Prolaminas, proteínas waxy y puroindolinas en trigo blando : herencia, influencia e interacción en la calidad

RESUMEN El objetivo de esta tesis doctoral ha sido progresar en el conocimiento genetico y funcional de las lineas parcial waxy, de la textura del grano y de las prolaminas. Y determinar la influencia de las subunidades de gluteninas de alto (HMW) y bajo peso molecular (LMW), las gliadinas, las secalinas, la sobreexpresion de la subunidad de gluteninas HMW Bx7, las isoproteinas waxy y las puroindolinas en la calidad harinopanadera y en la viscosidad del almidon. Para evaluar la calidad harino-panadera y de viscosidad del almidon y determinar la influencia de los distintos componentes del grano de trigo en la calidad, se utilizaron poblaciones F5 procedentes de los cruzamientos Ablaca x Linea Waxy 2, Califa x Linea Waxy 1 y Amarok x Linea Waxy 2. En estas poblaciones se determino la composicion en subunidades de gluteninas HMW y LMW, gliadinas e isoproteinas waxy y la presencia de la translocacion 1B/1R mediante tecnicas electroforeticas en geles SDS-PAGE y A-PAGE y la composicion en puroindolinas y la presencia de la sobreexpresion de la subunidad de HMW Bx7 mediante tecnicas de PCR. Y se realizaron las siguientes pruebas de calidad: contenido en proteina del grano, volumen de sedimentacion en SDS, mixografo, contenido en amilosa, analisis de viscosidad mediante RVA y alveografo. Se estudio la segregacion en granos F2 procedentes de los cruzamientos: Ablaca x Linea Waxy 1 y Amarok x Linea Waxy 2. Mediante tecnicas de electroforesis en geles SDS-PAGE y A-PAGE se analizo su composicion en subunidades de gluteninas HMW y LMW y gliadinas. Los resultados obtenidos del analisis genetico de las prolaminas han permitido confirmar resultados anteriores para las variantes alelicas de la variedad de trigo hexaploide Ablaca y determinar las variantes alelicas de la variedad de trigo hexaploide Amarok y de las Lineas 100% amilopectinicas Waxy 1 y Waxy 2 para la mayoria de los loci principales Glu-1, Glu-3/Gli-1 y Gli-2, ademas de para los loci menores Gli-A4, V Gli-D4, Gli-B5 y un locus que codifica gluteninas LMW y esta situado en el cromosoma 6B y estrechamente ligado al locus Gli-B2. Tambien se ha detectado recombinacion entre los loci Glu-D3 y Gli-D1. El estudio de las correlaciones ha detectado una cierta independencia entre los parametros de calidad harino-panadera y los parametros de viscosidad del almidon. Se ha comprobado la gran influencia del alelo que codifica para las subunidades de gluteninas HMW 5+10 frente a su variante alelica 2+12 y de la presencia de la sobreexpresion de la subunidad de gluteninas HMW Bx7 sobre la calidad harinopanadera. Ademas de la influencia de otros loci que codifican para subunidades de gluteninas HMW, LMW, gliadinas y, en menor medida, puroindolinas. No detectandose influencia de los loci que codifican para las isoproteinas waxy, ni del locus Gli-D4. Siendo el orden de influencia de los loci sobre la calidad harino-panadera: Glu-1 > Glu- 3/Gli-1 ≥ Gli-2 > Pin-D1. Tambien se ha comprobado la gran importancia de los loci que codifican para las isoproteinas waxy sobre el contenido en amilosa y la viscosidad del almidon. Para el contenido en amilosa y el tiempo en el pico de viscosidad del RVA solo se ha observado la influencia de los loci waxy, pero no se han encontrado grandes diferencias entre ellos. Y se ha observado una influencia menor de los loci que codifican para puroindolinas y prolaminas sobre dos de los parametros de viscosidad del almidon, el pico de viscosidad y la caida de viscosidad del RVA, siendo el orden de influencia de los loci sobre estos dos parametros de viscosidad: Wx-1 > Gli-2 > Pin-D1 > Glu-1 > Glu-3/Gli-1. Se pone de manifiesto que el efecto de las diferentes variantes alelicas es fuertemente dependiente del fondo genetico del material. Como se observa para la translocacion 1B/1R, cuyo efecto en el detrimento en la calidad harino-panadera es anulado por la presencia de la sobreexpresion de la subunidad de gluteninas de HMW Bx7. Se ha identificado una nueva subunidad de gluteninas C-LMW, codificada por un locus situado en el cromosoma 6B, que produce una mejora en la calidad harinopanadera. Se ha confirmado que para los tres loci waxy el alelo b produce menor contenido en amilosa que el alelo a. Y se ha observado que las lineas con un contenido en amilosa entre el 4 y el 14 % dan lugar a curvas de RVA con dos picos de viscosidad y que existe una correlacion positiva entre el contenido en amilosa y todos los parametros de viscosidad del RVA. SUMMARY The purpose of this doctoral thesis has been to advance in the genetic and functional knowledge of the waxy partial lines, grain texture and prolamins. It also aims to determine the influence of the high-molecular-weight glutenin subunits (HMW) and low-molecular-weight glutenin subunits (LMW), gliadins, secalins, overexpression of the Bx7 HMW glutenin subunit, waxy isoproteins and puroindolines in the breadmaking quality and in starch viscosity. In order to evaluate the breadmaking quality as well as the starch viscosity and to determinate the influence of the wheat grains various components in final quality, we used F5 populations from Ablaca x Line Waxy 2, Califa x Line Waxy 1 and Amarok x Line Waxy 2 crosses. In these populations we have determined the HMW and LMW glutenin subunits composition, gliadins and waxy isoproteins and the presence of 1B/1R translocation in SDS-PAGE and A-PAGE gels, as well as the composition in puroindolines, and the presence of the overexpression of the Bx7 HMW glutenin subunit through PCR techniques. The following quality tests were made: grain protein content, SDS-sedimentation volume, mixograph, amylose content, viscosity test through RVA and alveograph. The segregation of F2 grains from the crosses: hexaploid wheat Ablaca x amylopectine Line Waxy 1, and hexaploid wheat Amarok x amylopectine Line Waxy 2 was also studied. Following electrophoresis techniques, the HMW and LMW glutenin subunits and gliadins composition was analyzed by SDS-PAGE and A-PAGE gels. The prolamin genetic analysis results have confirmed the previous results for the allelic variants of Ablaca, and have determined the allelic variants in Amarok and in Waxy 1 and Waxy 2 lines, in the majority of the main Glu-1, Glu-3/Gli-1 and Gli-2 loci, together with the minor Gli-A4, Gli-D4 and Gli-B5 loci and a locus that encodes LMW glutenins, located into the 6B chromosome and closely linked to the Gli-B2 locus. Recombination could also be detected between Glu-D3 and Gli-D1 loci. The correlation study has shown certain independence between the breadmaking quality parameters and the starch viscosity ones. We could confirm the strong influence of the allele that encodes for the HMW glutenin subunits 5+10 compared to its allelic variant 2+12, and of the presence of the overexpression of the Bx7 HMW glutenin subunit on the breadmaking quality. Moreover, the influence of other loci that encode for the HMW and LWM glutenin subunits, gliadins and, in lower proportion, puroindolines. But neither the influence of the loci encoding for the waxy isoproteins, nor of the Gli-D4 locus were detected. The order of the loci influencing on the breadmaking quality was: Glu-1 > Glu-3/Gli-1 ≥ Gli-2 > Pin-D1. We have also tested the great importance of the loci that encode for the waxy isoproteins on the amylose content and the starch viscosity: As far as the amylose content and the time viscosity peak of RVA are concerned, we could only observe the influence of the waxy loci, without much difference between them. We have also observed a minor influence of the loci that encode for the puroindolines and the prolamins on two of the starch viscosity parameters, the viscosity peak and the breakdown viscosity of RVA, so we determine the influence of the loci on these two parameters as follows: Wx-1 > Gli-2 > Pin-D1 > Glu-1 > Glu-3/Gli-1. It is obvious that the effect of the various allelic variants strongly depends on the genetic background. Exactly as observed for the 1B/1R translocation, its deteriorate effect on breadmaking quality is cancelled due to the presence of the overexpression of the Bx7 HMW glutenin subunit. A new C-LMW glutenin subunit has been identified encode by a locus located in the 6B chromosome which produces a substantial improvement on the breadmaking quality. It has been confirmed for the three waxy loci that the b allele produces less amylose content than the a allele. It could also be observed that the lines with a percentage of amylose between 4 and 14% generate RVA curves with two viscosity peaks and that there is a positive correlation between amylose content and all the RVA viscosity parameters.