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Le scienze “omiche” genomica, proteomica e metabolomica sono approcci complementari utilizzati per dare una completa visione dell’intero sistema biologico. In questo lavoro di tesi è stato affrontato l’approccio metabolomico, ovvero lo studio dei profili metabolici di semi derivati dalla varietà di mais transgenico PR33P67 e della corrispondente varietà tradizionale PR33P66 usando tecniche NMR mono-bidimensionali, in modo tale da fornire informazioni sullo stato attuale del sistema definendo il reale fenotipo. La tecnica d’elezione, scelta per l’indagine metabolomica è la Risonanza Magnetica Nucleare, poichè ci permette di ottenere dati qualitativi e quantitativi di molti metaboliti che costituiscono il complesso biologico; inoltre risulta essere una tecnica non distruttiva che consente, contemporaneamente, la rilevazione dei dati in tempi rapidi. Studiare il profilo metabolico dei semi GM PR33P67 è di particolare interesse, poiché i prodotti del mais sono un’importante fonte per i nutrienti ed anche una parte essenziale della dieta umana e dei cibi animali (entrambi usati attraverso diretto consumo). La varietà transgenica contiene un gene funzionale Cry1A(b), che conferisce alla pianta l’abilità di produrre la tossina insetticida Bt. Negli estratti del seme di mais sono stati identificati circa quaranta metaboliti idrosolubili per dare una più completa assegnazione dell’1H e del 13C rispetto all’assegnazione riportata in letteratura. Per la prima volta sono stati identificati nello spettro 1H NMR di estratti di semi di mais i seguenti metaboliti: etanolo, acido lattico, acido citrico, lisina, arginina, glicin-betaina, raffinosio, trealosio, -galattosio e l’adenina. Gli spettri protonici di campioni di semi di mais transgenici e non2 transgenici risultano essere conservativi, poiché mostrano gli stessi segnali e di conseguenza gli stessi metaboliti. Tuttavia, è stato osservato che negli estratti transgenici rispetto ai non-transgenici vi è una più elevata concentrazione di etanolo, acido citrico, glicin-betaina, trealosio cosiccome in altri composti non ancora identificati. Di conseguenza, è stato possibile discriminare i profili metabolici tra la varietà transgenica e non-transgenica attraverso l’uso di una appropriata analisi statistica. L’approccio metabolomico (come l’approccio genomico e proteomico) ha avuto molto successo nell’ambito scientifico, diffondendosi anche nel settore alimentare, soprattutto in cibi transgenici, poiché è necessario determinare la sicurezza e la salubrità del prodotto. The “omic” sciences, genomics, proteomics, and metabolomics, are complementary approaches which are used in order to give a complete vision of the entire biological system. In this thesis the metabolomic approach, that is the deepening of the metabolic profiles of seeds derived from the transgenic maize variety PR33P67 and the corresponding traditional variety PR33P66, has been used. One- and two-dimensional NMR techniques were used, in order to give information about the actual status of the system by defining the real phenotype. The Nuclear Magnetic Resonance is the technique of choice for the metabolic investigation, because it allows us to obtain identification and quantification data of many metabolites which determine the biological complex; besides it is a technique that is not destructive but it permits, at the same time, to detect the data in short time. The GM maize seed metabolic profile is of particular interest because maize products are an important source of nutrients and, therefore, an essential part of the human diet (both through direct consumption and animal feeds). The transgenic variety carries a functional Cry1A(b) gene, which confers to the plant the ability to produce Bt insect toxin. About forty water-soluble metabolites in the maize seed extracts were identified, providing a more complete 1H and 13C NMR assignment with respect to the assignment reported in the literature. In particular, ethanol, lactic acid, citric acid, lysine, arginine, glycine-betaine, raffinose, trehalose, -galactose, and adenine were identified for the first time in the 1H NMR spectrum of maize seed extracts. The 1H spectra of transgenic and non-transgenic maize seed samples turned out to be conservative, showing the same signals and therefore the same metabolites. However, a higher concentration of ethanol, citric acid, 2 glycine-betaine, trehalose, as well as of another compound not yet completely identified, was observed in the transgenic extracts than in non-transgenic samples. So, it was possible to discriminate between transgenic and non-transgenic metabolic profilings through the use of an appropriate statistical analysis. The metabolic approach (as well as the genomic and proteomic approach) has had a great success in the scientific research and also in the nutrition field, above all in transgenic food, because it is important to determine the health status and safety of the product. Dottorato di ricerca in Genetica e biologia cellulare |
