Il cromosoma

Horticulture Research volume 8, numero articolo: 129 (2021) Citare questo articolo

4454 accessi

18 citazioni

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

La Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) è ben nota per i suoi glicosidi steviolici (SG) molto dolci costituiti da una struttura steviolica diterpenoide tetraciclica comune e un glicono variabile. I glicosidi steviolici sono 150-300 volte più dolci del saccarosio e vengono utilizzati come dolcificanti naturali a zero calorie. Tuttavia, i composti più promettenti vengono biosintetizzati in piccole quantità. Sulla base del sequenziamento Illumina, PacBio e Hi-C, abbiamo costruito un assemblaggio a livello cromosomico di Stevia che copre 1416 Mb con un valore contig N50 di 616,85 kb e un valore N50 di scaffold di 106,55 Mb. Più di quattro quinti del genoma della Stevia erano costituiti da elementi ripetitivi. Abbiamo annotato 44.143 geni codificanti proteine ​​​​ad alta sicurezza nel genoma di alta qualità. L'analisi dell'evoluzione del genoma ha suggerito che la Stevia e il girasole si sono differenziati ~ 29,4 milioni di anni fa (Mya), poco dopo l'evento di duplicazione dell'intero genoma (WGD) (WGD-2, ~ 32,1 Mya) avvenuto nel loro antenato comune. L'analisi genomica comparativa ha rivelato che i geni espansi nella Stevia erano arricchiti principalmente per la biosintesi di metaboliti specializzati, in particolare la biosintesi delle strutture terpenoidi, e per l'ulteriore ossidazione e glicosilazione di questi composti. Abbiamo ulteriormente identificato tutti i geni candidati coinvolti nella biosintesi dell'SG. Collettivamente, le nostre attuali scoperte sul genoma di riferimento della Stevia saranno molto utili per analizzare la storia evolutiva della Stevia e per scoprire nuovi geni che contribuiscono alla biosintesi dell’SG e altri importanti tratti agronomici nei futuri programmi di allevamento.

È noto che le diete ad alto contenuto di zuccheri causano gravi problemi di salute come l’obesità e il diabete1. Alcuni paesi hanno imposto tasse sullo zucchero per ridurre il consumo di zuccheri ad alto contenuto calorico, una strategia raccomandata per ridurre il consumo di zucchero incoraggiando la sostituzione con dolcificanti a zero calorie2. I glicosidi steviolici, estratti dalle foglie di Stevia, non contengono calorie e hanno una dolcezza naturale desiderabile3. La Stevia rebaudiana (2n = 22) è un'erba dolce originaria del Paraguay e il suo estratto delle foglie è stato utilizzato per secoli come dolcificante naturale in Sud America4. Oltre alla dolcezza, i due componenti abbondanti di SG, stevioside e rebaudioside A (Reb A), possono anche fornire benefici terapeutici per il diabete di tipo 2, poiché questi composti possono migliorare direttamente la secrezione di insulina potenziando l'attività del canale TRPM5 nei modelli animali5,6. La stevia è ampiamente coltivata in Asia, Nord America ed Europa per il suo utilizzo come dolcificante naturale e nella medicina tradizionale.

Il genere Stevia appartiene alla tribù delle Eupatorieae della famiglia delle Asteraceae. Tra le circa 230 specie del genere Stevia, S. rebaudiana è l'unica che contiene SG3,7. Gli SG hanno una struttura centrale diterpenoide steviolica (aglicone) decorata con diversi modelli di glicosilazione nelle posizioni C-13 e C-193,8. Questi glicosidi diterpenoidi si trovano quasi esclusivamente nelle foglie di Stevia, rappresentando fino a circa il 20% del peso secco9,10. Stevioside e Reb A sono i due componenti principali degli SG, seguiti da Reb C, Reb F, dulcoside A, Reb D e Reb M. Esperimenti di etichettatura hanno rivelato che la spina dorsale degli SG è biosintetizzata da unità isoprenoidi a 5 atomi di carbonio, che sono derivato prevalentemente dalla via del metileritritolo fosfato (MEP)11. Le vie biosintetiche di SG e acido gibberellico (GA) condividono quattro passaggi e l'ultimo substrato comune di questi due diterpenoidi di tipo labdano è l'acido ent-kaurenoico12,13,14. Nel percorso di biosintesi degli SG, l'idrossilasi dell'acido ent-kaurenoico (ent-KAH) catalizza la 13-idrossilazione dell'acido ent-kaurenoico per formare acido ent-13-idrossi kaurenoico (steviolo), che funge da spina dorsale per tutti gli SG14,15. Quindi, una serie di processi di glicosilazione dell'aglicone (steviolo) catalizzati da una serie di glicosiltransferasi citosoliche UDP-dipendenti (UGT) porta alla produzione di diversi tipi di SG. Il glucosio è una delle principali porzioni di zucchero in tutti gli SG, mentre il ramnosio e lo xilosio sono presenti solo in alcuni SG, come Reb C e dulcoside A3.