Strategie per l`accumulo nelle piante di metaboliti di interesse

Paolo Ranalli, Daniela Trono
Accademia dei Georgofili
Giornata di studio
Innovazioni nelle produzioni agricole
destinate all’industria alimentare e farmaceutica
31 ottobre 2013
Firenze
Logge Uffizi Corti
METABOLITI SECONDARI
PIANTE
Sostanze tossiche contro
patogeni, erbivori, ecc.
Sostanze che favoriscono
le simbiosi
UOMO
Sostanze con un ruolo farmacologico,
cosmetico, industriale
Sostanze con un ruolo salutistico
(pro-vitaminico, vitaminico,
antiossidante, ecc.)
Prodotti nutraceutici
Sostanze che favoriscono la
riproduzione
Composti fenolici
Alcaloidi
&
Glucosinolati
Terpenoidi
Fotosintesi
METABOLISMO PRIMARIO DEL CARBONIO
Eritrosio-4-P
Fosfoenolpiruvato
Piruvato
Acetil CoA
SCICHIMATO
MALONIL CoA
Aminoacidi
aromatici
Acidi fenolici
C6-C1
Fenilpropanoidi
C6-C3
Tannini
idrolizzabili
[C6-C1]n
Lignani
[C6-C3]2
Lignina
[C6-C3]n
Stilbeni
C6-C2-C6
Flavonoidi
C6-C3-C6
Tannini condensati
(Proantocianidine)
[C6-C3-C6]n
Cutina,
suberina [C6C3]n
CO2
SORGENTE
Tè verde
Caffè
COMPOSTO
QUANTITA’ PRESENTE
Catechine (flavonoidi)
25-30% del peso secco
Acido clorogenico (caffeilchinico)
6-10% del peso secco
Catechine ed epicatechine (flavoniodi)
Cacao
Proantocianidine (tannini condensati)
Antocianine, catechine ed epicatechine (flavoniodi)
Vino rosso
Mela
Pera
Arancia rossa
Fava
Fagiolo rosso
Proantocianidine (tannini condensati)
Stilbeni (resveratrolo)
Proantocianidine (tannini condensati)
3-5% di cacao puro
1-2% di cioccolato fondente “Dark”
40-150mg/L
1-20 mg/L
2300-5000 mg/Kg
1200-2500 mg/Kg
Antocianine (flavonoidi)
Flavanoli (flavonoidi)
150 mg/Kg
Proantocianidine (tannini condensati)
5 g/Kg
Effetti benefici dei composti fenolici sulla salute umana
Stimolazione del
sistema immunitario
Prevenzione delle
maculopatie
Stilbeni
Catechine
Prevenzione dei
tumori
Acidi fenolici
Prevenzione delle
malattie cardiovascolari
Flavonoidi
Rallentamento dei processi
di invecchiamento
Rafforzamento delle
pareti delle arterie
Prevenzione dell’obesità
Fotosintesi
METABOLISMO PRIMARIO DEL CARBONIO
Eritrosio-4-P
Fosfoenolpiruvato
Piruvato
CICLO DI
KREBS
Acetil CoA
SCICHIMATO
Aminoacidi
aromatici
Acidi fenolici
C6-C1
Fenilpropanoidi
C6-C3
MALONIL CoA
Aminoacidi
alifatici
METABOLITI SECONDARI
CONTENENTI AZOTO
(Alcaloidi, glucosinolati, ecc.)
Tannini
idrolizzabili
[C6-C1]n
Lignani
[C6-C3]2
Lignina
[C6-C3]n
Stilbeni
C6-C2-C6
Flavonoidi
C6-C3-C6
Tannini condensati
(Proantocianidine)
[C6-C3-C6]n
Cutina,
suberina [C6C3]n
CO2
SORGENTE
FAMIGLIA
COMPOSTI
AZIONE
Solanacee
Atropina
Antispasmodico,
midriatico
Papaver somniferum
Papaveracee
Codeina
Morfina
Analgesico, antitussivo
Analgesico
Mucuna deedingiana
Fabacee
L-Dopa
Anti-Parkinson
Avena sativa
Poacee
Melatonina
Miorilassante
Cinchona ledgeriana
Rubiacee
Chinino
Antimalarica, tonico
Catharanthus roseus
Apocynacee
Vinblastina
Vincristina
Antitumorale
Brassicacee
Sinigrina,
gluconapina,
glucobrasscanapina,
ecc.
Antitumorale
Atropa belladonna
Broccoli, cavolini di Bruxell,
cavolo cappuccio, cavolo
verde, cavolfiore
Effetti benefici dei glucosinolati sulla salute umana
Prevenzione dei tumori
Sinigrina
Sinalbina
Azione antimicrobica
Glucobrassicina
Fotosintesi
METABOLISMO PRIMARIO DEL CARBONIO
G-3-P
Eritrosio-4-P
Fosfoenolpiruvato
Piruvato
CICLO DI
KREBS
Acetil CoA
SCICHIMATO
Aminoacidi
aromatici
Acidi fenolici
C6-C1
Fenilpropanoidi
C6-C3
MALONIL CoA
Aminoacidi
alifatici
METABOLITI SECONDARI
CONTENENTI AZOTO
MEVALONATO
CO2
DOX-5-P
Isopentenil
pirofosfato
Geranilpirofosfato C10
Monoterpeni C10
(Alcaloidi, glucosinolati, ecc.)
Tannini
idrolizzabili
[C6-C1]n
Sesquiterpeni C15
Lignani
[C6-C3]2
Lignina
[C6-C3]n
Stilbeni
C6-C2-C6
Flavonoidi
C6-C3-C6
Tannini condensati
(Proantocianidine)
[C6-C3-C6]n
Cutina,
suberina [C6C3]n
Farnesilpirofosfato C15
Triterpeni C30
Diterpeni C20
Geranilgeranil pirofosfato C20
Tetraterpeni C40
Politerpeni
SORGENTE
COMPOSTI
CLASSE
Limonene, pinene, mentolo, lavandulolo,
canfora, geraniolo, ecc
Monoterpeni
Camomilla, patchouli, vetiver,
chiodi di garofano
Bisabololo, patchoulolo, vetivone,
cariofillene
Sesquiterpeni
Rosmarino, caffè, gimnosperme
Cafestolo, cafeolo, carnosolo,
acido abietico
Gibberelline, fitolo
Diterpeni
Acido oleanolico, acido ursolico, acido
morolico, acido betulico
Triterpeni
Carotenoidi: β -carotene, licopene,
luteina, zeaxantina
Tetraterpeni
Gomma
Gutta-percha
Politerpeni
Limone, aghi di pino, menta,
lavanda, fiori e frutti
Basilico, origano, timo, mela,
Carote, pomodori, peperoni, mais,
pesche, ecc.
Hevea brasiliensis
Palaquium gutta
Effetti benefici dei composti carotenoidi sulla salute
umana
Visione
Pro-Vitamina A
Retinale
Pelle
Retinolo
Acido retinoico
Denti
Ossa
Effetti benefici dei composti carotenoidi sulla salute umana
Antiossidanti
Stimolazione del sistema
immunitario
Prevenzione delle
maculopatie
Prevenzione dei
tumori
Prevenzione delle malattie
cardiovascolari
Rallentamento dei processi
di invecchiamento
Miglioramento genetico tradizionale
X
OK
Selezione Assistita da Marcatori (MAS
MAS))
X
OK
Accumulo di un composto
di interesse
Via metabolica
A
E1
Genotipo
B
E2
C
E3
D
E4
E
E5
Composto di interesse
E2
Gene
Transcritto
Carotenoidi in Frumento duro
Semola
Endosperma
Cariosside di frumento duro
H
COOH
Acido linoleico
(LH)
H
LOX-Fe3+
COOH
H
LOX-Fe2+
COOH
Perdita di colore nel
prodotto finito
Ossidazione
(bleaching) dei
carotenoidi
Radicali dell’acido linoleico
(L•)
H
O2
LOX-Fe2+
COOH
Perossi-radicale dell’acido linoleico
H
(LOO•)
OO
LOX-Fe2+
COOH
H
Idroperossido dell’acido linoleico
(LOOH)
HOO
ISOFORMA
GENE
CROMOSOMA
STADIO
Semi maturi
LOX-1
Lpx-1
Gruppo 4
LOX-2
Lpx-3
Gruppo 4
Semi in
germinazione
LOX-3
Lpx-2
Gruppo 5
Semi in
germinazione
Identificazione dei diversi geni di LpxLpx-B1 in frumento duro
Cromosoma 4 BS
Identificazione dei diversi geni di LpxLpx-B1 in frumento duro
ISOFORMA
GENE
ALLELE
CROMOSOMA
STADIO
Lpx-B1.1a
Lpx-B1.1
Lpx-B1.1c
LOX-1
Semi maturi
Lpx-B1.1b
Lpx-B1.2
Lpx-B1.2
Lpx-B1.3
Lpx-B1.3
4BS
Carotenoidi in Frumento duro
Varianti alleliche del gene Lpx-B1.1
Lpx-B1.1a
Lpx-B1.1b
Lpx-B1.1c
Alta attività LOX
Media attività LOX
Bassa attività LOX
Perdita di carotenoidi durante la pastificazione
Lpx-B1.1a
Lpx-B1.1b
Lpx-B1.1c
Carotenoidi in Frumento duro
Varianti alleliche del gene Lpx-B1.1
Lpx-B1.1a
Lpx-B1.1b
Lpx-B1.1c
Alta attività LOX
Media attività LOX
Bassa attività LOX
Grazie per l’attenzione