Identification of chromosome 5A encoded polypeptides in wheat kernels

Abstract

This PhD work has been performed in the frame of the Italian project “Physical map of wheat chromosome 5A: Italian initiative for the sequencing of the whole genome”, that is part of the international initiatives ETGI & IWSC. Wheat kernel proteins are represented for 80% of gluten and for 20% by soluble proteins. Whereas chromosome localization of the former is well known, that of soluble proteins, including polypeptides with structural and metabolic functions, still needs to be identified and mapped. A proteomic approach has been performed to identify polypeptides encoded by genes on chromosome 5A. Intervarietal and interspecific chromosome substitution lines of durum and bread wheat have been used, leading to the identification of 48 soluble proteins in the two tetraploid genotypes taken into consideration, and a total of 86 proteins in the 5 bread wheat cultivars analysed. The biological functions of most of the identified polypeptides are: stress/defense; carbohydrate metabolism, protein synthesis/assembly, storage, and a significative portion corresponds to unknown proteins. The knowledge of polypeptides encoded by genes at chromosomes 5A will allow correlating their presence with specific physiological characteristics, along with quality properties.

Il presente lavoro di Dottorato è inserito nel progetto italiano riguardante la Mappatura fisica del cromosoma 5A di frumento. Questo progetto a sua volta è parte delle iniziative internazionali ETGI & IWSC. La cariosside di frumento è composta da glutine per circa l’80% mentre il 20% è rappresentato dalle proteine della frazione solubile, la quale comprende polipeptidi con funzioni strutturali e metaboliche che in gran parte devono essere ancora identificate e mappate. Un approccio proteomico è stato condotto al fine di identificare i polipeptidi codificati dai geni localizzati sul cromosoma 5A di frumento. L’utilizzo di linee intervarietali e linee di sostituzione cromosomica interspecifiche di frumento duro e tenero hanno condotto all’identificazione di 48 proteine della frazione solubile nei due genotipi tetraploidi presi in cosiderazione, e un totale di 86 proteine nelle 5 cultivar di frumento tenero analizzate. La funzione biologica della maggior parte dei polipeptidi identificati tramite spettrometria di massa risultano essere legati a risposta a stress, o coinvolti in meccanismi di difesa, metabolismo dei carboidrati, e proteine con funzione di sintesi e assemblaggio. Una parte significativa di queste proteine però ha un ruolo non precisamente definito. Una migliore conoscenza dei polipeptidi codificati dai geni localizzati sul cromosoma 5A permetterà di correlare la loro presenza sia con specifiche caratteristiche fisiologiche sia con le proprietà qualitative.