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Title: Profiling trascrizionale e proteomico comparativo della cv. di frumento tenero Bobwhite e della sua corrispondente linea transgenica che sovraesprime un gene codificante una lmw-gs
Other Titles: Comparative transcriptional and proteomic profiling of bread wheat cv. Bobwhite and its derived transgenic line over-expressing a lmw-gs gene
Authors: Scossa, Federico
Keywords: Transgenic wheat;Low-molecular-weight glutenin subunits;Microarray;Proteome;Endosperm;Gene expression;Grano transgenico;Glutenine a basso peso molecolare;Proteoma;Endosperma;Espressione genica;AGR/07;BIO/04
Issue Date: 14-Mar-2006
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 18. ciclo
Abstract: 
Il frumento costituisce uno dei maggiori cereali nel mondo ed è la fonte principale di proteine di origine vegetale nell’alimentazione umana. Per questi motivi, è sempre stato oggetto di programmi di miglioramento genetico sia classico che avanzato, mediante l’impiego di tecnologie di ingegneria genetica.
La qualità dei prodotti finali ottenuti dalla farina di grano è determinata, per la maggior parte, dalle proteine del glutine. Queste costituiscono un insieme complesso di polipeptidi e rappresentano circa l’80 % delle proteine totali del seme. Le proteine del glutine sono le determinanti delle proprietà visco-elastiche degli impasti, e la loro quantità nel seme è direttamente correlata con la qualità dei prodotti finali.
Recenti ricerche mirate all’incremento della quantità di proteine del glutine nel seme si sono concentrate sull’introduzione di copie addizionali di geni mediante tecniche di ingegneria genetica. Abbiamo quindi prodotto e caratterizzato una linea transgenica di frumento tenero che sovraesprime una LMW-GS (Low-Molecular-Weight Glutenin Subunit, subunità gluteninica a basso peso molecolare), la cui quantità, nel seme, influenza le proprietà tecnologiche della farina.
Al fine di definire le conseguenze dell’inserzione/espressione del transgene e quelle dovute alla trasformazione genetica sull’espressione genica globale dell’endosperma, abbiamo eseguito un profiling comparativo (proteomico e trascrizionale) tra i semi della linea transgenica e quelli della linea di controllo non trasformata.
L’analisi microarray ha mostrato che, durante lo sviluppo del seme, 542 unigeni sono differenzialmente espressi. Quelli per i quali è disponibile un’annotazione sono stati classificati secondo la categoria funzionale cui appartengono. Questo ha permesso di avere una panoramica delle risposte del genoma alla trasformazione genetica ed all’espressione del transgene. Attraverso la sovrapposizione dei profili di espressione abbiamo identificato alcuni geni fortemente correlati all’espressione del transgene durante la maturazione del seme. Abbiamo anche discusso le implicazioni che la sovraespressione del gene lmw-gs comporta nello smistamento e nell’accumulo delle sostanze di riserva nei grani in sviluppo.
L’espressione differenziale di alcuni geni codificanti proteine di riserva del seme è stata confermata, in grani maturi e in sviluppo, attraverso l’analisi proteomica quantitativa delle corrispondenti proteine.
I dati presentati definiscono, in parte, l’insieme delle risposte alla trasformazione genetica e alla sovraespressione di un transgene lmw-gs nei grani in sviluppo di frumento tenero.

Since wheat is indisputably one of the major food crops in the world and the single most important source of plant protein in the human diet, it has always been a target of choice for classical and biotechnological-oriented breeding programs.
The quality of the wheat end-use products is largely determined by the gluten proteins, a complex mixture of polypeptides accounting for up to 80% of the total seed proteins. Gluten proteins are the determinants of the visco-elastic properties of the wheat doughs, and their quantity in the seeds is directly correlated with the quality of end-use products.
Recent efforts to increase the quantity of gluten proteins in the seeds focused on the introduction of additional gene copies by means of genetic engineering technology. We have thus produced and extensively characterized an independent transgenic bread wheat line overexpressing a LMW-GS (Low Molecular Weight-Glutenin Subunit), whose relative quantity in the seed is expected to positively affect the technological properties of the flour.
In order to define the consequences of transgene(s) insertion/expression and the effects of genetic transformation on the global endosperm gene expression, we carried out a comparative proteomic and transcriptional profiling between the seeds of the transgenic line with its non-transformed counterpart.
Microarray analysis showed that, during the seed development, 542 unigenes were significantly differentially expressed. Those genes for which a reliable annotation was available have been classified, according to their putative functional category, to provide an overview of the genome responses to genetic transformation and trasgene(s) expression. By expression pattern matching, we identified a number of genes strongly correlated to the expression of the transgenes during the process of seed maturation. The implications of the lmw-gs over-expression on the partitioning and accumulation of storage reserves in developing wheat grains are also discussed.
Evidence for differential expression of several seed storage-related genes was confirmed at the protein level, both in developing and mature seeds, with quantitative proteomic analyses of the corresponding encoded subunits.
Our data define in part the downstream responses in developing seeds to genetic transformation and over-expression of a lmw-gs transgene in bread wheat.
Description: 
Dottorato di ricerca in Biotecnologie vegetali
URI: http://hdl.handle.net/2067/78
Rights: If not otherwise stated, this document is distributed by the Tuscia University Open Archive under a Creative Commons 2.0 Attribution - Noncommercial - Noderivs License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/)
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