Variabilidade de genótipos de milho quanto à composição de carotenóides nos grãos visando a biofortificação

Abstract

A deficiência de vitamina A é a principal causa de cegueira no mundo, atingindo aproximadamente 21% de todas as crianças, com maior número de afetados, em partes da Ásia e da África. A biofortificação do milho com carotenóides pró-vitamina A, através do melhoramento genético, é uma alternativa para diminuir essa deficiência, principalmente nos países mais pobres. O grão de milho, que é um dos principais alimentos nas áreas pobres e mais atingidas pela hipovitaminose A, produz carotenóides com variabilidade de teor e perfil, o que possibilita o melhoramento. Os carotenóides são compostos lipossolúveis encontrados nas plantas, microorganismos e alguns animais, e dos 600 tipos existentes, cerca de 50 carotenóides possuem atividade pró-vitamina A. Desses, o β- caroteno é o que apresenta a maior atividade, sendo o principal alvo para o melhoramento. O objetivo desse trabalho foi à caracterização de 134 genótipos quanto ao teor e perfil de carotenóides, todos provenientes dos campos experimentais e do Banco Ativo de Germoplasma da Embrapa Milho e Sorgo, em Sete Lagoas-MG, sendo composto por variedades e híbridos comerciais provenientes de ensaio nacional, linhagens elites desenvolvidas para o programa de biofortificação e outros acessos escolhidos devido à coloração amarelo-laranja do endosperma. As análises foram realizadas em duplicata, por método espectrofotométrico, para quantificar o conteúdo de carotenóides totais, carotenos, monohidroxilados e xantofilas. As variações para as seguintes características analisadas foram: carotenóides totais (9,46 a 42,84 µg/g), carotenos (0,88 a 4,93 µg/g), xantofilas monohidroxiladas (1,13 a 7,22 µg/g) e xantofilas diidroxiladas (5,55 a 34,11 µg/g). A média de carotenóides totais foi de 22,34 µg/g destacando-se a linhagem 541332 (42,84 µg/g). Para os carotenos a média foi de 2,66 µg/g sendo a maior concentração encontrada para o BRS 1001 (4,93 µg/g); os materiais analisados apresentaram teores médios de monohidroxilados e xantofilas de 3,88 e 16,93 µg/g, respectivamente, com destaque para duas linhagens elite, a 540755 com 7,22 µg/g de monohidroxilados e a 541312-1 com 34,11 µg/g de xantofilas. Considerando os resultados, em comparação com os valores normais para o grão de milho e outros reportados por diversos autores, verifica-se que o germoplasma da Embrapa possui variabilidade e potencial para geração de grãos biofortificados, principalmente para total de carotenóides pró-vitamina A, podendo ser utilizado em programas de melhoramento que visem o aumento da concentração desta característica. Por análise multivariada, os genótipos foram agrupados pelo método de Tocher em 18 grupos, tendo como medida de dissimilaridade a distância euclidiana média, confirmando que embora haja muitas semelhanças genéticas entre os materiais, há bastante variabilidade no germoplasma estudado. Para seleção de genótipos destinados ao melhoramento, foram escolhidos os materiais de maior conteúdo de carotenóides totais e carotenos e aqueles de grupos divergentes mostrados no agrupamento de Tocher. Além disso, foi criado para cada genótipo, pela divisão de suas proporções de monohidroxilados sobre carotenos e de xantofilas sobre os monohidroxilados, dois índices, que indicavam tendência variada de genótipos em produzirem monohidroxilados e xantofilas. Assim, quatro ideótipos foram estabelecidos levando em consideração os menores índices, maior conteúdo de carotenóides totais e também maior proporção de carotenos. Estes quatro ideótipos foram incorporados aos 134 genótipos para geração de um dendrograma, por meio de análise de agrupamento pelo Método de Ward. No dendrograma foram identificados genótipos no mesmo grupo dos ideótipos, sendo selecionados como materiais promissores para o programa de biofortificação. Ao final, dentre o germoplasma estudado, 20 linhagens elite foram identificadas para o melhoramento visando o aumento no teor de pró-vitamina A no grão de milho.

Vitamin A deficiency is the leading cause of blindness in the world, reaching approximately 21% of all the mal nourished children, with the largest number of affected kids in parts of Asia and Africa. Biofortification of the maize with provitamin A carotenoids, through breeding, is an alternative to diminish this deficiency, mainly in poor countries. The maize grain is one of main staple food in poor areas reached by hipovitaminose A. Maize possess carotenoids with variability in content and profile, what makes breeding a possibility. Carotenoids are liposoluble compounds found in plants, microorganisms and some animals, and of the 600 existing types, about 50 carotenoids possess provitamin A activity. Of these substances, the β-carotene, is the main target for genetic improvement. The objective of this work was the characterization of 134 maize genotypes for carotenoids content and profile. All seeds came from the experimental fields and the Active Gene Bank of Embrapa Milho and Sorgo, at Sete Lagoas, MG, Brazil. The genotypes were commercial hybrids and varieties from national trials, inbred lines developed by the Embrapa biofortification breeding program and other accesses chosen due its yellow-orange endosperm color. The analyses were carried out in duplicates by spectrophotometric method to quantify the content of total carotenoids, carotenes, monohidroxylados and xanthophylls. The variations for the following traits: total carotenoids (9.46 to 42.84 μg/g), carotenes (0.88 to 4.93 μg/g), xanthophylls monohidroxylated (1.13 to 7.22 μg/g) and xanthophylls diidroxylated (5.55 to 34.11 μg/g). The average total carotenoid was 22.34 μg/g and the inbred line 541332 averaged 42.84 μg/g. Carotene average was of 2.66 µg/g, being the largest concentration found for BRS 1001 (4.93 µg/g); the materials analyzed averaged monohidroxylated and xanthophylls levels of 3.88 and 16.93 gμ/g, respectively, with prominence for two elite inbreds, 540755 with 7.22 μg/g of monohidroxylated and 541312-1 with 34.11 μg/g of xanthophylls. Comparing these results to ordinary averages it can be observed that the Embrapa germplasma has good variability and high potential for development of biofortified lines, mainly for total of carotenoids provitamin A. By multivariate analysis, the genotypes were grouped by the Tocher method in 18 groups, having as dissimilarity measure the average Euclidian distance. However, there are great genetic similarities among the entries. For selection of genotypes for genetic improvement, the materials were chosen for greater content of total carotenoids and carotenes and those of divergent groups shown in the Tocher grouping. In addition, for each genotype was established using the ratio monohidroxylated/carotenes and xanthophylls/monohidroxylated, two indices, to indicate tendencies to produce monohidroxilados and xanthophylls. Thus, four ideotypes were established taking in consideration the lower indices, higher contents of total carotenoids and also higher proportion of carotenes. These four ideotypes were included with the 134 genotypes for generation of a dendrogram, by the clustering method Ward. In the dendrogram was identified genotypes clustered with the ideotypes, which were selected as promising entries a biofortification breeding program. Finally, 20 elite inbred lines were also identified for breeding for provitamin A content.