Diversidad genética de gluteninas y gliadinas en trigos harineros (Triticum aestivum L.) mexicanos
Genetic diversity of glutenins and gliadins in mexican bread wheat (Triticum aestivum L.)
Eliel Martínez–Cruz1, Eduardo Espitia–Rangel1, Héctor E. Villaseñor–Mir2, José D. Molina–Galán1, Ignacio Benítez–Riquelme1, Amalio Santacruz–Varela1, Roberto J. Peña–Bautista3
1 Genética, Campus Montecillo, Colegio de Postgraduados. 56230. Montecillo, Estado de México.
2 Campo Experimental Valle de México, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. 56230. Chapingo, Estado de México, *Autor responsable: (espida.eduardo@inifap.gob.mx).
]]> 3 Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo. 56130. El Batán, Estado de México.
Recibido: Octubre, 2008.
Aprobado: Enero, 2010.
Resumen
Las gluteninas y las gliadinas del trigo harinero (Triticum aestivum L.) tienen una función fundamental en la definición de la calidad de panificación. Con el objetivo de caracterizar la composición de las subunidades de gluteninas de alto (G–APM) y bajo (G–BPM) peso molecular, y de las ω–gliadinas, en 72 progenitores usados por el programa de fitomejoramiento de trigo harinero para temporal del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (CEVAMEX–INIFAP) y en 600 líneas F6 derivadas de cruzas entre variedades de diferentes grupos de calidad y sus progenitores, se analizaron mediante electroforesis en geles de poliacrilamida con dodecil sulfato de sodio. En el grupo de progenitores se encontraron 10 alelos que codifican para G–APM: 2 en Glu–A1; 6 en Glu–B1 y 2 en Glu–D1. En G–BPM se encontraron 14 alelos: 4 en Glu–A3; 7 en Glu–B3 y 3 en Glu–D3; los loci Glu–B3 y Glu–B1 presentaron mayor diversidad. Con base en las variantes alélicas, de los loci Glu–1 y Glu–3, las líneas derivadas de Gálvez M87 x Bacanora T88 se agruparon en 19 combinaciones distintas, mientras que en Rebeca F2000XVerano S91 y Gálvez M87 x Verano S91, se encontraron 16 y 14. La caracterización de G–APM y G–BPM permitirá realizar cruzamientos dirigidos de forma específica para obtener combinaciones de gluteninas deseables, así como hacer más eficiente la selección en el programa de fitomejoramiento. Además, las líneas producto de las cruzas analizadas permitirán entender mejor los efectos genéticos de las G–BPM, ω–gliadinas y de la translocación 1BL/1RS (proteínas secalinas) en la calidad de la masa de panificación.
Palabras clave: Triticum aestivum L., calidad de panificación, gluteninas, ω–gliadinas.
]]> Abstract
Glutenins and gliadins of bread wheat (Triticum aestivum L.) have a key role in defining the baking quality. In order to characterize the composition of glutenin subunits with high (HMW–G) and low (LMW–G) molecular weight, and the ω–gliadins in 72 parents used in the breeding program for rainfed bread wheat of the Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (CEVAMEX–INIFAP) and in 600 Fg lines derived from crosses between varieties of different quality groups and their parents, were analyzed by electrophoresis in polyacrylamide gels with sodium dodecyl sulfate. In the group of parents 10 alíeles were found which code for HMW–G: 2 in Glu–A1; 6 in Glu–B1 and 2 in Glu–D1. In LMW–G 14 alíeles were found: 4 in Glu–A3; 7 in Glu–B3 and 3 in Glu–D3; Glu–B3 and Glu–B1 loci presented higher diversity. Based on the allelic variants, of the Glu–1 and Glu–3 loci, the lines derived of Gálvez M87 x Bacanora T88 were grouped in 19 different combinations, while in Rebeca F2000X Verano S91 and Gálvez M87 x Verano S91 were found 16 and 14. The characterization of HMW–G and LMW–G will allow making crosses specifically tailored to obtain combinations of desired glutenins, as well as to carry out more efficiently the selection in the breeding program. Moreover, the lines which are product of crosses analyzed will allow to understand best the genetic effects of the LMW–G, ω–gliadins and of the 1BL/1RS translocation (secaline proteins) in the bread–making quality.
Key words: Triticum aestivum L., bread making quality, glutenins, ω–gliadins.
INTRODUCCIÓN
En México el trigo harinero (Triticum aestivum L.) se clasifica de acuerdo a su calidad industrial en trigo de textura semidura a dura y gluten fuerte y extensible (grupo 1), de textura dura a semidura y gluten medio fuerte y extensible (grupo 2), de textura suave y gluten débil y extensible (grupo 3) y trigo de gluten tenaz poco extensible (grupo 4). Estas propiedades Teológicas del gluten permiten diversificar su utilización en la industria de la panificación, galletera y repostería (Martínez et al, 2007). Las propiedades viscoelásticas del gluten están determinadas principalmente por su composición de subunidades de α, β, γ y ω–gliadinas, gluteninas de alto peso molecular (G–APM) y gluteninas de bajo peso molecular (G–BPM) (Weegels et al, 1996). En algunas variedades mexicanas liberadas para temporal, se han identificado las subunidades de G–APM así como su efecto en la reología de la masa y el volumen de pan (De la O et al, 2006; Martínez et ai, 2007). Sin embargo, se desconoce el efecto individual de las gliadinas y G–BPM, por lo que la identificación de estos componentes genéticos es necesaria para entender su influencia en la calidad y poder manipularlos en un programa de fito–mejoramiento. Pero es difícil identificar subunidades de G–BPM y gliadinas (complejo loci Glu–3 y Gli–1) en geles de poliacrilamida, en presencia de dodecil sulfato de sodio, debido a la cantidad de genes (35 a 40) que conforman el loci Glu–3 (Cassidy et al., 1998) y por gliadinas de alto peso molecular y G–BPM que muestran entre sí patrones de movilidad electroforética similares, dificultando su identificación (Gupta et al., 1990). Además, hay ligamiento genético entre las G–BPM (locus Glu–3) y las γ y (ω–gliadinas (locus Gli–1), localizadas en el brazo corto de los cromosomas 1A, 1B y 1D (Payne et al, 1984). Por tanto, el objetivo de esta investigación fue caracterizar las subunidades de G–APM y de G–BPM de los genotipos usados como progenitores en el programa de trigo del CEVAMEX–INIFAP y de líneas derivadas de cruzas entre variedades de diferentes grupos de calidad.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal y su evaluación en campo
Se usaron 72 genotipos (variedades y líneas experimentales) que forman el grupo de progenitores del programa de trigo del CEVAMEX–INIFAP. Además se evaluaron líneas derivadas de las cruzas entre: Rebeca F2000XBacanora T88, Rebeca F2000XVerano S91, Gálvez M87 x Bacanora T88, Bacanora T88XSalamanca S75, Verano S91 x Salamanca S75 y Gálvez M87 x Verano S91. La letra después del nombre indica el grupo de calidad al cual pertenecen (S=grupo 3; M=grupo 2; F = grupo 1; T=grupo 4); y el número, el año en el que se liberaron. Las líneas F6 fueron derivadas por descendencia de una sola semilla evaluándose 98 líneas por cruza, y sus progenitores. Los materiales fueron sembrados en Roque, estado de Guanajuato, en el ciclo Otoño–Invierno de 2005–2006. El diseño experimental fue de bloques completos al azar con dos repeticiones y la unidad experimental consistió de cuatro surcos (3 m largo) con una separación de 30 cm entre surcos.
]]> Análisis de laboratorioEl análisis electroforético de gluteninas y gliadinas se realizó con el método de Peña et al. (2004) en el laboratorio de Química y Calidad de Cereales del CIMMYT. La separación de las subunidades de proteína se obtuvo de una muestra de 40 mg de harina integral usando geles de 14 % de acrilamida con pH 8.5, aplicando 9 mA por gel durante 17 h. Las G–APM (locus Glu–A1, locus Glu–B1 y locus Glu–D1) se identificaron con base en la nomenclatura propuesta por Payne y Lawrence (1983) y las G–BPM, (loci Glu–A3 y Glu–BS) de acuerdo con Singh et al. (1991), Jackson et al. (1996) y Branlard et al. (2003). Las subunidades pertenecientes a ω–gliadinas se reportan en el locus Glu–B3. Para el locus Glu–D3 se usó la nomenclatura propuesta por Branlard et al. (2003).
Análisis de la información
Se calcularon las frecuencias de distintos alelos en cada complejo genético (Glu–1, Glu–3 y Gli–B1) y las de sus combinaciones en el grupo de progenitores y en las líneas obtenidas de las cruzas indicadas.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El polimorfismo encontrado en el grupo de progenitores para cada uno de los loci se muestra en la Figura 1. Las subunidades de G–APM se identifican en A. Las subunidades de G–BPM (loci Glu–A3 y Glu–D3) se señalan con flechas en la Figura 1B y C. El alelo e (en B) se caracteriza por ausencia de banda. Los alelos a (en B) y d (en C) corresponden a los genotipo Chinese Spring y Brimstone, utilizados como patrones electroforéticos de referencia.
En la Figura 1 D se representa el ligamiento entre bandas de Glu–B3/Gli–B1 (flechas largas), en Glu–B3 las bandas en los rectángulos pertenecen a G–BPM y en Gli–B1 (flechas cortas) se señalan las bandas correspondientes a ω–gliadinas. En la Figura 1 D se muestra la translocación 1BL/1RS proteínas secalinas del centeno, asociadas a la presencia del alelo nulo j en Glu–B3 (Gupta y Shepherd, 1992). La translocación consiste en el remplazo del brazo corto del cromosoma IB del trigo por el brazo corto IR del centeno. Dicha translocación se encuentra asociada a genotipos de amplia adaptación y alto rendimiento (Rajaram y Braun 2008); sin embargo, la calidad del gluten es reducida (Liu et al, 2005).
En el Cuadro 1 se presentan las variantes alélicas de G–APM y G–BPM de algunas líneas y variedades comerciales del grupo de progenitores. Se observa que 22 (30.5 %) genotipos presentaron dos alelos distintos en el mismo locus (en el Cuadro 1 se separan por una diagonal). Este resultado podría atribuirse a una posible contaminación (presencia de otra variedad) o heterogeneidad en un locus (Shan et al., 2007) asociada con las selecciones másales efectuadas en algunas etapas del proceso de mejoramiento genético. Más aún, hubo tres genotipos (4.1 %) con tres alelos por locus, uno de ellos en el locus Glu–B1 y dos en el locus Glu–B3, lo que fortalece la hipótesis de una contaminación mecánica más que de una contaminación genética. Para confirmar la presencia de heterogeneidad es necesario realizar el corrimiento electroforético de granos individuales de la variedad y así descartar o confirmar la posible contaminación y su origen (Shan et al., 2007).
En los Cuadros 2 y 3 se resume la frecuencia de los alelos en cada locus de 47 progenitores, excluyendo los que presentaron más de un alelo por locus. Se encontraron 10 alelos que codifican para G–APM, (Cuadro 2), 2 en Glu–A1, 6 en Glu–B1 y 2 en Glu–Dl; mientras que para las G–BPM (Cuadro 3), se identificaron 14, 4 en Glu–A3, 7 en Glu–B3 (Glu–D3. Los alelos más comunes dentro de cada locus son el 1 (Glu–Al, 56.3 %), 17+18 (Glu–B1, 60.4 %), 5 + 10 (Glu–Dl, 97–9 %), c (Glu–A3, 54.2 %), h (Glu–B3, 43.8 %) y b (Glu–D3, 64.6 %). Los loci con mayor variación fueron Glu–B3 (h, g, c', b, i, j, d) y Glu–B1 (17 + 18, 7 + 9, 7 + 8, 6 + 19?, 7, 13 + 16). Dicha diversidad alélica es comparable a la encontrada en trigos franceses, chinos y trigos de invierno de los EE.UU. donde se encontraron 16 (Branlard et al, 2003), 12 (He et al, 2005) y 14 (Shan et al, 2007) alelos que codifican para G–APM. Para G–BPM se reportaron 19 alelos en trigos franceses y de los EE.UU. (Branlard et al, 2003; Shan et al, 2007).
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Los alelos de los progenitores usados en los diferentes cruzamientos se muestran en el Cuadro 4. Las combinaciones de más alta frecuencia (se muestran las que se ubicaron en los cinco primeros lugares) de G–APM y G–BPM de las líneas obtenidas de las cruzas se muestran en el Cuadro 5. En la cruza Gálvez M87 x Bacanora T88 se obtuvieron 19 combinaciones debido a la presencia de diferentes alelos en cada locus, excepto para el Glu–D1 (Cuadro 4). En las cruzas Rebeca F2000 x Verano S91 y Gálvez M87 x Verano S91 se encontraron 16 y 14 combinaciones. En las cruzas Salamanca S75 x Verano S91, Salamanca S75 x Bacanora T88 y Rebeca F2000 x Bacanora T88, se encontraron 8, 7 y 6 combinaciones.
En los cruzamientos donde participó Bacanora T88 existen diferentes combinaciones con la translocación 1BL/1RS, lo cual permitirá evaluar su comportamiento reológico en fondos genéticos distintos y seleccionar líneas que desfavorezcan en menor grado la calidad del gluten asociadas a mejor adaptabilidad y rendimiento. De acuerdo con Martínez et al. (2007), existen en los trigos mexicanos combinaciones únicas de G–APM que favorecen la fuerza de la masa. Peña et al. (2004) y He et al. (2005) mencionan que las gliadinas y G–BPM cambian la extensibilidad y fuerza de la masa. Lo anterior sugiere que dentro de las cruzas analizadas existen combinaciones de G–BPM y G–APM asociadas a propiedades Teológicas específicas.
CONCLUSIONES
La caracterización de G–APM y G–BPM de progenitores y líneas de trigo harinero mexicanos mostró una gran variabilidad en las combinaciones de las proteínas relevantes en la calidad de panificación. Esta información puede ser usada como herramienta para agilizar la selección y realizar cruzamientos dirigidos a obtener genotipos de calidad acorde con la demanda. Las líneas derivadas de las cruzas podrían utilizarse para entender específicamente, los efectos genéticos de las G–BPM, ω–gliadinas y de la translocación 1BL/1RS en las propiedades Teológicas de la masa y el volumen de pan.
]]> AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al CONACYT el financiamiento parcial (Proyecto: 067698) para la presente investigación.
LITERATURA CITADA
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