Identificação de gluteninas formadoras de glúten do trigo (Triticum aestivum L.)

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1 Identificação de gluteninas formadoras de glúten do trigo (Triticum aestivum L.) Luiz Alberto Cogrossi Campos 1, Amanda Kaori Matsubara 2, Mariana Sousa Costa 3 e Lígia Tiemi Otani 2 1 Pesquisador Voluntário do Instituto Agronômico do Paraná, Londrina, PR, cogrossi@iapar.br, 2 Estagiária Pibic, Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Londrina PR, kaori. amanda@hotmail.com, 3 Mestranda em Engenharia e Tecnologia em Alimentos (Unesp), Londrina PR, marianasouza.costa@yahoo.com.br, 2 Estagiária Pibic, Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Londrina, PR, ligiaotani@hotmail.com O trigo (Triticum aestivum L.) é um dos cereais mais cultivados e consumidos no mundo. A ampla utilização da farinha de trigo na fabricação de produtos alimentícios está relacionada às suas propriedades tecnológicas e nutricionais. Por ser o único cereal cuja farinha possui a propriedade do glúten, apresenta maior aptidão para panificação (MANDARINO, 1993). O trigo é capaz de formar uma massa viscoelástica quando sua farinha é submetida à hidratação e trabalho mecânico ou manual. Esta particularidade é conferida pelas características físico-químicas das proteínas, através das interações entre as gliadinas e as gluteninas, que são denominadas proteínas de reserva formadoras do glúten. De acordo com Mandarino (1994), a característica de panificação se deve à estrutura formada por suas proteínas (glúten), que é capaz de reter os gases produzidos durante o processo de fermentação, conferindo ao produto final textura e estruturas únicas. A qualidade de panificação possui grande importância para a indústria e produtores de trigo, e possibilita a agregação de valor de mercado ao produto em face do comércio internacional, pois existe uma forte interação entre qualidade e preço (WRINGLEY, 1994; MITTELMANN, 2000). Pomeranz (1987) define a qualidade do trigo como resultado da interação que a cultura sofre em condições ambientais em relação ao teor de proteína, e a variação tanto qualitativa, em termos da composição de subunidades, como quantitativa, em relação às diferentes frações protéicas que compõem o glúten, especialmente as gluteninas (PAYNE et al., 1979; MOONEN et al., 1982; BRUNORI et al., 1989). Além disso, os fatores extrínsecos (como clima, solo, processo de moagem, condições de armazenagem) e intrínsecos (como genótipo e composição química do grão) podem influenciar na cor da farinha e nos produtos finais. Os padrões eletroforéticos de alto peso molecular permitem prever a qualidade de panificação de um genótipo de trigo. Desse modo, é amplamente aceito que a qualidade industrial de trigo é determinada, principalmente, pela fração das proteínas do glúten do grão, a qual é extremamente influenciada pelos alelos dos locos que codificam essas proteínas, revestindo-se de grande importância prática a identificação desses alelos (BRAMMER, 2000). O trigo comum ou trigo pão (T. aestivum) possui três genomas distintos (A, B e D), sendo que cada um corresponde a um jogo diplóide de cromossomos. Os fatores genéticos responsáveis pela 1

2 qualidade de panificação estão localizados nos cromossomos do genoma D. O trigo duro (T. durum), tem apenas os genomas A e B, não apresentando qualidade para panificação (CAMARGO et al., 1995). Cromossomo 1 do genoma A (Glu-1A) - subunidades N (nulo), 1 e 2*; Cromossomo 1 do genoma B (Glu-1B) - subunidades 6+8, 7+8, 7+9, 7, 13+16, 14+15, 13+19, 17+18, 20, 21 e 22; Cromossomo 1 do genoma D (Glu-1D) - subunidades 2+12, 3+12, 4+12, 2+10, 5+10, 2+11, As gluteninas podem se dividir em subunidades, de alto peso molecular (HMW-GS) e de baixo peso molecular (LMW-GS), sendo que as subunidades HMW-GS estão associadas à alta qualidade de panificação em função de serem principais determinantes da elasticidade da massa. Payne et al. (1981), ao analisar progenitores de cruzamentos de variedades de trigo comum, demonstrou uma relação entre o volume de sedimentação em SDS e a composição de HMW-GS, identificando os alelos responsáveis pela produção das subunidades de HMW que apresentam efeito diferencial na qualidade do glúten, dos quais poderiam ser utilizados como critérios para seleção em programas de melhoramento genético do trigo. Como exemplo dessa variação de alelos, observou-se que o locus Glu-1D pode produzir alternativamente os pares de subunidades 5+10 (associados à boa qualidade panificação) e 2+12 (associada com qualidade panificação inferior). Tal resultado tem sido confirmado por meio de diversos trabalhos, como o realizado por Branlard e Dardevet (1985), o qual foi demonstrado que parâmetros de alveografia W (força de glúten), P (tenacidade) e valor de sedimentação de Zeleny foram correlacionados positivamente com as subunidades 7+ 9 e 5+10, e negativamente com as bandas Ainda neste mesmo trabalho a subunidade 1 foi correlacionada com o W e a subunidade 2* e com extensibilidade (L). Para essas subunidades, foram estipulados escores de 1 a 4, com base na correlação com os valores de sedimentação da farinha, sendo que um genótipo pode apresentar escore mínimo de 4 e máximo de 10 pontos. Desta forma, um genótipo que apresente as bandas 2*, 7+8 e 5+10, somará uma pontuação igual a 10, indicativa de germoplasma com glúten forte. Por outro lado, um genótipo que apresente as bandas N, 6+8 e 2+12, somará apenas 4 pontos, o que sugere ser este um germoplasma de glúten fraco (ZANATA, 2002). O presente trabalho objetiva identificar as subunidades de glutenina responsáveis pela qualidade tecnológica da farinha de trigo a partir de análises eletroforéticas, a fim de identificar o potencial de panificação do material em estudo. Foram analisados 44 genótipos de trigo provenientes do Bloco de Cruzamento do Programa de Melhoramento Genético de Trigo do IAPAR (Tabela 1.). As análises de eletroforese foram realizadas no Laboratório de Biotecnologia Vegetal do Instituto Agronômico do Paraná. O protocolo utilizado para as atividades de eletroforese foi o mesmo utilizado pelo CIMMYT (Centro Internacional de Melhoramento de Milho e Trigo) e adaptado por Peña (2002). 2

3 Tabela 1. Genótipos de trigo provenientes do Bloco de Cruzamento do Programa de Melhoramento Genético de Trigo do IAPAR. LINHAGEM W a Classe Classe LINHAGEM W Comercial Comercial Abalone 250 Pão IPR Pão ALSEN 348 Melhorador IPR Melhorador BR Pão IPR Melhorador BRS Melhorador IPR Pão BRS Melhorador IPR Melhorador BRS Pão IPR Catuara TM 417 Melhorador BRS Pão LD Pão BRS Albatroz 316 Melhorador LD Pão BRS Guamirim 309 Melhorador MARFIM 295 Pão BRS LOURO 83 Outros usos Mirante 292 Pão BRS Pardela 343 Melhorador Quartzo 277 Pão BRS Tangará 312 Melhorador Valente 281 Pão CD Melhorador WT Melhorador CD Pão WT Melhorador CD Melhorador WT Pão CD Pão WT Pão CD Melhorador WT Pão CD Melhorador WT Pão Fundacep Cristalino 463 Melhorador WT Pão Fundacep Horizonte 179 Doméstico WT Pão Fundacep Nova Era 179 Doméstico WT Pão Fundacep Raízes 192 Doméstico WT Pão a Os valores de W (força de glúten) foram obtidos dos obtentores. A classificação dos genótipos de trigo analisados foi feita de acordo com a Portaria n o 91, de 25 de fevereiro de 2010 (Brasil, 2010), da qual determinou que 40,91% são classificados como Trigo Melhorador (W > 300), 50% como Trigo Pão (W > 220), 6,82% como Trigo Doméstico (W > 160), e 2,27% como Trigo destinado para Outros Usos (W < 100). 1. Trigo Melhorador (W > 300): no genoma A, a subunidade 2* estava presente em 66,67 % das cultivares; no genoma B, as combinações 7+9 e estavam presentes em 27,78 % das cultivares cada; e, no genoma D, a combinação 5+10 estava presente em 72,22 % das cultivares. 3

4 2. Trigo Pão (W > 220): no genoma A, a subunidade 2* estava presente em 63,64 % das cultivares; no genoma B, a combinação predominante era 7+9 (42,90 %); e, no genoma D, a combinação 5+10 estava presente em 72,73 % das cultivares. 3. Trigo Doméstico (W > 160): no genoma A, houve predominância da subunidade 2* nas amostras analisadas; assim como as combinações encontradas nos genomas B (7+9), e D (2+12). 4. Trigo para outros usos (W < 100): no genoma A, a subunidade N; no genoma B, a combinação 7+9; e, no genoma D, a combinação Paralelamente à análise da composição de gluteninas de alto peso molecular, constatou-se que a translocação de centeio (1B/1R e 1A/1R) estava presente em 45,45 % do material usado (Tabela 2.). A presença dessa translocação constitui fator positivo no que se refere à resistência a doenças e a insetos, porém negativo em relação à qualidade de panificação do germoplasma, principalmente por aumentar a viscosidade da massa. Quando o genótipo apresenta a translocação 1B/1R, é feito um ajuste no escore, sendo calculado com base na hipótese de que o decréscimo em qualidade será proporcionalmente maior em genótipos que possuam melhor qualidade intrínseca. Para germoplasma que apresentar escore entre 8 e 10, subtraem-se 3 pontos; para aquele com escore entre 5 e 7, subtraem-se 2 pontos; e para aquele germoplasma que apresentar escore 4, subtrai-se 1 ponto. A Tabela 3 mostra o teste de correlação de Pearson entre o escore de cada locus do Glu-A1, Glu- B1 e Glu-D1, o índice de glutenina e a força do glúten (W) observou-se que o índice de glutenina se correlacionou, em nível de 1% de significância com os escores de cada locus, pois o índice de glutenina é dependente do escore individual de cada locus. O locus Glu-B1 correlacionou-se de forma menos expressiva (5% de probabilidade) com a força de glúten. Verificou-se correlações significativas em nível de 1% de probabilidade entre o locus Glu-A1 (r = 0,41 ** ) a força de glúten (W), indicando que o genoma A influencia o valor de W, principalmente as subunidades 1 e 2*. A correlação das subunidades 1 e 2* com a qualidade da força de glúten das farinhas, o tempo de mistura da massa e o teste de sedimentação também foi encontrada no trabalho. O índice de glutenina (r = 0,45 ** ) foi o que obteve maior correlação a 1% de probabilidade, em relação às demais variáveis, com a força de glúten (W). Nessa análise, observa-se que glúten forte (boa qualidade de panificação) em cultivares brasileiras está associado, principalmente, às subunidades e combinação 2* e 5+10, e glúten fraco (baixa qualidade de panificação) está relacionado, principalmente, com as subunidades e combinação Pode ser observado que a freqüência de subunidades relacionadas com glúten forte aumenta à medida que a aptidão panificativa característica da classe de trigo é maior, verificandose a inversão da freqüência de subunidades associadas a glúten fraco (N e 2+12) e forte (2* e 5+10) entre as classes de trigo para outros usos e melhorador, respectivamente. 4

5 Tabela 2 : Resultados eletroforese e escore de cada genótipo. Genótipo 1A 1B 1D TC Escore W Genótipo 1A 1B 1D TC Escore W Abalone 2* A/1R IPR Alsen 2* IPR 130 2* BR IPR 136 2* BRS IPR BRS IPR BRS 220 2* A/1R IPR Catuara TM BRS 229 2* LD * B/1R BRS Albatroz 2* A/1R LD * B/1R BRS Guamirim 2* MARFIM 2* BRS Louro N B/1R 3 83 Mirante 2* BRS Pardela 2* A/1R Quartzo 2* B/1R BRS Tangará 2* A/1R Valente CD 104 2* WT A/1R CD B/1R WT A/1R CD 116 2* WT B/1R CD 117 2* WT N A/1R CD 108 2* A/1R WT * A/1R CD 150 2* A/1R WT * F.Cristalino 2* WT N A/1R F.Horizonte 2* WT * F.Nova Era 2* B/1R WT * F.Raízes 2* WT * A/1R

6 Tabela 3: Correlação das subunidades e índice de glutenina com valores de W. Glu-1B Glu-1D Índice Glutenina W Glu-1A -0,02 0,20 0,56** 0,41** Glu-1B - 0,09 0,43** 0,36* Glu-1D - - 0,84** 0,22 Índice Glutenina ,47** **,*: Significativo a 1 e 5% de probabilidade, pelo teste t. Referências BRAMMER, S.P. Marcadores moleculares: princípios básicos e uso em programas de melhoramento genético vegetal. Embrapa Trigo, Documentos Online n.3, dezembro/00. Passo Fundo, RS. Disponível em: < Acessado em: 1 de junho de BRANLARD, G.; DARDEVET, M. Diversity of grain proteins and bread wheat quality. In. Correlation between gliadin bands and flour quality characteristics. Journal Cereal Science, v.3, p Brasil, Secretaria de Defesa Agropecuária. Portaria n o 91, de 25 de fevereiro de Projeto de regulamento do trigo. Diário Oficial da União, n.39, seção I, p.3-5. Brasília, segunda-feira, 1º de março de BRUNORI, A.; GALTERIO, G.; ZANNETTINO, C.; POGNA, N.E. Bread-making quality indices in Triticum aestivum progenies: implications in breeding for better bread wheat. Plant Breeding, Berlin, v.102, p , CAMARGO, C.E.O.; TULMANN NETO, A.; FERREIRA FILHO, A.W.P. Avaliação de genótipos de trigo oriundos de cruzamento interespecífico e radiação gama no estado de São Paulo. Scientia agricola (Piracicaba, Braz.), vol.52, n.1. Piracicaba, Jan./Abr MANDARINO, J.M.G. Aspectos importantes para a qualidade do Trigo. Londrina: EMBRAPA CNPSo, p. (Embrapa - CNPSo. Documentos, 60). MANDARINO, J.M.G. Componentes do trigo: características físico-químicas, funcionais e tecnológicas. Londrina: EMBRAPA CNPSo, p. (Embrapa - CNPSo. Documentos, 75). MITTELMANN, A. et al. Herança de caracteres do trigo relacionados à qualidade de panificação. Pesq. agropec. bras., Brasília, v.35, n.5, p , maio MOONEN, J.H.E.; SCHEEPSTRA, A.; GRAVELAND, A. Use of the SDS - sedimentation test and SDS - polyacrylamidegel electrophoresis for screening breeder s samples of wheat for breadmaking quality. Euphytica, Dordrecht, v.31, n.2, p ,

7 PAYNE, P.I.; CORFIELD, K.G.; BLACKMAN, J.A. Identification of a high-molecular-weight subunit of glutenin whose presence correlates with breadmaking quality in wheats of related pedigree. Theoretical and Applied Genetics, Berlin, v.55, p , PAYNE, P.I., CORFIELD, K.G., HOLT, L.M., & BLACKMAN, J.A Correlations between the inheritance of certain high-molecular-weight subunits of glutenin and bread-making quality in progenies of six crosses of bread wheat. J. Sci. Food Agric., 32: PEÑA, R.J. Protocolo de laboratório para eletroforese desnaturalizante em géis de poliacrilamida com dodecil sulfato de sódio (SDS-PAGE). CIMMYT, POMERANZ, Y. Modern cereal science and technology. New York: VHC, p. ZANATTA, A.C.A. et al. Uso de marcadores protéicos na seleção de trigo (triticum aestivum L. em Thell.) com qualidade tecnológica superior na Embrapa Trigo. Embrapa Trigo, Comunicado Técnico Online, n.85, jun./2002. Passo Fundo, RS. Disponível em: < Acessado dia 20 de maio de