La diversità dei tratti morfologici della quinoa e della composizione metabolica dei semi

May 10, 2024

Dati scientifici volume 9, numero articolo: 323 (2022) Citare questo articolo

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La quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) è una coltura erbacea annuale della famiglia degli amaranto (Amaranthaceae). Viene sempre più coltivato per i suoi cereali nutrienti, ricchi di proteine ​​e aminoacidi essenziali, lipidi e minerali. La quinoa mostra un’elevata tolleranza verso vari stress abiotici tra cui siccità e salinità, che ne supportano la coltivazione agricola in condizioni di cambiamento climatico. L'utilizzo dei chicchi di quinoa è compromesso dalle saponine antinutrizionali, una classe terpenoide di metaboliti secondari depositati nel tegumento del seme; la loro rimozione prima del consumo richiede un lavaggio approfondito, processo economicamente ed ambientalmente sfavorevole; oppure il loro accumulo può essere ridotto attraverso la riproduzione. In questo studio, abbiamo analizzato i metabolomi dei semi, inclusi aminoacidi, acidi grassi e saponine, di 471 cultivar di quinoa, comprese due specie correlate, mediante cromatografia liquida – spettrometria di massa. Inoltre, abbiamo determinato un gran numero di caratteristiche agronomiche tra cui la biomassa, il tempo di fioritura e la resa dei semi. I risultati hanno rivelato una notevole diversità tra i genotipi e forniscono una base di conoscenze per la futura selezione o modifica del genoma della quinoa.

Misurazione(i)

metaboliti

Tipi di tecnologia

Spettrometria di massa LC-MS

La quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) attira sempre più l'attenzione globale per il suo valore nutrizionale insolitamente elevato dei cereali, compreso l'alto contenuto proteico, la composizione e la quantità di lipidi, un buon equilibrio di aminoacidi essenziali, nonché isoflavoni e interessanti proprietà funzionali antiossidanti1, 2,3. La quinoa fu addomesticata per la prima volta nel bacino del Lago Titicaca circa 7.000 anni fa, da dove si diffuse in altre regioni del Sud America e del mondo4.

Una risorsa importante dal punto di vista agricolo della quinoa è la sua notevole capacità di adattamento a diverse zone agroecologiche, che consente la crescita nei deserti caldi e secchi e nelle aree tropicali con umidità relativa fino all'88%, da -8 °C a 40 °C5, e dal livello del mare fino ai 4.000 metri nelle regioni montuose. Notevole è anche la sua adattabilità ai terreni sodici e alcalini permettendo la coltivazione da pH 4,5 a 9,06. La quinoa è una coltura altamente resistente alla siccità che si comporta bene in regioni con precipitazioni annue inferiori a 200 mm (7 e riferimenti ivi contenuti). È tollerante verso l'elevata salinità ed è considerato un alofita facoltativo8,9,10. Nel 2013, l’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura (FAO) ha dichiarato l’”Anno Internazionale della Quinoa” in riconoscimento della capacità della coltura di contribuire a mitigare la fame e la malnutrizione nei paesi con insicurezza alimentare, e in riconoscimento degli sforzi ancestrali del popolo andino per preservare la quinoa come coltura (http://www.fao.org/quinoa-2013/en/).

Sebbene i chicchi di quinoa abbiano un valore nutrizionale eccezionale, il rivestimento del seme contiene tipicamente saponine dal sapore amaro e potenzialmente antinutrizionali11. Pertanto, i semi di quinoa richiedono una lavorazione sostanziale (lavaggio con abbondante acqua) per rimuovere le saponine prima del consumo. La riduzione delle saponine è stato un obiettivo di selezione e in futuro potrebbe essere raggiunto anche con metodi biotecnologici, come l’editing del genoma. Le saponine della quinoa si presentano prevalentemente sotto forma di glicosidi triterpenoidi12,13,14. La loro grande diversità strutturale rende le analisi non banali15.

Le funzioni biologiche delle saponine nella quinoa restano da indagare. Le saponine possono svolgere un ruolo nella germinazione dei semi e nel scoraggiare gli uccelli o le infezioni fungine (rivisto in 16). Le prove indicano che non solo la quantità totale di saponine è regolata (ad esempio, dal fattore di trascrizione bHLH CqTSARL1)17, ma anche il profilo della saponina17. Tuttavia, ad oggi, sono stati determinati i profili della saponina dei semi di solo pochi genotipi di quinoa17. Poiché alcune saponine possono addirittura essere benefiche per la salute umana18, la diversità nella composizione delle saponine rappresenta una grande risorsa per la creazione di cultivar di quinoa nuove e più sane.