Wheat grain biofortification for essential amino acids

• Published in: Pesquisa agropecuaria brasileira Vol. 58
• Main Authors: Loro, Murilo Vieira, Carvalho, Ivan Ricardo, Cargnelutti Filho, Alberto, Hoffmann, Jessica Fernanda, Kehl, Kassiana
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Embrapa Secretaria de Pesquisa e Desenvolvimento; Pesquisa Agropecuária Brasileira 01.01.2023; Embrapa Informação Tecnológica
• Subjects: AGRICULTURE, DAIRY & ANIMAL SCIENCE; AGRICULTURE, MULTIDISCIPLINARY; genetic parameters; metabolites; plant breeding; selection index; Triticum aestivum; selection index; melhoramento de plantas; genetic parameters; índice de seleção; metabólitos; plant breeding; metabolites; parâmetros genéticos; Triticum aestivum
• ISSN: 0100-204X; 1678-3921; 1678-3921
• DOI: 10.1590/s1678-3921.pab2023.v58.02860

Abstract The objective of this work was to select wheat genotypes aiming to increase the essential amino acids in their grains. The study was carried out in the 2019 crop year, in a randomized complete block design, organized in a 5x5 factorial arrangement – five environments in the state of Rio Grande do Sul, Brazil (Cachoeira do Sul, Cruz Alta, Santo Augusto, São Gabriel, and Vacaria), and five wheat genotypes ('BRS Parrudo', 'Marfim', 'Quartzo', 'TBIO Mestre', and 'TBIO Sinuelo') –, with two replicates. Polar metabolites were extracted from the flour of the ground wheat grains, derivatized, and evaluated by gas chromatography-mass spectrometry. Both variance components and genetic parameters were estimated for the metabolites. To select the genotypes for the traits of interest, the multi-trait index based on factor analysis and ideotype design, the multi-trait genotype-ideotype distance index, and the multi-trait stability index were applied. The wheat genotypes express a high genetic variability and selection possibility for gentiobiose, butyric acid, galactopyranosyl, phenylalanine, tryptophan, leucine, and isoleucine. The 'Marfim' genotype remains stable for essential amino acid levels in the studied environments. The 'Quartzo' genotype stands out in the expression of leucine, isoleucine, phenylalanine, and tryptophan in its grains. Resumo O objetivo deste trabalho foi selecionar genótipos de trigo com vista ao aumento de aminoácidos essenciais nos seus grãos. O estudo foi realizado no ano agrícola de 2019, em delineamento de blocos ao acaso, organizados em arranjo fatorial 5x5 – cinco ambientes no estado do Rio Grande do Sul, Brasil (Cachoeira do Sul, Cruz Alta, Santo Augusto, São Gabriel e Vacaria), e cinco genótipos de trigo ('BRS Parrudo', 'Marfim', 'Quartzo', 'TBIO Mestre' e 'TBIO Sinuelo') –, com duas repetições. Os metabólitos polares foram extraídos da farinha dos grãos de trigo moídos, derivatizados e avaliados por cromatografia gasosa-espectrometria de massa. Tanto os componentes de variância como os parâmetros genéticos foram estimados para os metabólitos. Para selecionar os genótipos para as características de interesse, aplicaram-se o índice multicaracterística baseado em análise fatorial e desenho de ideótipos, o índice de distância genótipo-ideótipo multicaracterística e o índice de estabilidade multicaracterística. Os genótipos de trigo expressam alta variabilidade genética e possibilidade de seleção para gentiobiose, ácido butírico, galactopiranosil, fenilalanina, triptofano, leucina e isoleucina. O genótipo 'Marfim' mantém-se estável para os níveis de aminoácidos essenciais nos ambientes estudados. O genótipo 'Quartzo' se destaca na expressão de leucina, isoleucina, fenilalanina e triptofano em seus grãos.