Notas científicas

 

Proteína, lisina y triptófano en poblaciones nativas de maíz mixteco

 

Protein, lysine and tryptophan in native populations of mixteco maize

 

Araceli M. Vera-Guzmán¹*, J. Luis Chávez-Servia¹ y José C. Carrillo-Rodríguez²

 

¹ Instituto Politécnico Nacional, CIIDIR-Unidad Oaxaca, Hornos #1003, 71230, Santa Cruz Xoxocotlán, Oaxaca, México. *Autor para correspondencia (avera@ipn.mx)

² Instituto Tecnológico del Valle de Oaxaca, Ex-Hacienda Nazareno. 71230, Santa Cruz Xoxocotlán, Oaxaca, México.

 

Recibido: 9 de Febrero del 2012
Aceptado: 16 de Agosto del 2012

 

Resumen

La diversidad de variantes locales de maíz (Zea mays L.) en la Mixteca Oaxaqueña, México, es una respuesta a las presiones de selección natural y humana. Con el objetivo de evaluar el contenido de proteína, lisina y triptófano en el maíz nativo de la Mixteca, se hizo una colecta de 70 muestras poblacionales en 51 comunidades de agricultores de 13 municipios del distrito geopolítico de Tlaxiaco, Oaxaca. Las muestras fueron sembradas en el ciclo primavera-verano de 2008, bajo un diseño experimental de bloques completos al azar con cuatro repeticiones, en San Martín Huamelulpam. En la cosecha se tomó aleatoriamente una muestra de 300 g de grano por parcela experimental y en cada una se cuantificó el contenido de proteína, lisina y triptófano, por triplicado. Se observaron diferencias (P ≤ 0.05) en el contenido de proteína, lisina y triptófano del grano, entre y dentro de grupos de colectas de maíz Mixteco de diferente color de grano (amarillo, azul, blanco, rojo y pinto). En proteína, 10 colectas superaron al testigo tipo QPM. En lisina y proteína no hubo diferencias significativas entre el testigo y las colectas de grano amarillo, blanco rojo y pinto evaluadas. La colecta CIIDIR-185 se detectó como promisoria debido a que fue estadísticamente igual al testigo en triptófano y lisina y lo superó en contenido de proteína.

Palabras clave: Zea mays, aminoácidos, composición de grano, variación fenotípica.

 

Abstract

The landrace diversity of maize (Zea mays L.) in the Mixteca Oaxa-queña region in México is a response to natural and human selection pressures. In order to evaluate the protein, lysine and tryptophan content in the native Mixteca maizes, a collection of 70 population samples at 51 farmer communities belonging to 13 municipalities of the Tlaxiaco, Oaxaca district was determined. Populations were planted during the 2008 Spring - Summer agricultural cycle under a complete randomized blocks design with four replications at San Martín Huamelulpam. At harvest, a random 300 g kernel sample per experimental plot was taken and the protein, lysine and tryptophan contents were assessed. Significant differences (P ≤ 0.05) were observed among and within groups of accessions of Mixteca maizes with different kernel color (yellow, blue, white, red and color combinations) for the protein, lysine and tryptophan content in the whole kernel. Control and evaluated accessions of yellow, white, red kernel and color combinations of kernel color showed no significant differences in lysine and tryptophan content. In protein, 10 accessions surpassed the QPM control. Accession CIIDIR-185 is promissory since it presented similar valúes in tryptophan and lysine, and higher valúes in protein content in relation to the control.

Key words: Zea mays, amino acids, kernel composition, phenotypic variation.

 

INTRODUCCIÓN

En el Estado de Oaxaca se cosechan anualmente más de 500 mil hectáreas de maíz (Zea mays L.), y en la región Mixteca alrededor de 120 mil hectáreas; del total, 87.6 % corresponden a siembra de temporal (secano) en monocultivo o en asociación con otros cultivos, con un rendimiento promedio en la Mixteca de 0.4 a 2.7 t ha^-1 (OEIDRUS, 2010). El maíz se cultiva en la Mixteca desde tiempos precolombinos (Anderson y Finan, 1945) y prevalece en el sistema "milpa", donde se reconocen diferentes colores de grano como azul, rojo, blanco, amarillo o pinto y se asocia, doble o triple, con frijol (Phaseolus vulgaris L.), calabaza (Cucurbita pepo L.), chilacayote (Cucurbita fiscifolia L.) o haba (Vicia faba L.) (Chávez y Diego, 2011).

En la Mixteca oaxaqueña, el ambiente y selección humana ejercen fuertes presiones sobre las poblaciones cultivadas de maíz hasta definir poblaciones con adaptaciones específicas, como al estrés hídrico en los maíces de "cajete" (Muñoz et al., 2002; Hayano-Kanashiro et al., 2009), cambios en morfología de planta y mazorca distintivas como en la raza Mixteco, denominada por Benz (1997) y en diversos grupos poblacionales o complejos raciales (Chávez-Servia et al., 2011; Chávez y Diego, 2011). También es de esperar que las fuertes presiones de selección humana y natural hayan influenciado la composición del grano en los maíces cultivados en diferentes micronichos de la Mixteca, ya que se cultivan en suelos de baja fertilidad, ligeros, de alta erosión y con bajo o nulo uso de insumos (Contreras-Hinojosa et al., 2005).

En particular, la selección que hacen los agricultores de caracteres fisiológicos de planta y mazorca han determinado, en parte, las poblaciones de maíz que hoy en día se observan en las parcelas de cultivo (Soleri y Cleveland, 2001; Pressoir y Berthaud, 2004). En las comunidades rurales, el maíz es la base de la alimentación, y mediante procesos básicos de transformación, como la nixtamalización, convierten al grano en diversos productos y platillos gastronómicos entre los que se destacan las tortillas de colores distintos, tamales, pozole, totopos, atoles, etc. Sin embargo, la calidad nutritiva del grano de los maíces nativos, particularmente los cultivados en la Mixteca, no ha sido completamente identificada, evaluada y caracterizada, con el propósito de promover la diversidad de maíces que mejoren la dieta y fortalezcan la salud de las comunidades indígenas.

En México el maíz es la principal fuente de energía y proteínas de la población. En particular, los maíces nativos aportan a la dieta compuestos antioxidantes (López-Martínez et al., 2009; Salinas-Moreno et al., 2003), carotenoides (Lozano-Alejo et al., 2007), aminoácidos (Vidal et al., 2008) y diversos elementos nutricionales que tienen un efecto positivo en la prevención de enfermedades como hipertensión, altos niveles de triglicéridos, colesterol (Guzmán-Gerónimo et al., 2011; Com. pers.¹) y efecto anticarcinogénico colorrectal (Hawigara et al., 2001). Bajo este contexto, el objetivo de este trabajo fue evaluar el contenido de proteína, lisina y triptófano en una colección de 70 muestras poblacionales de maíz nativo de la Mixteca oaxaqueña.

 

MATERIALES Y METÓDOS

Material biológico

Se colectaron 70 muestras poblacionales de maíz durante los meses de febrero-abril de 2008 a una altitud de 2000 a 2900 m en 51 comunidades de agricultores de 13 municipios de la Mixteca oaxaqueña: Chalcatongo de Hidalgo, San Juan Ñumí, Santa Catarina Ticuá, San Miguel el Grande, Santa Cruz Nundaco, San Antonio Nduaxico, San Esteban Atatlahuca, Santa Catarina Yosonotú, San Pedro Mártir Yucuxaco, Santa Cruz Tayata, Santiago Nundiche, San Pedro Molinos y Magdalena Peñasco. Las muestras de las colectas se clasificaron por color de grano: azul, blanco, rojo y pinto (dos o más combinaciones de granos azules, rojos, blancos, amarillos, etc., en la misma mazorca), y se sembraron en una parcela de San Martín Huamelúlpam, Oaxaca, durante el ciclo primavera-verano 2008, bajo un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones. A la cosecha se tomaron muestras aleatorias de 300 g de grano de cada unidad experimental y se refrigeraron por 10 meses en frascos ámbar hasta su análisis. Se utilizó un testigo externo (S.L. 2009, var. 'VG 1-2', del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias) del tipo QPM (maíz de alta calidad proteínica, por sus siglas en inglés).

 

Composición de grano

El grano de maíz se molió en un molino ciclónico y se cribó por un tamiz con malla de 500 um. La muestra molida se desengrasó con acetona de acuerdo con el método propuesto por Obi (1982). Posteriormente, a cada muestra se le determinó el contenido de proteínas por el método de Bradford (1976), técnica que se basa en la interacción del indicador azul brillante de Coomassie G-250 con las proteínas. La cuantificación de proteína se hizo por medio de un espectrofotómetro (Shimadzu, modelo UV-1601®; Kyoto, Japan) y con base en la curva de calibración de albúmina de suero de bovino (98 % de pureza; Sigma), como estándar de proteína. Los resultados se reportan en porcentaje de proteína en base húmeda libre de aceite (p.b.h.) y en base seca libre de aceite (p.b.s.). El triptófano y lisina en base seca se cuantificaron de acuerdo con los métodos colorimétricos descritos por Villegas et al. (1985) y se expresaron en porcentaje. Todos los análisis se hicieron por triplicado.

 

Análisis estadístico

Las diferencias entre grupos de color de grano y poblaciones dentro de grupos se evaluaron mediante un análisis de varianza con un modelo lineal de bloques completos al azar y una prueba de comparación de medias de Tukey (P ≤ 0.05). Con los promedios estandarizados por muestra se hizo un análisis de componentes principales para describir los patrones poblacionales con referencia al testigo QPM, todo ello mediante el paquete estadístico SAS versión 8.0 (SAS Institute, 1999).

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados aquí presentados se refieren a los contenidos de proteína lisina y triptófano del grano completo, sin separar endospermo ni germen. En el análisis de varianza se detectaron diferencias (P ≤ 0.01) entre y dentro grupos de colectas de diferente color de grano. Se observó mayor variación en contenido de proteína entre grupos que dentro de grupos (Cuadro 1).

En los trabajos previos de caracterización morfológica realizados por Chávez-Servia et al. (2011) en las mismas muestras de este estudio, se observaron diferencias significativas en características de mazorca y grano. Aunque no son los mismos patrones diferenciales, también se reflejaron diferencias sustanciales de muestra a muestra en contenido de proteína, lisina y triptófano. En los promedios por grupo de color de grano, se observó que los maíces denominados como pintos y rojos fueron semejantes en composición al testigo (QPM), y al valor medio registrado por Sierra et al. (2011) en el híbrido 'H-564C' de alta calidad de proteína recientemente liberado para el trópico; y sobrepasan ligeramente al promedio reportado por Vidal et al. (2008) para los maíces nativos de Nayarit (Cuadros 2, 3 y 4).

En relación con el contenido de proteína base húmeda y seca, 32 colectas se comportaron estadísticamente iguales al testigo QPM y 11 de ellas sobrepasaron al valor promedio estimado para el testigo en >12.3 % de proteína en base húmeda y >13.8 % de proteína en base seca. Un comportamiento similar reportaron Coutiño et al. (2008) en las variedades 'V-229' y 'V-231A' Vidal et al. (2008) en colectas de maíz nativo de Nayarit y Vázquez et al. (2010) en maíces nativos de Hidalgo, lo que indica que algunas poblaciones nativas o material mejorado a partir de los acervos genéticos locales del maíz mexicano, tienen igual o mayor contenido de proteína total que los denominados QPM; no obstante, estos últimos pueden tener mayores proporciones de algunos aminoácidos esenciales. Es de primordial importancia señalar que la composición del grano está influenciada por las condiciones de cultivo o por efectos considerados como no-genéticos.

Respecto al contenido de triptófano en base seca, se observó que ninguna de las colectas superó al valor promedio determinado para el testigo QPM (0.09 % de triptófano); sin embargo, la colecta CIIDIR-185 no mostró diferencias significativas con respecto al testigo (> 0.08 %). Este mismo efecto observó Sierra et al. (2011) al comparar el híbrido 'H-564C' de alta calidad de proteína con otras variedades mejoradas ('V-556AC'). No obstante, se observó un efecto estabilizador del alto contenido de triptófano en los materiales mejorados con el objetivo de incrementar la calidad de proteína; por lo que no se deben dejar de lado los acervos genéticos locales que presentan esa característica, como también se confirmó en el estudio de Vidal et al. (2008). Además, no sólo se detectaron materiales promisorios en grano blanco sino que también los hay en azul, amarillo, rojo y pinto.

Los valores promedio de 0.4 a 0.6 % de lisina en base seca de 29 colectas fueron estadísticamente iguales al valor determinado para el testigo QPM (0.62 %). Estos valores fueron ligeramente superiores a los reportados para el híbrido 'H-564C' (Sierra et al., 2011), al estimado para las variedades 'V-229' y 'V-231A' de la raza Comiteco reportadas por Coutiño et al. (2008) y al promedio de los maíces nativos de Nayarit (Vidal et al., 2008). Esto puede indicar, en parte, que el ambiente de cultivo influye de manera significativa en la expresión del carácter y también refleja una estimación del estado de la composición de grano y no necesariamente que existan genes en las poblaciones que le confieren esa característica (Mittelmann et al., 2011). Esto conlleva a pensar que deben obtenerse diferentes estimaciones de la composición del grano en colectas cultivadas en diferentes ambientes para obtener una estimación del efecto ambiental y del efecto genotípico.

En el análisis de componentes principales se determinó que en los dos primeros componentes se concentró 89.6 % de la variabilidad total evaluada; por consiguiente, pueden considerarse a los dos primeros componentes principales como índices de selección. En la Figura 1 se ubicó al testigo QPM en el cuadrante inferior derecho y varias colectas en el cuadrante superior derecho. Este patrón indica que en la evaluación se observaron más de 10 colectas que superan al testigo en proteína, pero no en contenido de lisina y triptófano.

 

CONCLUSIONES

Se detectaron diferencias significativas entre y dentro de grupos de colectas de maíz Mixteco de diferente color de grano (amarillo, azul, blanco, rojo y pinto), en el contenido de proteína, lisina y triptófano del grano entero. En proteína en base húmeda y proteína en base seca, 11 colectas superaron al testigo QPM. En lisina 29 colectas fueron superiores al testigo. La colecta CIIDIR-185 se considera promisoria porque fue estadísticamente igual al testigo QPM en triptófano y lisina, y lo superó en contenido de proteína.

 

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Notas

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