Stato dell’arte sulle manipolazioni genetiche della composizione dell’amido mediante

Da diversi anni, in seguito alla scoperta che alcune varietà di frumento con un ridotto contenuto di amilosio permettono di produrre "noodles" di qualità superiore (Yamamori et al., 1992; Hideho e Sachiko, 1994; Miura e Tanii, 1994), è cresciuta l'attenzione nei confronti dell'amido e della possibilità di modificarne la composizione con conseguente miglioramento sul prodotto finito. Nel frumento, essendo una specie allopoliploide, non è stato possibile identificare in natura genotipi completamente waxy, ovvero privi di amilosio. Solo da alcuni anni, attraverso screening del germoplasma mondiale dei frumenti mediante tecniche elettroforetiche mono e bidimensionali, è stato possibile individuare alcune linee e varietà prive di una o due isoforme di GBSSI (waxy parziali) e di SGP-1, che sono state utilizzate per produrre genotipi nulli per tutte e tre le isoforme (Nakamura et al., 1995; Yamamori et al., 2000).

I primi studi effettuati in Giappone hanno permesso di individuare due varietà di frumento tenero, Kanto 107 e Kanto 79, con un ridotto contenuto di amilosio (Yamamori et al., 1992), in quanto prive delle proteine Wx-Al e Wx-Bl (Nakamura et al., 1993).

Analizzando il germoplasma mondiale per individuare varianti alleliche ai loci waxy, è stato osservato che alleli nulli al locus Wx-A1 sono molto comuni in frumenti provenienti dal Giappone, dalla Corea e dalla Turchia, mentre alleli nulli al locus Wx-B1 sono molto diffusi nei frumenti australiani (Yamamori et al., 1994). Nello stesso studio compiuto su 1960 frumenti provenienti da tutto il mondo è stata trovata una sola cultivar cinese di frumento tenero, BaiHuo, priva della proteina Wx-Dl. In seguito, alleli nulli al locus Wx-D1 sono stati trovati da Boggini et

al. (2001) in una linea italiana e da Urbano et al. (2002) in due linee, una italiana ed una iraniana.

Da uno studio condotto da Graybosch et al. (1998) su più di 200 varietà di frumento tenero coltivate negli Stati Uniti è risultato che molte di esse hanno alleli nulli al locus Wx-A1 o al locus Wx-B1; una sola cultivar, Ike, è risultata avere alleli nulli ad entrambi i loci. Non è stata

invece trovata alcuna varietà priva della proteina Wx-Dl. In questo studio è stato, inoltre, ipotizzato che gli alleli nulli trovati potrebbero essere stati introdotti tra la fine degli anni '50 e l'inizio degli anni '60, da frumenti provenienti dal Giappone, dalla Corea e dall'Australia. Rodriguez-Quijano et al. (1998), analizzando 606 frumenti esaploidi comprendenti varietà ed accessioni spagnole e portoghesi, hanno trovato il 4,6% di frumenti nulli per la proteina Wx-A1 e il 17% nulli per la Wx-B1. Nessuno dei frumenti analizzati ha mostrato variabilità per la proteina Wx-Dl.

Ricerche simili, anche se in minor numero, sono state condotte su frumenti tetraploidi, nei quali è stato trovato un basso polimorfismo per le proteine waxy. Yamamori et al. (1995), analizzando 151 accessioni di frumento duro provenienti da diversi paesi, hanno trovato due forme alleliche per il locus Wx-A1 e soltanto una per il locus Wx-B1; Nieto-Taladrìz et al. (2000) ne hanno trovate due per il locus Wx-A1 e quattro per il locus Wx-B1; Boggini et al. (2001) non hanno identificato alcun polimorfismo tra le varietà di frumento duro coltivate in Italia; Urbano et al. (2002) sono riusciti ad isolare tre linee iraniane che presentano un polimorfismo per l'allele Wx-B1 ed una linea turca priva della proteina Wx-Al.

I primi esperimenti di manipolazione della composizione dell'amido di frumento mediante incrocio tra varietà che presentavano alleli nulli per le proteine waxy, sono stati effettuati da Nakamura et al. (1995); i quali hanno prodotto la prima linea di frumento waxy incrociando la cultivar giapponese Kanto 107, priva delle proteine Wx-Al e Wx-Bl, con la cultivar cinese BaiHuo priva della proteina Wx-Dl. Tali risultati sono stati riprodotti, usando gli stessi parentali, in altri laboratori in diverse parti del mondo.

Un'altra strategia che è stata adottata per produrre frumenti waxy è la mutagenesi. Yasui et al., (1997) hanno trattato con etilmetansulfonato (EMS) la varietà Kanto 107, già priva delle proteine Wx-Al e Wx-Bl ed hanno ottenuto una linea nulli anche al locus Wx-D1. Kiribuchi- Otobe et al. (1997) hanno prodotto linee di frumento waxy partendo da linee doppio aploìdi per trasferire rapidamente il carattere waxy da linee mutanti ad una linea con lo stesso corredo genetico di base.

In diversi studi è stata messa in evidenza l'importanza di introdurre il carattere waxy in un corredo genetico ben definito, in quanto sono state osservate differenze nel contenuto di amilosio dovute proprio al diverso corredo genetico (Miura et al., 1999; Yamamori e Quynh, 2000). Recentemente, Miura et al. (2002) hanno prodotto linee quasi isogeniche di frumento tenero per i diversi alleli waxy nella cultivar Chinese Spring (CS), partendo da linee di sostituzione di Chinese Spring incrociate con Kanto 107 e Bai Huo ed attraverso la produzione di linee doppio aploidi.

Slade et al. (2005) sono riusciti ad identificare 246 mutazioni puntiformi nei geni GBSSI attraverso uno screening su una popolazione mutagenizzata con la tecnologia del TILLING.

Mutanti per differenti isoforme di amido sintasi (SSs) sono stati identificati in diversi cereali; la composizione dell'amido in tutti questi mutanti rivela un relativo incremento nel contenuto di amilosio ed una riduzione nella sintesi di amilopectina. In frumento tenero sono state isolate delle varietà prive di ciascuna isoforma per le Sgp-1. Dall'incrocio delle tre varietà prive di una differente isoforma Sgp-1, Yamamori et al. (2000) hanno prodotto una linea di frumento priva delle tre isoforme Sgp-1 (SSII). Tale linea presenta delle alterazioni nella struttura dell'amilopectina, ovvero un incremento nel numero delle catene corte, una diminuzione di quelle di lunghezza intermedia ed un aumento del contenuto di amilosio; mentre il contenuto totale di amido appare di circa il 20% più basso rispetto al frumento normale. Per ultimo, sono state osservate una perdita di cristallinità da parte dei granuli d'amido e deformazioni di quelli di tipo A.