Bioprospecção, metabolômica e caracterização amilácea e de carotenoides em germoplasma biofortificado de mandioca (Manihot esculenta Crantz) via ferramentas de bioinformática

Abstract

Neste estudo, realizou-se a determinação do metaboloma parcial de raízes de genótipos de mandioca (Manihot esculenta Crantz) cultivados no sul do Brasil enfatizando a sua composição carotenoídica e de amido através da espectrofotometria UV-visível e Cromatografia Líquida Alta Eficiência. As raízes de mandioca ricas em ß-caroteno são um importante alimento básico para populações com risco de deficiência de vitamina A. Os genótipos de mandioca com alta atividade provitamina A foram identificados como uma estratégia para reduzir a prevalência de deficiência dessa vitamina. O conjunto de dados obtidos pelas técnicas analíticas utilizadas foi utilizado para a construção de um modelo descritivo por análise quimiométrica. Os genótipos com raízes de polpa amarelas foram agrupados pelas maiores concentrações de cis- ß -caroteno e luteína. Inversamente, os genótipos das raízes de coloração creme foram agrupados precisamente devido às suas menores concentrações desses pigmentos, uma vez que as amostras ricas em licopeno (coloração rosada) diferiram entre os genótipos estudados. Em relação à composição de amido, detectou-se uma ampla variação nos teores de amilose entre os genótipos estudados, com quantidades variando de 15,30 a 27,22%. Todas as amostras de amido de mandioca analisadas apresentaram padrão de difração de raios X tipo B, com valores de índice de cristalinidade variando entre 37,3 a 49,1%. As curvas de perfil RVA mostraram temperaturas de formação de pasta iniciais variando de 63,25 a 65,35° C, com temperaturas de viscosidade máximas entre 98,31 e 99,74°C. O setback variou de 627 a 965 mPa s. Análises quimiométricas foram aplicadas a um conjunto de dados de Espectroscopia vibracional de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) das amostras de amido de mandioca. A classificação de genótipos via PCA usando a região de fingerprint de carboidratos mostrou claramente diferenças na composição de carboidratos. A abordagem analítica utilizada (UV-Vis, HPLC, XRD, FTIR e quimiometria) mostrou-se eficiente para a compreensão da quimiodiversidade dos genótipos de mandioca estudados, permitindo classificá-los de acordo com características importantes para a saúde humana e nutrição.

Abstract : In this study, the metabolomics characterization focusing on the carotenoid and starch composition of cassava (Manihot esculenta) genotypes cultivated in southern Brazil by UV-visible scanning spectrophotometry and reverse phase-high performance liquid chromatography was performed. Cassava roots rich in ß-carotene are an important staple food for populations with risk of vitamin A deficiency. Cassava genotypes with high pro-vitamin A activity have been identified as a strategy to reduce the prevalence of deficiency of this vitamin. The data set was used for the construction of a descriptive model by chemometric analysis. The genotypes of yellow-fleshed roots were clustered by the higher concentrations of cis- ß-carotene and lutein. Inversely, cream-fleshed roots genotypes were grouped precisely due to their lower concentrations of these pigments, as samples rich in lycopene (red- fleshed) differed among the studied genotypes. Regarding the starch composition, a wide range of variation in amylose contents among genotypes was detected, with amounts ranging from 15.30 to 27.22%. All samples of cassava starch analyzed exhibited X-ray diffraction pattern type B, with values of crystallinity index dispersed between 37.3 to 49.1%. The RVA profile curves showed initial pasting temperatures varying from 63.25 to 65.35°C, with maximum viscosity temperatures between 98.31 and 99.74°C. The setback ranged from 627 to 965 mPa s. A further chemometric analysis was applied to a Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) dataset of the cassava starch samples. The classification of genotypes via PCA using the carbohydrate fingerprint region clearly showed differences in their carbohydrate composition. The analytical approach (UV-Vis, HPLC, XRD, FTIR and chemometrics) used showed to be efficient for understanding the chemodiversity of cassava genotypes, allowing to classify them according to important features for human health and nutrition.