Come ricordato, i composti bioattivi presenti nella granella di frumento sono rappresen- tati per lo più da carotenoidi. Al contrario, la cariosside dei cereali è in genere povera di flavonoidi. Esistono però alcuni genotipi, le cosiddette varietà pigmentate, che possono accumulare rilevanti quantità di antocianine o proantocianidine nel pericarpo e/o nello strato dell’aleurone. Nei frumenti, in particolare, esiste una grande variabilità per quanto riguarda il colore del seme (Figura 65), correlato alla presenza di questi composti polifenolici. L’utilizzo di farina integrale ottenuta da queste varietà nella produzione di lavorati farinacei, come pasta e pane, potrebbe portare a grandi benefici da un punto di vista nutrizionale. Considerato l’esteso consumo di alimenti a base di cereali, l’uso di genotipi colorati aumenterebbe infatti
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in modo significativo la dose giornaliera ingerita di questi fitonutrienti ad azione protettiva (Finocchiaro et al. 2010, Shipp e Abdel-Aal, 2010).
Figura 65. Genotipi pigmentati di grano coltivati in Italia (Ficco et al., 2014a).
Al contrario dei carotenoidi, per i quali le conoscenze sono ad uno stadio avanzato, per quanto riguarda i fenoli una adeguata caratterizzazione non è ancora disponibile. Recenti studi hanno evidenziato la presenza nella granella di frumenti rossi di flobafeni e proantocianidine, classi di flavonoidi caratterizzate da un elevato potere antiossidante, mentre nei genotipi blu o viola, meno comuni, i composti più abbondanti sono gli antociani.
Nella sintesi dei polifenoli la calcone isomerasi catalizza l’isomerizzazione stereo- specifica del calcone in naringerina, che è a sua volta trasformata in diidroflavonolo a opera della F3H. La conversione in antocianine procede poi con la riduzione degli diidroflavonoli in leucocianidine attraverso la diidroflavonolo-4-reduttasi e successive ossidazioni, deidratazioni e glicosilazioni di quest’ultime portano alla sintesi di pelargonidina (rosso-arancione), cianidina (rossa), delfinidina (blu) (Figura 66). Nei semi dei genotipi rossi il gene che codifica per la F3H risulta sovraespresso, e sembra costituire il punto nodale nella regolazione della sintesi delle proantocianidine (Himi et al., 2011). I pigmenti di colore viola sono localizzati quasi esclusivamente nel pericarpo, mentre quelli blu sono per lo più concentrati nell’aleurone (Zeven, 1991). Tuttavia la regolazione della biosintesi delle antocianine è ancora poco chiara: l’aleurone blu sembra essere controllato da un singolo gene dominante, mentre il pericarpo viola parrebbe essere controllato da due loci, i geni omoallelici Pp-1 e Pp-3 (Khlestkina et al., 2009). Studi comparativi mostrano che Pp-1 è ortologo del gene C1 di mais e di riso, i quali codificano per fattori di trascrizione contenenti il dominio MYB responsabili dell’attivazione dei geni strutturali codificanti vari enzimi coinvolti nella via di sintesi delle antocianine (Saitoh et al., 2004). Pp-3 è ortologo dei geni Pb/Ra di riso (Wang e Shu, 2007) e Lc/R di mais, che codificano per fattori di trascrizione MYC-like contenenti il dominio bHLHL, regolatori anch’essi della sintesi delle antocianine (Shoeva et al., 2014). Che le proteine codificate dei geni Pp-1 e Pp-3 lavorino in sinergia tra loro è stato ribadito anche in un recente lavoro, dove si ipotizza l’esistenza di un complesso R2R3-MYB/bHLH/WD40 (MBW) (Shoeva et al., 2014). L’allele dominante del gene Pp-D1 sembra essere responsabile della riduzione dell’espressione del gene Pp-3 (chiamato anche TaMyc1), tramite una regolazione negativa a feed-back da parte del complesso MBW (Figura 67). Questo potrebbe portare alla sintesi in giuste proporzioni dei componenti facente parte del complesso MBW
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che lavorerebbe così in maniera ottimale, andando a regolare l’espressione dei geni a monte nella sintesi dei polifenoli. Questo meccanismo è stato confermato anche in altre specie come Petunia hybrida e A. thaliana (Albert et al., 2014).
Figura 66. Via di sintesi dei flavonoidi presenti nei frumenti pigmentati rossi, blu e viola
(Ficco et al., 2014b)
Figura 67. Variazione dei livelli di trascritto del gene TaMyc1 in semi di grano in
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L’accumulo di antocianine non è mai stato preso in considerazione nel corso dei programmi di miglioramento genetico del grano, e nel germoplasma moderno è quindi difficile trovare varietà che contengano elevate concentrazione di queste molecole bioattive, a parte alcune cultivars di grano tenero originarie soprattutto dell’Etiopia (Zeven, 1991). In tali genotipi la concentrazione totale di questi composti varia da 7.1 a 211.9 μg g-1 (Abdel-Aal et al., 2006). L’antocianina più abbondante nei genotipi viola è la cianidina 3-O-glucoside (Cy- 3-Glc) seguita dalla peonidina 3-O-glucoside (Pn-3-Glc), mentre in quelli blu la delfinidina 3- O-glucoside (Dp-3-Glc) è la più rappresentata (Figura 68) (Abdel-Aal e Hucl, 2003). La loro concentrazione raggiunge il picco massimo a metà della fase di sviluppo dei semi, per decrescere leggermente a maturazione (Knievel et al., 2009). Questo quadro è confermato anche a livello molecolare, visto che mentre la calcone sintasi mostra la massima espressione nello stadio iniziale, la ddiidroflavonolo-4-reduttasi (DFR) e la flavonoide-3-5-idrossilasi raggiungono un picco di trascrizione proprio nella fase intermedia (Figura 69) (Yang et al., 2004).
Figura 68. Principali
antocianine presenti in semi di grano (Abdel-Aal et al.,
2006).
Figura 69. Accumulo dei pigmenti colorati nelle varie fasi di sviluppo nei semi di Triticum
aestivum. La produzione di fenoli avviene nelle fasi intermedie (Knievel et al., 2009). Uno studio effettuato su genotipi pigmentati coltivati in Italia ha confermato che le varietà con aleurone blu sono quelli che presentano un maggiore contenuto totale di anto-
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cianine (TAC), con un valore medio di 118.37 μg g-1, mentre quelli viola (22.60 μg g-1) e rossi (9.91 μg g-1) presentano concentrazioni rispettivamente 5 e 12 volte inferiori (Ficco et al., 2014a). Insieme al TAC, l’indice del contenuto totali di polifenoli (TPC) rappresenta un indicatore della capacità antiossidante di una matrice, con una elevata correlazione con l’attività antiossidante in trolox-equivalenti (TEAC) (Simonetti et al., 1997). Il TEAC però è fortemente influenzato dal contenuto in carotenoidi e polifenoli, per cui genotipi con una concentrazione quasi irrilevante di antocianine, come Preco, possono comunque mostrare elevati valori di questo indice (Figura 70). Agire in modo sinergico sulle vie di sintesi di entrambe le classi di pigmenti potrebbe portare all’ottenimento di genotipi ancora a più elevato indice TEAC (Ficco et al., 2014a).
Figura 70. Relazione tra indice TPC e TEAC in alcuni genotipi di grano duro colorato
(Ficco et al., 2014a).
A oggi, tra i cereali, solo il riso pigmentato e il mais sono stati impiegati in modo significativo per l’alimentazione umana. In particolare, il mais blu e viola è stato utilizzato con successo per la produzione di prodotti farinacei colorati, come le tortillas, mentre il riso rosso ha trovato largo impiego nello sviluppo di prodotti finalizzati all’alimentazione infantile (Hirawan et al., 2011). Considerando che l’uso delle antocianine come coloranti alimentari naturali è in forte sviluppo, in particolar modo per sostituire quelli sintetici (Horbowicz et al., 2008), e che attualmente esse vengono ottenute quasi esclusivamente dal riso rosso (Shipp e Abdel-Aal, 2010), è possibile ipotizzare un forte interesse per lo sviluppo di altri cereali pigmentati, tra i quali il grano potrebbe avere un ruolo fondamentale.