Genetic architecture of soluble arabinoxylan fibre in elite genotypes of bread wheat revealed by genome-wide association analysis
Questo studio ha utilizzato l'analisi di associazione genome-wide su 384 genotipi di frumento d'élite del Regno Unito per identificare sette loci genetici, inclusi effetti stabili maggiori sui cromosomi 1B e 6B, che regolano il contenuto di arabinoxilano estraibile in acqua, dimostrando che la selezione per un maggiore contenuto di fibre alimentari solubili è ottenibile tramite il pyramiding di esistenti alleli favorevoli.
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Molte persone sanno che mangiare fibre fa bene alla salute. Esse aiutano a mantenere in movimento il sistema digerente, riducono il rischio di malattie cardiache e mantengono stabili i livelli di zucchero nel sangue. Eppure, nonostante questi noti benefici, molte persone semplicemente non ne consumano abbastanza. Una delle ragioni principali di questa carenza è che il prodotto di frumento più popolare al mondo, il pane bianco, è fatto con una parte del chicco a cui è stata quasi interamente rimossa la fibra. Durante il processo di raffinazione, gli strati esterni del chicco di grano, ricchi di fibre, vengono rimossi per lasciare dietro di sé il centro tenero e amidaceo utilizzato per la farina bianca. Sebbene i pani integrali conservino questa fibra, la maggior parte dei consumatori preferisce comunque la consistenza e il sapore del pane bianco. Ciò crea un divario tra ciò che le persone mangiano e ciò che gli esperti di salute raccomandano di mangiare.
Gli scienziati sanno da tempo che il frumento contiene un tipo specifico di fibra chiamato arabinoxilano, che si trova nelle pareti cellulari del chicco. Una versione particolarmente salutare di questa fibra è quella idrosolubile, il che significa che può sciogersi in acqua ed è facilmente fermentata dai batteri nel nostro intestino. La sfida è stata quella di aumentare la quantità di questa fibra benefica nella farina bianca senza cambiare il modo in cui il pane ha un sapore o una consistenza. Per anni, i ricercatori hanno sospettato che i geni all'interno della pianta di grano controllino la quantità di questa fibra prodotta. Tuttavia, le istruzioni genetiche esatte non erano chiare, e non si sapeva se le varietà moderne di grano, selezionate per l'alta resa e la resistenza alle malattie, possedessero ancora il potenziale genetico per produrre più di questa fibra.
Un team di ricercatori del John Innes Centre e del Rothamsted Research nel Regno Unito si è posto l'obiettivo di risolvere questo enigma. Hanno raccolto una vasta collezione di 384 varietà di grano d'élite, che rappresentano le linee più avanzate e migliori attualmente utilizzate dai selezionatori commerciali. Queste non erano varietà selvatiche o antiche, ma cultivar moderne coltivate nei campi del Regno Unito. Il team ha coltivato queste varietà in due località diverse per vedere come l'ambiente influenzasse il contenuto di fibre. Hanno macinato il chicco in farina integrale e misurato la quantità di arabinoxilano idrosolubile. Poiché il contenuto di fibre nella farina integrale è fortemente legato a quello della farina bianca, questa misurazione è servita come un affidabile indicatore di ciò che si sarebbe trovato nel prodotto finale del pane bianco.
I risultati hanno mostrato che vi era un'ampia gamma di contenuti di fibre tra queste linee di grano moderno. Alcune varietà contenevano significativamente più di questa fibra benefica rispetto ad altre, dimostrando che il potenza genetica per un alto contenuto di fibre esiste ancora all'interno del materiale di selezione d'élite. I ricercatori hanno poi utilizzato una potente tecnica di scansione genetica per cercare punti specifici nel DNA del grano associati a queste differenze. Confrontando la composizione genetica delle piante con le loro misurazioni di fibre, hanno identificato sette posizioni distinte sui cromosomi del grano che controllano la quantità di arabinoxilano idrosolubile.
Due di queste posizioni erano già note agli scienziati, situate sui cromosomi 1B e 6B. Lo studio ha confermato che questi sono i principali motori del contenuto di fibre. Tuttavia, la ricerca è andata oltre, scoprendo cinque posizioni aggiuntive sui cromosomi 3A, 5B e 7A che giocano un ruolo, sebbene i loro effetti siano minori e talvolta dipendano dalle condizioni di crescita. La scoperta più significativa sul cromosoma 6B riguardava un gene chiamato PER1. Questo gene agisce come un interruttore che controlla quanto strettamente siano legati i filamenti di fibra. Quando questo gene funziona in un certo modo, i legami sono più deboli, permettendo a una maggiore quantità di fibra di sciogliersi in acqua e diventare disponibile per il nostro organismo. I ricercatori hanno scoperto che le migliori versioni di questo gene erano già presenti nelle varietà di grano moderno studiate.
Lo studio ha anche esaminato gli altri geni trovati per capire quale fosse la loro funzione. Un gene sul cromosoma 5B sembrava essere coinvolto nella costruzione dei blocchi di zucchero necessari per creare la fibra. Un altro sul cromosoma 1B sembrava aiutare a riorganizzare la struttura della parete cellulare, mentre altri sul cromosoma 7A erano legati alla modifica della fibra dopo che era stata costruita. Fondamentalmente, i ricercatori hanno scoperto che le versioni benefiche di questi geni non erano fisse, ma si stavano ancora mescolando e accoppiando all'interno delle linee di selezione. Ciò significa che i selezionatori non devono andare alla ricerca di nuovi geni da parenti selvatici, che possono talvolta portare tratti indesiderati come rese inferiori. Inveve, possono semplicemente selezionare le linee di grano esistenti che possied ability la migliore combinazione di questi naturali geni che aumentano le fibre.
Quando i ricercatori hanno combinato gli effetti di questi geni, hanno osservato un modello chiaro. Le linee di grano che possedevano più versioni favorevoli di questi geni presentavano livelli progressivamente più alti di arabinoxilano idrosolubile. Le linee più promettenti dello studio, che possedevano sei delle versioni favorevoli di questi geni, avevano circa il 40% in più di questa fibra benefica rispetto alle linee che non ne possedevano nessuna. Ciò suggerisce che, accumulando questi vantaggi genetici naturali, i selezionatori possono creare nuove varietà di grano che producono farina bianca con un contenuto di fibre significativamente più elevato.
Le implicazioni di questo lavoro sono pratiche e immediate. Dimostra che migliorare la qualità nutrizionale del cibo base più popolare al mondo non richiede una ristrutturazione completa della pianta di grano o un cambiamento nelle abitudini dei consumatori. Gli strumenti genetici per rendere il pane bianco più sano sono già presenti nei programmi di selezione delle principali aziende sementiere. Utilizzando i marcatori genetici identificati in questo studio, i selezionatori possono ora selezionare questi tratti ad alto contenuto di fibre con precisione, garantendo che la prossima generazione di varietà di grano offra migliori benefici per la salute senza sacrificare la qualità che rende il pane bianco così popolare. Questo approccio offre un modo scalabile per aumentare l'apporto di fibre nella popolazione, trasformando un alimento comune in uno strumento più potente per la salute pubblica.
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