AIANBA. Mejoramiento de la calidad nutricional del aceite de maíz mediante el desarrollo y selección recurrente intrapoblacional.

Selección de los principales trabajos científicos originales expuestos en el último Congreso Nacional de Maíz: Generando Valor para un Futuro Sustentable organizado por AIANBA, socia fundadora de MAIZAR en Noviembre del año pasado.

AIANBA. Mejoramiento de la calidad nutricional del aceite de maíz mediante el desarrollo y selección recurrente intrapoblacional.

En esta sección continuamos presentando una selección de los principales trabajos científicos originales expuestos en el último Congreso Nacional de Maíz: Generando Valor para un Futuro Sustentable organizado por AIANBA, socia fundadora de MAIZAR en Noviembre del año pasado.

Mejoramiento de la calidad nutricional del aceite de maíz mediante el desarrollo y selección recurrente intrapoblacional.

Eyhérabide G.H.; Percibaldi N.M.; Borrás F.S.; Presello D.A.
Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria - Estación Experimental Agropecuaria Pergamino. CC31 Pergamino 2700

Abstract

Maize oil is highly appreciated in the market due to its quality for cooking and human consumption. Maize oil is also considered as a co-product of the dry and moist milling industry. Despite its properties, there is genetic variability in the nature to enhance the quality of maize oil even further. Higher quality could arise from decreasing the percentage of saturated fatty acids, increasing the percentage of oleic acid or a combination of both. Three synthetics of maize were developed by INTA with the purpose of increase the relative content of oleic acid (synthetics SPAO1 and SPAO2) and to decrease the relative content of palmitic acid. The populations were submitted to two cycles of phenotypic recurrent selection. Positive response to selection was found in SPAO1 and SPAO2. The difference between the average oleic acid content of families derived from SPAO1 or SPAO2 with an inbred line used as a control increase at a rate of approximately 6% of oleic acid per cycle or 3% of oleic acid per year. No response to selection was detected in SPBP, probably due to the level of genetic variability or gene frequencies in the original population.

Key words: maize, oil quality; fatty acid composition; recurrent selection
Palabras claves: maíz, calidad de aceite, composición de ácidos grasos, selección recurrente

Introducción

El grano de maíz consta de varias fracciones, la principal es el endosperma (82% del peso del grano), el germen (12%), el pericarpio y restos del pedicelo (6%). El germen es la parte del grano más rica en aceite (35%), proteínas (19%) y cenizas (10%). El aceite de maíz es apreciado por su sabor suave, elevado punto de humo, alto porcentaje de triglicéridos, alto contenido de ácidos grasos insaturados, además de tocoferoles (vitamina E) con propiedades antioxidantes.

Así como en otros granos ha sido factible modificar las características del aceite, la competitividad del aceite de maíz en los mercados demanda modificaciones en su composición que permitan abrir nuevas aplicaciones para la alimentación y el uso industrial (Dunlap et al., 1995). Por su importancia en la nutrición humana, los ácidos grasos que reciben mayor atención son el palmítico (16:0), esteárico (18:0), oleico (18:1), linoleico (18:2) y el linolénico (18:3). Los dos primeros ácidos grasos son saturados, ya que no poseen dobles ni triples ligaduras entre los átomos de carbono. Cuanto mayor es la proporción de ácidos 18:2 y 18:3 aumenta la tendencia a la oxidación. La composición típica de un maíz de alto aceite es: palmítico (11%), esteárico (2%), oleico (24,1%), linoleico (61.9%) , linolénico (0.7%) y otros menos de 1% (mirístico, láurico, etc) (Lambert, 2001). Sin embargo existe suficiente variabilidad genética en la especie como para desarrollar genotipos con otra composición de ácidos grasos en el aceite.

Los aceites ricos en 18:1, 18:2 y 18:3 son líquidos a temperatura ambiente, por lo que requieren ser modificados (hidrogenados) para servir como sustitutos de la manteca. Ese proceso de hidrogenación, además de significar mayores costos, produce ácidos grasos monoinsaturados con doble ligadura en configuración trans, con propiedades físicas más similares a los ácidos grasos saturados que a los ácidos grasos monoinsaturados naturales de configuración cis. Se presume que los ácidos grasos trans serían perjudiciales para la salud, al promover un mayor contenido de colesterol en sangre. Por ello un objetivo de la industria debería ser la eliminación o reducción de la necesidad de hidrogenación. Debido a la predisposición general de los consumidores a adoptar en su dieta productos no-OGM, sería preferible la utilización de métodos convencionales para el mejoramiento de la composición de ácidos grasos en el aceite de maíz, los cuales han mostrado su eficiencia en el mejoramiento de un amplio rango de caracteres. La composición de ácidos grasos en maíz está controlada por una serie de genes que codifican para enzimas desaturasas. Se conoce por ejemplo que el gen Olc1, obtenido por mutagénesis, eleva el contenido de ácido oleico de las semillas de la línea B73 desde 27% hasta 52%, mostrando un efecto aditivo en su expresión. El gen afecta la desaturación del ácido oleico, provocando un aumento en el contenido de ácido oleico a expensas del linoleico. Se identificó además el gen ln que en estado homocigota es de alto linoleico, así como también un gen de alto esteárico. Diversos estudios han permitido concluir que esos genes pueden estar modulados por genes modificadores y genes cuantitativos. Por otra parte existen efectos ambientales sobre la composición relativa de ácidos grasos, tal como el de la temperatura durante el llenado del grano que puede modificar la relación oleico/linoleico. En general, el aceite de maíz producido en zonas cálidas posee un mayor contenido de ácidos grasos saturados en contraposición con los de zonas frescas.

En la Argentina el aceite de maíz es un co-producto de la molinería seca y húmeda. Esta industria requiere una relación endosperma /germen lo más elevada posible, a fin de lograr altos rendimientos de grits (para la molienda seca) o bien altos rendimientos de almidón (para la molienda húmeda). Ello implica que el aumento del contenido de aceite mediado por una menor relación endosperma/germen resulta desventajosa para estos fines. Sin embargo el mantenimiento de niveles de aceite compatibles con altos rendimientos industriales de grits y de almidón, pero con una composición de ácidos grasos modificada, abre posibilidades para desarrollar aceites de maíz con calidad diferenciada que constituyan un co-producto de mayor valor para la molinería. Entre los objetivos relacionados con la calidad para consumo humano, resultan relevantes la disminución del contenido de ácidos grasos saturados y el aumento del contenido relativo de ácido oleico. Este último factor reduce el enranciamiento del aceite y reduce las probabilidades de ocurrencia de cardiopatías coronarias.

En trabajos previos, el INTA realizó una caracterización preliminar de líneas endocriadas de maíz propias y otras desarrolladas por universidades de los EEUU. Se encontró que, en general, los materiales argentinos poseían contenidos relativos de ácido oleico por encima de los que exhibían materiales del medio oeste de EEUU. Entre las líneas locales se identificaron algunas con contenidos de ácido oleico en el rango de 45 a 50%, aproximadamente. Posteriores trabajos permitieron demostrar que el nivel de ácido oleico en los híbridos resultantes de cruzamientos entre líneas que diferían en su contenido de ácido oleico resultaba intermedio al de sus líneas progenitoras, indicando un control aditivo del carácter (Hourquescos et al., 2001) y la posibilidad de su mejoramiento mediante selección recurrente.

El objetivo del trabajo fue desarrollar y seleccionar diversas poblaciones de maíz por el contenido relativo de ácidos grasos en el aceite del grano de maíz, a fin de mejorar su calidad nutricional.

Materiales y métodos

Material vegetal: En el vivero de cría de la EEA INTA Pergamino, en la campaña 99/00 se generaron familias S1 a partir de las generaciones F2 de dos híbridos simples entre pares de líneas caracterizadas por poseer un contenido relativo de ácido oleico entre 45 y 50%, así como también de la F2 de su híbrido doble. De cada espiga S1 se tomó una muestra de diez semillas para determinar en el laboratorio la composición relativa de ácidos grasos. Del total de familias analizadas, se seleccionaron y posteriormente se recombinaron 26 (promedio de oleico 53.9%) para generar las poblaciones SPAO1(C0), y 9 familias para generar SPBP (C0) (promedio de palmítico 8,9%). La población SPAO2 (C0) se obtuvo a partir de la recombinación de los híbridos posibles entre cinco líneas de alto contenido de oleico, cuatro de las cuales fueron comunes a las demás poblaciones. Las poblaciones SPAO1, SPAO2, y SPBP fueron sometidas a dos ciclos de selección recurrente fenotípica intrapoblacional, similar a la realizada por Sprague and Brimhall (1952), citado por Hallauer y Miranda (1988) para modificar la composición de ácidos grasos en el aceite. Cada ciclo de selección recurrente requirió en sembrar una muestra de aproximadamente 1000 individuos, de los cuales 150 fueron autofecundados. Finalmente se cosecharon espigas con grano S1 sobre los 100 individuos que mostraban mejores características agronómicas. En laboratorio se determinó la composición de ácidos grasos sobre muestras de diez semillas extraídas de la porción central de cada espiga S1. Posteriormente se realizó selección por truncamiento del 10% de las familias que mostraban la composición de ácidos grasos más conveniente para los objetivos de selección buscados. En el caso de SPBP, el objetivo de selección aplicado a partir de C2 fue reducir el contenido relativo de ácidos grasos saturados (palmítico + esteárico). En ciertos casos el número de familias generadas y analizadas fue menor a 100 (81 en SPAO1(C0), 82 en SPAO2(C0), 79 en SPAO2(C1), y 82 en SPBP(C0)). El contenido relativo de ácidos grasos para las muestras de grano S1 de individuos correspondientes al ciclo 0 de las poblaciones correspondió a genotipos cultivados en el vivero de invierno en la provincia de Formosa. En los otros casos, las evaluaciones se efectuaron sobre muestras cultivadas en el vivero de verano de Pergamino, junto con muestras de una línea de alto oleico que intervino en el origen de las poblaciones.

Determinaciones analíticas: Para determinar la composición acídica de cada una de las muestras se utilizaron diez granos colectados de la parte central de la espiga, y se empleó la metodología descripta por Percibaldi et al (1997).

Procedimientos estadísticos: Las poblaciones correspondientes al ciclo 1 (C1) de selección recurrente de SPAO1, SPAO2 , SPBP y de SPBE (un stock genético de bajo contenido de ácido esteárico) fueron evaluadas por comportamiento agronómico y características de ácidos grasos en tres ambientes en 2002/2003 y dos ambientes en 2003/2004 en el campo experimental de la EEA INTA Pergamino, siguiendo un diseño de bloques completos aleatorizados. Se incorporaron como testigos, un híbrido de ciclo corto y otro de ciclo largo.

Para evaluar la respuesta a la selección se compararon los promedios de composición relativa de ácidos grasos de los granos de espigas S1 en dos ciclos consecutivos de selección (C2 vs. C1). Para controlar el efecto del ambiente sobre la composición de ácidos grasos en muestras de grano provenientes de distintas estaciones de cultivo, se tuvo en consideración las diferencias entre los promedios de las familias S1 de cada ciclo y los de las líneas de alto oleico utilizada como testigo, bajo las mismas condiciones de ambiente. A juzgar por el comportamiento relativamente estable de la línea testigo a través de ambientes (rango de 50.9 a 52.2% de ácido oleico) puede pensarse que el efecto confundido del ambiente sobre la media de familias evaluadas en diferentes ambientes no sería importante. Por ello la comparación entre las medias observadas de porcentaje de ácidos grasos para las familias representativas de los ciclos 0, 1 y 2 de cada población mediante prueba t' (Steel and Torrie, 1980), asumiendo varianzas desconocidas y distintas, debe considerarse aproximada.

Resultados y discusión.

En la Tabla 1 se presentan las medias observadas para el contenido relativo de ácidos grasos de materiales experimentales y dos materiales comerciales. Se detectaron diferencias significativas para contenido relativo de ácido oleico, linoleico y linolénico (p<0.01) y esteárico (p<0.05). La interacción genotipo por ambiente resultó significativa sólo para ácido oleico (p<0.05). SPAO1(C1) y SPAO2(C1) presentaron porcentajes de ácido oleico significativamente mayores a los restantes genotipos. La población seleccionada por menor contenido de ácido palmítico (SPBP(C1)) tuvo diferencias significativas respecto a los demás materiales.

Tabla 1. Medias observadas para contenido relativo de ácidos grasos a través de cinco ambientes para cuatro poblaciones y dos híbridos testigos.

Genotipo	Contenido Relativo de Acidos Grasos
	Palmítico	Esteárico	Oleico	Linoleico
SPAO1 (C1)	10.4	1.7	54.8	33.1
SPAO2 (C1)	10.8	1.5	50.0	37.9
SPBP (C1)	9.6	1.4	43.0	43.7
SPBE	11.7	1.1	49.2	38.1
Testigo Comercial 1	12.3	3.1	46.0	38.0
Testigo Comercial 2	10.3	0.9	27.8	70.0
Media General (%)	10.8	1.6	45.1	42.0
DMS (0.05)	0.3	1.4	1.5	3.8

En la Tabla 2 se presentan los porcentajes de ácidos grasos promedios de familias provenientes de los ciclos de selección de cada población. Se detectó una diferencia significativa entre ciclos consecutivos para contenido relativo de ácido oleico en las dos sintéticas seleccionadas por tal carácter. El promedio de familias de ciclo 2 llegó al 63% de ácido oleico en SPAO1 (15,6% más que la población de partida luego de dos ciclos de selección) y al 58% de ácido oleico en SPAO2 (17,8% más que la población de partida luego de dos ciclos de selección).

Tabla 2. Promedio de contenidos relativos (%) de ácidos palmítico, esteárico, saturados (palmítico + esteárico), oleico y linoleico de familias S1 extraídas de los ciclos originales (C0), primer ciclo de selección (C1) y segundo ciclo de selección (C2) para tres sintéticas de maíz seleccionadas por alto contenido de oleico (SPAO1 y SPAO2) y bajo contenido de ácido palmítico (SPBP).

Äcido graso	Población bajo Selección ξ
	-------------SPAO1--------------				-------------SPAO2--------------				-----------SPBP-----------
	C0	C1	C2	C0		C1	C2	C0		C1	C2
Palmítico	10.3	10.4	10.4	11.1		10.6	11.3	8.9		9.7	8.9
Esteárico	1.6	1.8	1.9	1.2		1.6	2.4	1.8		1.7	1.6
Saturados	11.9	12.3	12.4	12.4		12.0	13.7	10.6		11.4	10.5
Oleicoψ	47.6	56.1	63.2	40.3		51.5	58.1	45.9		44.9	50.4
Linoleico	40.5	31.7	24.4	47.4		36.4	28.1	43.5		43.7	39.1

Para SPAO1 y SPAO2, las diferencias C1-C0 y C2-C1 resultaron significativas (p<0.01) para contenido de ácido oleico. Para SPBP, las diferencias C1-C0 y C2-C1 no resultaron significativas para porcentaje de ácido palmítico.

Los niveles de ácido oleico para la línea testigo de alto oleico medidos en los mismos ambientes que las familias extraídas de las poblaciones C1 y C2 fueron 51.7% y 52.2%, respectivamente.

En el caso de la población seleccionada por bajo contenidos de ácido palmítico, aparentemente no hubo respuesta a la selección. No obstante ello, el nivel de ácido palmítico o de palmítico + esteárico fue inferior al de las otras poblaciones. La falta de respuesta puede haberse debido a que el número de familias que dieron origen a la población habría sido insuficiente para garantizar un nivel suficiente de variabilidad genética, o que las frecuencias de partida (C0) para los alelos favorables habrían sido elevadas.

La Figura 1 presenta la distribución de porcentajes de ácido oleico y linoleico de las familias tomadas en consideración para generar la población SPAO1, las de SPAO1(C0), SPAO1(C1) y SPAO1(C2). Del análisis de la misma se observa linealidad en la respuesta. Se destaca la existencia de líneas segregantes que superan el 70% de ácido oleico y que serán seleccionadas y recombinadas para generar SPAO1(C3). La diferencia entre los promedios de ácido oleico de las familias extraídas de SPAO1(C1) fue de 4.4% respecto a la línea testigo, y se amplió a 11% en el segundo ciclo, por lo que la respuesta por ciclo podría estimarse en 6.6% más de ácido oleico por ciclo de selección. La diferencia entre los promedios de ácido oleico de las familias extraídas de SPAO2(C1) fue de -0.2% respecto a la línea testigo, y se amplió a 5.9% en el segundo ciclo, por lo que la respuesta por ciclo podría estimarse en 6.1% más de ácido oleico por ciclo de selección.

Figura 1. Distribución de porcentajes de ácido oleico y linoleico de las familias tomadas en consideración para generar la población SPAO1, las de SPAO1(C0), SPAO1(C1) y SPAO1(C2), y de dos líneas testigo de alto oleico utilizadas en la generación de las sintéticas

Los resultados obtenidos sugieren que el método de selección ha sido efectivo para mejorar únicamente el porcentaje de ácido oleico en el aceite de maíz, lográndose una respuesta hasta ahora consistente entre ciclos de selección y las dos poblaciones SPAO1 y SPAO2. La falta de respuesta observada en el proyecto destinado a disminuir el porcentaje de ácidos grasos saturados (fundamentalmente ácido palmítico) sugiere la conveniencia de incorporar eventuales materiales segregantes de bajo porcentaje de ácidos grasos saturados en SPBP. Puede pensarse en una convergencia controlada de los dos criterios de selección (alto oleico y bajos saturados) mediante la incorporación de líneas de alto oleico y bajos saturados provenientes de SPAO1 y SPAO2 en SPBP, y viceversa.

Agradecimientos: Al personal auxiliar del Grupo Mejoramiento de Maíz y del Laboratorio de Calidad de Alimentos de la EEA Pergamino. Esta investigación fue financiada por el PN INTA 520208 (1907)

Bibliografía

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Hallauer A.R., Miranda Filho, J.B. 1988. Quantitative genetics and maize breeding. 2nd. Ed.. ISU Press
Hourquescos, M.J.; Eyhérabide, G.H.; Percibaldi, N.M.; Borrás, F.S.; Robutti, J.L.. Actas VII Congreso Nacional de Maíz. AIANBA
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Percibaldi, N.M.; Borrás, F.S.; Robutti, J.L. 1997. Actas VI Congreso Nacional de Maíz. Capítulo IV:5-8
Sprague G.G; Brimhall, B. 1950. Agron. J. 42:83-88
Steel R.G.D; Torrie J.H.. 1980. Principles and procedures of statistics. A biometrical approach. McGraw-Hill.