Grani, immunogenicità e forza del glutine: basi genetiche e marker applicativi

(approfondimento 4 di Potenziale genetico e condizioni di processo nella determinazione della forza del glutine, della digeribilità e dell’immunogenicità)

Quando si crea un grano nuovo si cercano grani forti

Nel breeding diventa centrale, perché:
se vuoi aumentare la probabilità di ottenere linee “forti”, selezioni genitori con alleli/subunità favorevoli;
poi, nelle progenie, usi test rapidi (e sempre più spesso marker molecolari/proteomica rapida) per scegliere le linee migliori.
Esempi chiari:

Linee quasi isogeniche (NILs) o linee con delezioni mirate: servono proprio a isolare l’effetto di una HMW-GS sulla forza/elasticità dell’impasto. Un lavoro recente mostra che l’assenza di singole HMW-GS riduce elasticità/forza e cambia parametri alveografici. (ScienceDirect)
Studi su popolazioni (DH lines) che confrontano combinazioni di HMW-GS e il loro effetto su tratti di qualità: mostrano che l’effetto non è solo “presenza/assenza”, ma anche interazioni tra subunità. (PLOS)
Screening accelerato di linee di breeding con test rapidi di forza del glutine: utile perché nel breeding devi valutare migliaia di campioni. (MDPI)

Grani con minor potenziale genetico ma con più capacità di creare nuovi legami.
Il “potenziale genetico” (subunità, cisteine, rapporto frazioni) imposta un tetto: se mancano certe componenti strutturali, non puoi costruire una rete enorme dal nulla.
Però la “capacità di esprimere” quel potenziale dipende anche da fattori che cambiano tra varietà e lotti: accessibilità dei gruppi reattivi, cinetica di scambio tiolo-disolfuro, distribuzione iniziale delle frazioni polimeriche, ecc.
È per questo che, in pratica, si usano anche proxy come GMP e analisi di frazioni polimeriche per capire quanto la rete si sviluppa davvero. (ResearchGate)
Queste differenze biologiche si traducono nella possibilità di utilizzare specifici marker genetici e proteomici come strumenti predittivi.

Marker pratici (usabili anche in ambito professionale)
1) Profilo HMW-GS ai loci Glu-1 (Glu-A1 / Glu-B1 / Glu-D1)
Che cos’è: quali subunità HMW-GS sono presenti (es. a Glu-D1: 5+10 vs 2+12).
Perché conta: alcune combinazioni sono ripetutamente associate a migliori proprietà reologiche e panificatorie; in particolare l’allele 5+10 (Glu-D1d) e 17+18 (Glu-B1i) sono spesso riportati tra i più “efficaci”. (PMC)
Come si misura (pratico): SDS-PAGE; in contesti di screening anche MALDI-TOF. (PMC)
2) Rapporto “polimeriche vs monomeriche” (P/M) o quota di polimeri ad alto PM (SE-HPLC / estrattabilità)
Che cos’è: quanta proteina è in forma polimerica (glutenine, soprattutto ad alto PM) rispetto a frazioni più piccole/monomeriche.
Perché conta: più quota polimerica (e soprattutto polimeri grandi) → maggiore “telaio” elastico potenziale.
Come si misura: SE-HPLC (distribuzione dimensionale), oppure proxy di estrattabilità (SDS-solubile vs SDS-insolubile).
3) GMP / UPP (glutenin macropolymer; unextractable polymeric protein)
Che cos’è: frazione di polimeri molto grandi (spesso SDS-insolubili) considerata strettamente legata alla forza del network.
Perché conta: è uno dei proxy più usati per “quanto network polimerico” si può costruire ed esprimere.
4) Contenuto di tioli liberi (–SH) e stato redox
Che cos’è: quanti gruppi –SH sono liberi (e quindi potenzialmente coinvolgibili nello scambio tiolo–disolfuro).
Perché conta: non dice “quanto sarà alto W”, ma aiuta a capire la dinamica di riorganizzazione dei disolfuri (esprimibilità del potenziale), cioè quanto facilmente la rete può rimodellarsi.
Esempi documentati
A) Esempio (pane): cultivar nominate in uno studio con glutine moderato-forte
Uno studio su varietà indiane che incrocia marcatori e valutazioni reologiche indica che solo quattro varietà tra quelle analizzate combinavano alto contenuto proteico e glutine moderatamente forte: K307, DBW39, NI5439, DBW17. (PMC)

Nota: questo è un esempio “con nomi” dentro un lavoro specifico (utile come prova che la letteratura elenca cultivar), ma ovviamente è relativo al germoplasma e al contesto di quello studio.
B) Esempio (Italia, duro): varietà nominate e differenze di composizione (glutenine/gliadine)
In un lavoro su genotipi di frumento duro, vengono citate varietà come Svevo e Saragolla (più alte in glutenine e più basse in gliadine nel set considerato) e Cappelli con comportamento opposto nel confronto riportato. (doi.org)
Questo tipo di evidenza è utile perché collega composizione di partenza (rapporto frazioni) a un profilo potenzialmente più o meno favorevole per “glutine forte”.

C) Esempio (Italia, duro): qualità tecnologica e W su “vecchie cultivar”
Uno studio valuta cultivar “storiche” di duro con misure tecnologiche includendo W (alveografo) per discutere se la qualità delle vecchie cultivar sia comparabile alle moderne. (PMC)
(Lo studio è utile perché mostra che la domanda “quali cultivar hanno W alto” viene affrontata sperimentalmente su set varietali reali.)

Cultivar “forti” già esistenti e nuove

Screening di cultivar esistenti: si genotipizza/si profila HMW-GS e si misura reologia o proxy polimerici. (PMC)
Breeding (ibridazione/nuove linee): lo stesso schema è usato come criterio di selezione, ma non nasce “solo” lì. (PMC)
Grani TENERI (pane) — cultivar con profili di HMW-GS associati a qualità elevata
Esempi tratti da studi su alleli e profili di glutenina associati a tratti di qualità (principalmente per pane) (ResearchGate)

Che cosa indicano questi dati?

Le combinazioni di alleli HMW-GS con 5+10 e con alcune varianti di Glu-B1 (come 7+9, 14+15) sono frequentemente associate a migliori parametri qualitativi (es. WGC, prestazioni di impasto) in studi su molti genotipi di frumento tenero.
Alcuni genotipi hanno punteggi “Glu-1 score” molto elevati (≃ 9–10), fenomeno correlato a potenziale genetico di qualità del glutine più forte. (ResearchGate)
Grani DURIs (pasta / pane di duro) — esempi e considerazioni (profilo proteico e qualità)
Per il frumento duro (Triticum durum) la letteratura è più varia e spesso i lavori sono su collezioni locali o su variabilità genetica, piuttosto che su nomi specifici di cultivar “classificate per qualità del glutine”. Tuttavia esiste documentazione utile su profilo allelico della glutenina in linee di duro e la sua relazione con caratteristiche qualitative (anche per impieghi diversi da pasta). (Springer Nature Link)

Creso (cultivar storica italiana di frumento duro)
Cultivar ottenuta negli anni ’70 tramite mutagenesi e selezione, largamente utilizzata come genitore in programmi di breeding per combinare resa, adattamento e qualità tecnologica.

Riferimenti scientifici:

De Vita, P., et al. (2007). Genetic improvement effects on yield stability in durum wheat cultivars grown in Italy. Euphytica.
De Vita, P., et al. (2010). Effects of genetic improvement on protein content and gluten quality in durum wheat grown in Italy. European Journal of Agronomy.
Laidò, G., et al. (2013). Genetic diversity and population structure of durum wheat (Triticum durum) landraces and cultivars using SSR markers. Genetic Resources and Crop Evolution.
Perché rilevante qui:

Creso compare spesso come genitore o riferimento in studi che analizzano il miglioramento progressivo di parametri come contenuto proteico, indice di glutine e caratteristiche di impasto, mostrando come il breeding abbia aumentato nel tempo la qualità tecnologica del duro.

Simeto (cultivar moderna italiana di frumento duro)
Varietà selezionata in Italia e ampiamente coltivata, utilizzata come riferimento per buona qualità della semola e prestazioni tecnologiche equilibrate.

Riferimenti scientifici:

De Vita, P., et al. (2007). Genetic improvement effects on yield stability in durum wheat cultivars grown in Italy. Euphytica.
Troccoli, A., et al. (2000). Variation in grain quality traits among durum wheat cultivars grown in southern Italy. Cereal Chemistry.
Ficco, D. B. M., et al. (2014). Genetic variability in quality traits of durum wheat for pasta making. Journal of Cereal Science.
Perché rilevante qui:

Simeto è frequentemente inclusa in confronti tra cultivar moderne, mostrando buoni livelli di proteine, indice di glutine e qualità della semola, parametri collegabili anche alla composizione delle glutenine.

Nei frumenti duri, l’associazione tra profilo allelico delle glutenine, composizione proteica e qualità tecnologica è documentata soprattutto tramite studi comparativi su collezioni varietali e cultivar di riferimento come Creso e Simeto. Questo consente di usare tali cultivar come benchmark scientifici, non semplicemente come nomi commerciali.

Nota importante sulla qualità del glutine nel duro:

Per il duro la qualità tecnologica superiore non è sempre definita dagli stessi parametri di “forza” usati per il pane (W, alveografo); spesso si parla di viscoelasticità, tenacità estensibilità e capacità di formare semola/pasta. Tuttavia, la presenza di certe combinazioni di HMW-GS (anche nei tetraploidi) è stata documentata e correlata a qualità del grano (proteine totali, contenuto di glutenina ecc.). (Springer Nature Link)

Cosa ci dicono questi esempi
✅ Nei grani teneri, alcuni profili di HMW-GS combinati con determinate subunità (es. 5+10 e varianti di Glu-B1) vengono scientificamente associati a migliori parametri qualitativi del glutine (e dunque a un potenziale genetico elevato). (MDPI)

✅ Alcuni genotipi (come GW-273 e GW-322) mostrano punteggi di qualità molto alti, usati come esempi di riferimento in pubblicazioni tecniche. (Tandfonline)

✅ Nei grani duri, la letteratura include spesso elenchi di cultivar/linee con profili allelici di glutenina, utili per breeding e per correlare profili genetici a qualità (anche se i dati non sono sempre riportati con nomi “commerciali” standardizzati). (Springer Nature Link)