovrebbe<br />
essere la sintesi <strong>di</strong> una maggiore quantità <strong>di</strong> amilosio<br />
ALTO AMILOSIO
I geni silenti possono essere riscontrati in<br />
natura, andando ad analizzare le “banche<br />
del germoplasma” e cercando per quelle<br />
mutazioni che avvengono naturalmente,<br />
sebbene con una bassa frequenza
Identificazione <strong>di</strong> geni silenti coinvolti<br />
nella sintesi <strong>di</strong> amilopectina<br />
SGP-A1 (7A)<br />
SGP-D1 (7D)<br />
SGP-B1 (7B)<br />
WT A1 - D1 - B1 -<br />
SGP-1 SSII<br />
SGP-2 SBE<br />
SGP-3 SSI<br />
Waxy
Oppure tali mutazioni possono<br />
essere indotte ad avvenire con<br />
maggiore frequenza, attraverso l’uso<br />
<strong>di</strong> agenti mutageni, che hanno effetto<br />
<strong>di</strong>retto solo sulle cariossi<strong>di</strong> <strong>della</strong><br />
prima generazione.<br />
La capacità “mutagenica” viene<br />
perduta imme<strong>di</strong>atamente perché non<br />
è ere<strong>di</strong>tabile
Nel nostro caso è stato utilizzato un<br />
agente mutageno chimico (EMS) che<br />
genera delle mutazioni puntiformi<br />
sul DNA.<br />
Qualcuna <strong>di</strong> queste mutazioni<br />
puntiformi può corrispondere a un<br />
segnale <strong>di</strong> STOP nei geni coinvolti<br />
nella sintesi <strong>di</strong> amilopectina
La mutagenesi chimica è un vecchio sistema<br />
<strong>di</strong> miglioramento genetico (è nato negli anni<br />
’50). L’uso <strong>di</strong> questa tecnologia era limitato<br />
dalla “lentezza” nella capacità <strong>di</strong> identificare<br />
le giuste mutazioni
Attualmente, la tecnologia TILLING permette la<br />
rapida identificazione <strong>di</strong> tali mutazioni<br />
EMS<br />
Chemical<br />
Mutagenesis<br />
.<br />
HMR<br />
. . . .<br />
Target Gene<br />
PCR Primers<br />
CelI<br />
M2<br />
TILLING<br />
.<br />
Heat<br />
. . . . .<br />
.<br />
.<br />
.<br />
. .<br />
.<br />
. . Mutated<br />
.A<br />
.<br />
aaatacatagccccctag *<br />
MAQNGAPQ*<br />
Single nucleotide<br />
mutation<br />
. .. . . . ..<br />
. . . ..<br />
.<br />
T<br />
Wilde Type<br />
C<br />
*** ***<br />
Normal<br />
DNA<br />
.<br />
G<br />
C<br />
.<br />
x<br />
A<br />
Stop codon<br />
Truncated protein<br />
Mutant
High-Resolution Melting Analysis
Produzione <strong>di</strong> frumenti ad alto amilosio<br />
me<strong>di</strong>ante TILLING<br />
//
Il silenziamento genico può anche essere<br />
ottenuto rapidamente, attraverso il<br />
silenziamento <strong>di</strong>retto dei geni <strong>di</strong> interesse,<br />
producendo piante transgeniche (Tecnologia<br />
RNAi).<br />
Questa procedura viene utilizzata nei<br />
laboratori come mezzo per vedere la<br />
funzionalità del silenziamento, in pratica per<br />
vedere se “valga la pena” <strong>di</strong> andare avanti con<br />
le procedure più <strong>di</strong>spen<strong>di</strong>ose (sia in termini <strong>di</strong><br />
tempo che <strong>di</strong> costi), ma commercialmente<br />
accettabili
Silenziamento del gene SBEIIa attraverso RNAi<br />
Amilosio %
Il frumento è buono, ma...<br />
le proteine presenti negli sfarinati sono<br />
allergeniche o generano intolleranze in molte<br />
persone
Il ruolo <strong>della</strong> <strong>ricerca</strong> per<br />
eliminare i "ma…"
Le proteine presenti negli<br />
sfarinati si <strong>di</strong>vidono in<br />
proteine del glutine proteine solubili<br />
(non-glutine)
GLUTINE<br />
(massa coesiva che rimane dopo la rimozione<br />
dei carboidrati attraverso lavaggi acquosi)<br />
No glutine……no pane e pasta…….
Il glutine è la causa <strong>della</strong> celiachia<br />
(intolleranza permanente al glutine presente in<br />
circa l’1% <strong>della</strong> popolazione)<br />
Mucosa intestinale <strong>di</strong> in<strong>di</strong>vidui sani Mucosa intestinale <strong>di</strong> celiaci
Sono soprattutto le proteine non<br />
glutine ad essere coinvolte nelle vere<br />
allergie, tra cui l’asma del<br />
panificatore è la forma <strong>di</strong> asma<br />
occupazionale più <strong>di</strong>ffusa in Europa
E’ possibile, tramite approcci classici e<br />
biotecnologici, identificare forme <strong>di</strong><br />
frumento che abbiano una minore quantità<br />
delle proteine responsabili <strong>di</strong> celiachia e<br />
allergie, che possono essere usate<br />
soprattutto nel baby food o come ad<strong>di</strong>tivi<br />
alimentari, laddove siano presenti storie<br />
familiari <strong>di</strong> tali patologie, in modo da<br />
evitare la sovraesposizione ai fattori<br />
scatenanti.
In Spagna sono state prodotte,<br />
SEMPRE E SOLO A SCOPO DI<br />
RICERCA, delle linee <strong>di</strong> frumento<br />
GM nelle quali sono stati silenziati i<br />
geni maggiormente coinvolti nello<br />
scatenamento <strong>della</strong> malattia celiaca
Stiamo realizzando piante <strong>di</strong> frumento<br />
GM nelle quali verranno silenziati geni<br />
coinvolti nelle allergie respiratorie e,<br />
parallelamente, analizzeremo piante <strong>di</strong><br />
frumento mutagenizzate per cercare<br />
mutanti corrispondenti, così come<br />
verranno analizzate popolazioni naturali<br />
presenti nelle banche del germoplasma
A caccia degli allergeni: conoscerli<br />
vuol <strong>di</strong>re poterli evitare<br />
Allergene<br />
Ricercatore
Poiché le persone allergiche<br />
“producono” IgE contro le proteine<br />
allergeniche, è possibile usare i sieri<br />
umani per quantizzare gli allergeni<br />
presenti negli sfarinati, o identificare<br />
gli specifici polipepti<strong>di</strong> che causano<br />
le allergie
Concentration of specific IgE<br />
Concentration of specific IgE<br />
Concentrazione <strong>di</strong> proteine allergeniche in <strong>di</strong>verse varietà <strong>di</strong> frumento duro<br />
Metabolic fraction<br />
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19<br />
CM-like fraction<br />
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19<br />
Means<br />
and 95,0%<br />
LSD<br />
intervals<br />
Means<br />
and 95,0%<br />
LSD<br />
intervals<br />
Cultivar<br />
5 Svevo wt<br />
6 Svevo-GM MJ 11-12<br />
7 Svevo-GM MJ 16-112<br />
8 Ofanto wt<br />
9 Ofanto-GM A432<br />
10 Casanova<br />
11 Clau<strong>di</strong>o<br />
12 Creso<br />
13 Dorato<br />
14 Minosse<br />
15 Neodur<br />
16 Pitagora<br />
17 Simeto<br />
18 Tripu<strong>di</strong>o<br />
19 Vinci
Estrazione<br />
proteica<br />
Approccio “allergenomico”<br />
Separazione elettroforetica<br />
delle proteine del frumento<br />
Reazione (Immunoblotting)<br />
col siero del paziente<br />
Identificazione<br />
dell’allergene specifico
Collaboratori alla <strong>ricerca</strong>:<br />
• Università <strong>della</strong> Tuscia<br />
Ermelinda Botticella<br />
Renato D’Ovi<strong>di</strong>o<br />
Michela Janni<br />
Domenico Lafiandra<br />
Roberta Lupi<br />
Francesco Sestili<br />
• Rothamsted Research (UK)<br />
Huw Jones<br />
Andy Phillips<br />
Peter Shewry<br />
• INRA, Nantes, Francia<br />
Sandra Denery-Papini<br />
Colette Larrè
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