Genetic architecture of soluble arabinoxylan fibre in elite genotypes of bread wheat revealed by genome-wide association analysis
Este estudo utilizou análise de associação de genoma completo em 384 genótipos de trigo de elite do Reino Unido para identificar sete loci genéticos, incluindo efeitos estáveis de grande magnitude nos cromossomos 1B e 6B, que regulam o conteúdo de arabinoxilana extraível em água, demonstrando que o melhoramento para o aumento da fibra alimentar solúvel é alcançável através do piramidamento de alelos favoráveis existentes.
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A maioria das pessoas sabe que comer fibras é bom para a saúde. Elas ajudam a manter o sistema digestivo em movimento, reduzem o risco de doenças cardíacas e mantêm os níveis de açúcar no sangue estáveis. No entanto, apesar desses benefícios conhecidos, muitas pessoas simplesmente não comem fibras suficientes. Uma razão importante para essa deficiência é que o produto de trigo mais popular do mundo, o pão branco, é feito de uma parte do grão que teve quase toda a sua fibra removida. Durante o processo de moagem, as camadas externas do kernel de trigo, que são ricas em fibras, são retiradas para deixar para trás o centro macio e amiláceo usado para a farinha branca. Embora os pães integrais preservem essa fibra, a maioria dos consumidores ainda prefere a textura e o sabor do pão branco. Isso deixa uma lacuna entre o que as pessoas comem e o que os especialistas em saúde recomendam que elas comam.
Cientistas sabem há muito tempo que o trigo contém um tipo específico de fibra chamada arabinoxilana, que é encontrada nas paredes celulares do grão. Uma versão particularmente saudável desta fibra é extraível em água, o que significa que ela pode se dissolver na água e é facilmente fermentada pelas bactérias em nosso intestino. O desafio tem sido aumentar a quantidade dessa fibra benéfica na farinha branca sem alterar a maneira como o pão tem sabor ou textura. Durante anos, pesquisadores suspeitaram que os genes dentro da planta de trigo controlam quanto dessa fibra é produzida. No entanto, as instruções genéticas exatas não eram claras, e não se sabia se as variedades modernas de trigo, que são selecionadas para alto rendimento e resistência a doenças, ainda carregavam o potencial genético para produzir mais dessa fibra.
Uma equipe de pesquisadores do John Innes Centre e da Rothamsted Research, no Reino Unido, partiu para resolver esse enigma. Eles reuniram uma grande coleção de 384 variedades de trigo de elite, representando as linhagens mais avançadas e melhores atualmente utilizadas por criadores comerciais. Estas não eram grãos selvagens ou antigos, mas cultivares modernos cultivados em campos em todo o Reino Unido. A equipe cultivou essas variedades em dois locais diferentes para ver como o ambiente afetava o conteúdo de fibras. Eles moeram o grão em farinha integral e mediram a quantidade de arabinoxilana extraível em água. Como o conteúdo de fibra na farinha integral está fortemente ligado ao conteúdo na farinha branca, essa medição serviu como um substituto confiável para o que seria encontrado no produto final do pão branco.
Os resultados mostraram que havia uma ampla gama de conteúdo de fibras entre essas linhagens modernas de trigo. Algumas variedades continham significativamente mais dessa fibra benéfica do que outras, provando que o potencial genético para alto teor de fibras ainda existe dentro do material de melhoramento de elite. Os pesquisadores então utilizaram uma poderosa técnica de varredura genética para procurar pontos específicos no DNA do trigo que estavam associados a essas diferenças. Ao comparar a composição genética das plantas com suas medições de fibras, eles identificaram sete localizações distintas nos cromossomos do trigo que controlam a quantidade de arabinoxilana extraível em água.
Duas dessas localizações já eram conhecidas pelos cientistas, situadas nos cromossomos 1B e 6B. O estudo confirmou que estes são grandes impulsionadores do conteúdo de fibras. No entanto, a pesquisa foi além, descobrindo cinco localizações adicionais nos cromossomos 3A, 5B e 7A que também desempenham um papel, embora seus efeitos sejam menores e, às vezes, dependam das condições de cultivo. O achado mais significativo no cromossomo 6B envolveu um gene chamado PER1. Este gene atua como um interruptor que controla o quão fortemente as fibras estão ligadas umas às outras. Quando este gene trabalha de uma forma específica, as ligações são mais fracas, permitindo que mais da fibra se dissolva em água e se torne disponível para o uso pelo nosso corpo. Os pesquisadores descobriram que as melhores versões deste gene já estavam presentes nas variedades modernas de trigo estudadas.
O estudo também analisou os outros genes encontrados para entender o que eles poderiam estar fazendo. Um gene no cromossomo 5B parecia estar envolvido na construção dos blocos de açúcar necessários para fazer a fibra. Outro no cromossomo 1B parecia ajudar a rearranjar a estrutura da parede celular, enquanto outros no cromossomo 7A estavam ligados à modificação da fibra após ela ser construída. Crucialmente, os pesquisadores descobriram que as versões benéficas desses genes não estavam fixas; elas ainda estavam se misturando e combinando dentro das linhagens de melhoramento. Isso significa que os criadores não precisam ir em busca de novos genes de parentes selvagens, o que às vezes pode trazer características indesejadas, como menores rendimentos. Em vez disso, eles podem simplesmente selecionar as linhagens de trigo existentes que carregam a melhor combinação desses genes naturais de aumento de fibras.
Quando os pesquisadores combinaram os efeitos desses genes, viram um padrão claro. As linhagens de trigo que carregavam mais as versões favoráveis desses genes apresentavam níveis progressivamente mais altos de fibra extraível em água. As linhagens mais promissoras do estudo, que carregavam seis das versões favoráveis dos genes, tinham cerca de 40 por cento a mais desta fibra benéfica do que as linhagens que não possuíam nenhuma delas. Isso sugere que, ao acumular essas vantagens genéticas naturais, os criadores podem criar novas variedades de trigo que produzem farinha branca com um conteúdo de fibras significativamente maior.
As implicações deste trabalho são práticas e imediatas. Demonstra que melhorar a qualidade nutricional do alimento básico mais popular do mundo não requer uma reformulação completa da planta de trigo ou uma mudança nos hábitos dos consumidores. As ferramentas genéticas para tornar o pão branco mais saudável já estão sentadas nos programas de melhoramento das grandes empresas de sementes. Ao usar os marcadores genéticos identificados neste estudo, os criadores podem agora selecionar esses traços de alto teor de fibras com precisão, garantindo que a próxima geração de variedades de trigo ofereça melhores benefícios para a saúde sem sacrificar a qualidade que torna o pão branco tão popular. Esta abordagem oferece uma maneira escalável de aumentar a ingestão de fibras em toda a população, transformando um alimento comum em uma ferramenta mais poderosa para a saúde pública.
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