Penilaian kualitas gizi dan industri pada kultivar komersial gandum durum Spanyol

Abstrak
LATAR BELAKANG
Gandum durum merupakan bahan baku yang digunakan untuk memproduksi pasta, dan harganya ditentukan oleh karakteristik fisik biji-bijian, kekuatan gluten, dan kekuningan semolina. Kekuatan gluten terutama ditentukan oleh subunit glutenin dengan berat molekul tinggi dan rendah (HMW-GS dan LMW-GS). Kekuningan semolina ditentukan oleh lokus yang mengendalikan kandungan karotenoid dan aktivitas lipoksigenase. Arabinoksilan merupakan komponen serat makanan utama dalam endosperma gandum durum. Dua belas kultivar gandum durum ditanam di lima lokasi selama dua musim tanam. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan variabilitas dalam sifat-sifat yang disebutkan di atas; untuk menilai pengaruh genotipe, lingkungan, dan interaksinya; dan untuk menentukan variasi alel dari gen-gen utama yang terkait dengan kekuatan gluten dan kekuningan semolina.

HASIL
Karakteristik fisik biji-bijian terutama ditentukan oleh lingkungan. Namun, genotipe memberikan pengaruh kuat pada kekuatan gluten, kekuningan semolina dan kandungan arabinoxylan. Ada variasi yang luas dalam semua sifat, tetapi kandungan arabinoxylan terbatas. Untuk HMW-GS alel yang paling umum adalah Glu-A1c dan Glu-B1b , sedangkan untuk LMW-GS adalah GLU-A3a , GLU-B3a dan GLU-B2a . Mengenai gen sintesis karotenoid, Psy-A1l , Psy-B1o , Pds-B1b dan TdZds-A1.1 adalah alel yang paling sering; sementara Lpx-A3 UC1113 dan Lpx-B1.1a dominan untuk gen lipoksigenase.

KESIMPULAN
Meskipun alel terbaik untuk kualitas gluten dan warna kuning ada, keduanya tidak digabungkan dalam satu kultivar, yang membatasi pemaksimalan kualitas secara keseluruhan. Studi ini juga menyoroti pentingnya mencari donor arabinoxylan karena variabilitas genetik yang terbatas untuk sifat ini dalam kultivar gandum durum komersial. © 2025 Penulis. Jurnal Ilmu Pangan dan Pertanian yang diterbitkan oleh John Wiley & Sons Ltd atas nama Society of Chemical Industry.

SINGKATAN
Analisis Varians
analisis varians
Bahasa Indonesia: CTAB
setiltrimetilamonium bromida
GI
indeks gluten
GPC
Kandungan protein biji-bijian
GS
kekuatan gluten
LPX
lipoksigenase
HALAMAN
elektroforesis gel poliakrilamid
PDS
fitoen desaturase
PSY
fitoen sintase
Bahasa Indonesia: Frekuensi Radio
tepung terigu
TKW
berat seribu kernel
Sumbu TOT
total-arabinoksilan
TW
berat uji
VTR
sifat kaca
KAMI-AX
arabinoxylans yang dapat diekstraksi dengan air
WM
tepung gandum utuh
WU-AX
arabinoxylans yang tidak dapat diekstraksi dengan air
YAKU
indeks kuning
ZDS
ζ -karoten desaturase
PERKENALAN
Gandum merupakan salah satu tanaman pangan utama di dunia. Di bawah istilah ini beragam spesies dari genus Triticum dikelompokkan, 1 meskipun dua di antaranya adalah yang paling penting: roti atau gandum biasa ( Triticum aestivum L. ssp. aestivum ) dan gandum durum ( T. turgidum ssp. durum Desf. em. Husn.), yang pertama jelas hegemonik. Namun, gandum durum adalah serealia kesepuluh yang paling banyak dibudidayakan di seluruh dunia dengan 13,5 juta hektar dan 33,8 juta ton produksi tahunan pada tahun 2021. 2 Ini terutama dibudidayakan di daerah kering dan hangat seperti Cekungan Mediterania (Eropa Selatan dan Afrika Utara) dan digunakan untuk menghasilkan produk makanan seperti pasta, kuskus, bulgur atau roti pipih. 3 Untuk penggunaan ini, gandum durum lebih disukai daripada gandum biasa karena kapasitasnya untuk digiling menjadi semolina, glutennya yang lebih ulet, dan warna kuning yang lebih cerah. 4 Karena dua sifat terakhir menunjukkan variabilitas yang tinggi, pencarian dan evaluasi genotipe dengan nilai yang lebih baik untuk kedua karakteristik tersebut sangat dibenarkan.

Gluten digambarkan sebagai jaringan protein yang terbentuk selama persiapan adonan, terutama terdiri dari protein penyimpanan biji-bijian yang dikenal sebagai prolamin, glutenin dan gliadin yang merupakan komponen utamanya, bersama dengan konstituen minor lainnya. 5 Glutenin diklasifikasikan menjadi dua kelompok menurut berat molekulnya: subunit glutenin dengan berat molekul tinggi (HMW-GS), yang terutama dikodekan oleh gen GLU-A1 dan GLU-B1 ; dan subunit glutenin dengan berat molekul rendah (LMW-GS), yang terutama dikodekan oleh gen GLU-A3 , GLU-B3 dan GLU-B2 . Meskipun faktor lain berperan dalam fitur gluten gandum durum, LMW-GS terutama bertanggung jawab dengan memengaruhi jumlah dan distribusi polimer gluten. 6 Gluten gandum durum menghasilkan adonan yang kurang lengket dengan sifat ekstrusi yang lebih baik, tetapi karakteristik yang paling penting adalah kemampuannya untuk membentuk jaringan protein yang konsisten dengan kapasitas untuk menahan pati selama pemrosesan dan pemasakan pasta, yang memberikan karakteristik tekstur yang lebih unggul saat dimasak. 4

Warna kuning semolina terutama memainkan peran estetika dalam pasta, berkontribusi pada penerimaan konsumen yang lebih tinggi karena hubungannya dengan pasta berkualitas tinggi yang dibuat dengan semolina gandum durum dibandingkan dengan produk yang dibuat dengan tepung gandum roti. 7 Karotenoid adalah senyawa yang bertanggung jawab atas warna kuning itu, dan mencakup karoten dan xantofil, dengan yang terakhir merupakan karotenoid utama dalam gandum durum, khususnya lutein, yang mewakili sekitar 90% dari total pigmen karotenoid. Karotenoid lain, seperti zeaxanthin, dan berbagai isomer lutein dan zeaxanthin, bersama dengan karoten ( α – dan β -karoten atau β -kriptoksantin) muncul dalam jumlah rendah. 8 , 9 Komponen-komponen ini juga memiliki peran nutrisi dan kesehatan yang penting seperti sifat antioksidan, mengurangi risiko gangguan kardiovaskular dan memperkuat sistem kekebalan tubuh di antara manfaat kesehatan lainnya. 10 Lutein dan zeaxanthin memainkan peran penting dalam perlindungan daerah makula mata. 11

Karotenoid berasal dari likopen, yang disintesis dari dua molekul geranylgeranyl difosfat melalui aksi berurutan berbagai enzim, termasuk fitoena sintase (PSY), fitoena desaturase (PDS) dan ζ -karoten desaturase (ZDS), antara lain. Meskipun demikian, kandungan karotenoid awal yang tinggi dalam biji gandum tidak menjamin warna kuning yang tinggi dalam pasta atau produk gandum durum. Selama tahap pemrosesan, degradasi oksidatif dapat terjadi karena aksi berbagai enzim, di antaranya lipoksigenase (LPX) yang menonjol. 12 Akibatnya, dengan tujuan memilih kombinasi alel terbaik untuk dibiakkan bagi kultivar dengan kandungan karotenoid endogen tinggi dan aktivitas oksidatif rendah untuk menghasilkan pasta dengan warna kuning cerah, beberapa penanda fungsional untuk beberapa gen ini telah dikembangkan. 13 – 16

Dengan meningkatnya minat terhadap manfaat gizi dan kesehatan dari produk makanan berbasis sereal, komponen biji-bijian lainnya seperti serat makanan (DF) telah menarik perhatian. Istilah ini mencakup berbagai polisakarida, dengan yang utama adalah arabinoksilan (AX) dalam biji gandum. 4 Telah ditunjukkan bahwa mikrobiota usus menggunakan AX dengan memodifikasi produksi asam lemak rantai pendek di usus besar, mengatur kapasitas antioksidan, yang dikaitkan dengan pencegahan kanker usus besar. 17 Demikian pula, AX bekerja pada kadar glukosa darah dengan mengendalikan efek hipoglikemik dari respons pasca makan. 18 Berdasarkan kelarutan dan kemampuan ekstraksi dalam air, AX dapat dibagi menjadi arabinoksilan yang dapat diekstraksi dengan air (WE-AX) dan arabinoksilan yang tidak dapat diekstraksi dengan air (WU-AX). Hal ini juga berdampak pada tingkat industri; studi pendahuluan menunjukkan bahwa WE-AX dapat dikaitkan dengan pengurangan kekentalan pasta, sementara WU-AX dapat berkontribusi untuk meningkatkan pengeringan pasta. 19 , 20

Penilaian semua komponen biji-bijian ini dapat menjadi sangat penting untuk pemilihan dan/atau pengembangan kultivar gandum durum baru dengan karakteristik nutrisi dan teknologi yang ditingkatkan. Dengan demikian, tujuan dari penelitian yang dilaporkan di sini adalah untuk menentukan pengaruh genotipe, lingkungan dan interaksinya terhadap beberapa karakteristik fisik biji-bijian yang paling penting, kekuatan gluten, kekuningan semolina dan kandungan AX, dalam satu set kultivar komersial gandum durum Spanyol; dan untuk menilai variasi alel yang mendasari beberapa gen utama yang dijelaskan untuk kekuatan gluten dan kekuningan semolina untuk memahami kontrol genetik dari sifat-sifat ini.

BAHAN DAN METODE
Bahan tanaman
Dua belas kultivar gandum durum komersial (Amilcar, Athoris, Avispa, Don Ricardo, Doudou, Euroduro, Ottaviano, RGT Tacodur, Sculptur, Semidou, SY Atlante, dan SY Nilo) ditanam dalam rancangan blok acak dengan dua kali ulangan. Uji coba lapangan ini dilakukan oleh Jaringan Andalusia untuk Eksperimen Pertanian (Red Andaluza de Ensayos Experimentales, RAEA) selama musim tanam 2020/21 dan 2021/22 di lima lokasi berbeda di Andalusia (Spanyol selatan): Carmona, Granada, Jerez, Santa Cruz, dan Santaella. Semua lokasi ini memiliki iklim Mediterania, tetapi dengan perbedaan yang mencolok dalam hal suhu, curah hujan, dan variabel lainnya selama musim tanam.

Parameter kualitas biji-bijian
Beberapa parameter kualitas biji-bijian diukur pada tepung gandum dan tepung gandum utuh. Berat uji (TW, kg hL −1 ) ditentukan menurut Metode AACC 55-10.01. Berat 21 ribu biji (TKW, g) ditentukan menggunakan gravimetri dan vitreousness (VTR, %) dihitung sebagai persentase biji vitreous dengan pemotong biji-bijian. Kandungan protein biji-bijian (GPC) dihitung dari kandungan nitrogen yang ditentukan oleh metode Kjeldahl (% N × 5,7) dan dinyatakan berdasarkan kadar air 12,5%.

Kekuatan gluten (GS) diukur pada tepung gandum utuh menggunakan indeks gluten (GI) menurut Standar ICC No. 155. 22 Indeks kuning (YI, nilai b *) diukur pada semolina menggunakan kolorimeter reflektansi portabel (CR-400; Konica-Minolta, Jepang).

Kandungan total arabinoxylan (TOT-AXs, mg g −1 ) dan WE-AX (mg g −1 ) diukur dalam tepung terigu (RF) dan tepung gandum utuh (WM) menurut metode kolorimetri berdasarkan phloroglucinol yang dijelaskan oleh Hernández-Espinosa et al . 23

Variabilitas HMW-GS dan LMW-GS
Protein diekstraksi dari biji yang dihancurkan tunggal menurut protokol yang dijelaskan oleh Alvarez et al . 24 dengan beberapa modifikasi. Penyangga Tris–HCl–SDS (pH = 6,8/8,8) diganti dengan penyangga Tris–HCl–SDS (pH = 6,8/8,5), dan gel elektroforesis gel poliakrilamid (PAGE) natrium dodecylsulfate (SDS) dibuat pada 13% (b/v; C: 1,33%). Gel dijalankan selama sekitar 8 jam dan diwarnai semalam dengan larutan asam trikloroasetat 12% (b/v) yang mengandung 5% (v/v) etanol dan 0,05% (b/v) Coomassie Brilliant Blue R-250. Penghilangan warna dilakukan dengan air leding.

Alel diidentifikasi dan diklasifikasikan menurut Payne dan Lawrence 25 untuk HMW-GS dan menurut Lerner et al . 26 dan Nieto-Taladriz et al . 27 untuk LMW-GS.

Ekstraksi DNA dan penanda molekuler
DNA genom diekstraksi dari sekitar 100 mg daun muda tanaman tunggal menggunakan metode cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). 28

Urutan polimorfik gen utama yang terlibat dalam konsentrasi karotenoid 7 ( gen PSY-A1 , PSY-B1 , PDS-B1 , ZDS-A1 , LPX-A3 , dan LPX-B1.1 ) diperkuat dengan analisis PCR. Semua amplifikasi berisi volume akhir 20 μL, yang berisi 50 ng DNA genomik, 1,5 mmol L −1 MgCl 2 , 0,2 μmol L −1 setiap primer, 0,2 mmol L −1 dNTP, 4 μL buffer PCR 10×, dan 0,25 U GoTaq® G2 Flexi DNA Polymerase (Promega, Madison, WI, AS). Primer spesifik untuk gen-gen ini bersama dengan kondisi PCR tercantum dalam Tabel 1 . Untuk identifikasi yang tepat beberapa alel dari gen PDS-B1 dan LPX-A3 , produk PCR dicerna pada suhu 37 °C selama 2 jam dengan endonuklease Hpy CH 4 IV (New England Biolabs) dan Hae II (New England Biolabs).

Perpanjangan akhir = 10 menit pada 72 °C.

Produk PCR dan pencernaan dipisahkan secara elektroforesis dalam semua kasus dengan PAGE pada 10% (b/v; C: 1,28%), kecuali untuk ZDS-A1 yang konsentrasinya adalah 12% (b/v; C: 0,44%) dan 8% (b/v; C: 1,28%) untuk LPX-A3 . Pita diwarnai dengan GelRed™ Nucleic Acid Stain (Biotium) dan kemudian divisualisasikan di bawah sinar UV.

Analisis statistik
Data dianalisis dengan analisis varians (ANOVA) menggunakan kultivar ( C ), lingkungan ( E ) dan interaksinya ( C  ×  E ) sebagai sumber variasi. Lingkungan meliputi lokasi dan tahun panen. Rata-rata dibandingkan dengan metode perbedaan signifikan jujur ​​Tukey. Semua analisis statistik dilakukan menggunakan SAS® Studio (versi 3.81, NC, AS).

HASIL
Pengaruh varietas, lingkungan dan interaksinya terhadap variasi kualitas gabah
Berbagai sifat kualitas dalam kelompok kultivar tertentu (semua data tersedia dalam Tabel S1 ) dianalisis dengan ANOVA untuk mengidentifikasi faktor-faktor yang berkontribusi paling signifikan terhadap variasi yang diamati (Tabel 2 ). Dalam hal ini, sifat kualitas gabah TW, TKW, GPC dan VTR menunjukkan bahwa sebagian besar variasi merupakan konsekuensi dari lingkungan.

Nilai signifikan untuk * P  < 0,05, ** P  < 0,01, *** P  < 0,001.
TW, berat uji; TKW, berat seribu biji; GPC, kandungan protein biji yang dinyatakan berdasarkan kadar air 12,5%; VTR, sifat vitreus; GI, indeks gluten; YI, indeks kuning; RF TOT-AXs, total arabinoksilan tepung terigu; RF WE-AXs, arabinoksilan yang dapat diekstraksi dengan air dari tepung terigu; WM TOT-AXs, total arabinoksilan gandum utuh; WM WE-AXs, arabinoksilan gandum utuh yang dapat diekstraksi dengan air.

Rata-rata perbandingan sifat-sifat ini menurut kultivar, lokasi dan tahun panen disajikan dalam Tabel 3. Semua kultivar menunjukkan nilai TW lebih dari 80 kg hL −1 kecuali Ottaviano dan Sculptur dengan nilai yang sedikit lebih rendah. Yang terutama perlu diperhatikan adalah kinerja kultivar SY Atlante dengan 82,7 kg hL −1 . Perbandingan antar kultivar untuk TKW menunjukkan set terpisah yang dibentuk oleh tiga kultivar, Ottaviano, RGT Tacodur dan SY Nilo, dengan nilai lebih dari 40 g. Di sisi ekstrem lainnya, kultivar Amilcar, Sculptur dan SY Atlante menunjukkan nilai di bawah 35 g. Kisaran untuk GPC bervariasi antara 14,5% untuk cv. Avispa dan 17,0% untuk cv. RGT Tacodur. Untuk VTR, nilai tertinggi berhubungan dengan cv. Don Ricardo dengan nilai 98,5%, sedangkan yang terendah terdeteksi di cvs. Doudou dan SY Nilo dengan masing-masing 93,1% dan 93,6%. Di antara lokasi tersebut, Jerez sangat menguntungkan untuk TW dan TKW (masing-masing 82,6 kg hL −1 dan 45,2 g). Mengenai GPC dan VTR, Granada adalah lokasi yang paling menonjol dengan nilai masing-masing 18,7% dan 99,3%. Di antara tahun panen terdapat perbedaan yang signifikan untuk sebagian besar parameter tetapi dengan besaran yang lebih rendah.

Rata-rata yang diikuti oleh huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan ( P  < 0,05) menurut uji Tukey.
TW, berat uji; TKW, berat seribu biji; GPC, kandungan protein biji yang dinyatakan berdasarkan kadar air 12,5%; VTR, sifat vitreus; GI, indeks gluten; YI, indeks kuning; RF TOT-AXs, total arabinoksilan tepung terigu; RF WE-AXs, arabinoksilan yang dapat diekstraksi dengan air dari tepung terigu; WM TOT-AXs, total arabinoksilan gandum utuh; WM WE-AXs, arabinoksilan gandum utuh yang dapat diekstraksi dengan air.

Meskipun lingkungan masih merupakan faktor yang paling relevan, nilai yang diperoleh untuk GI, YI dan AXs menunjukkan pengaruh yang lebih besar dari kultivar daripada parameter yang dibahas sebelumnya (Tabel 2 ). Kekuatan gluten sangat dipengaruhi oleh lingkungan yang mencakup 36,0% dari varians; interaksi antara lingkungan dan kultivar juga memberikan pengaruh tinggi yang mencakup 33,2% dari varians sementara efek kultivar lebih tinggi daripada parameter yang dibahas sebelumnya yang mencakup 21,2% dari varians. Mengenai variabilitas genotipe, cvs. Euroduro dan Ottaviano menunjukkan kualitas gluten tertinggi dengan skor rata-rata GI masing-masing 70,8% dan 67,7%. Kultivar Sculptur menunjukkan gluten terlemah, dengan GI 39,5%. Skor tertinggi berdasarkan lokasi untuk parameter itu ditemukan di Jerez dengan nilai rata-rata 63,4% berbeda dengan Santaella di mana GI menunjukkan rata-rata 50,3%. Antar musim tanam, perbedaannya sangat kentara, pada musim pertama nilai rata-rata IG sebesar 65,4% sedangkan pada musim kedua sebesar 46,3%.

Mengenai warna kuning semolina, kultivar menjelaskan 41,5% varians, sedangkan lingkungan dan interaksi memiliki pengaruh di bawah 25% (Tabel 2 ). Kisaran untuk kultivar bervariasi dari Don Ricardo dengan nilai b * 25,5 hingga Sculptur dengan nilai b * 30,7. Rata-rata berdasarkan lokasi lebih mirip dalam kasus ini berkisar dari 26,6 untuk Jerez hingga 29,2 untuk Santa Cruz. Antara tahun panen terdapat perbedaan nilai b * sebesar 1,0.

TOT-AX dan WE-AX menunjukkan tren yang berbeda berdasarkan faktor ANOVA pada tepung RF dan WM (Tabel 2 ). Dalam konteks ini, efek lingkungan pada AX (baik TOT-AX maupun WE-AX) lebih besar untuk RF daripada tepung WM. Penting juga untuk menyoroti bahwa WE-AX lebih dipengaruhi oleh kultivar daripada lingkungan, baik pada tepung RF maupun WM. Untuk TOT-AX RF, cv. Athoris merupakan genotipe terbaik (16,6 mg g −1 ), sedangkan nilai terendah (14,0 mg g −1 ) diukur untuk cv. Sculptur. Dalam kasus TOT-AX WM, cv. Athoris kembali menjadi genotipe terbaik (51,4 mg g −1 ), sedangkan cv. Euroduro memiliki kandungan terendah (45,6 mg g −1 ). Nilai WE-AX yang diperoleh untuk tepung RF dan WM berada dalam kisaran yang sama, 3,3–4,4 mg g −1 untuk RF dan 3,2–4,7 mg g −1 untuk WM. Genotipe terbaik untuk WE-AX RF adalah cv. Athoris (4,4 mg g −1 ) sementara cv. Avispa, Doudou, RGT Tacodur dan SY Atlante menunjukkan nilai terendah (3,3–3,4 mg g −1 ). Untuk WE-AX WM, cv. Sculptur menunjukkan kandungan tertinggi (4,7 mg g −1 ) dan kandungan terendah sesuai dengan cv. Amilcar, Avispa dan SY Atlante (3,2–3,3 mg g −1 ).

Variabilitas HMW-GS dan LMW-GS
Komposisi untuk HMW-GS dan LMW-GS dari kultivar yang dievaluasi di sini disajikan dalam Gambar 1. Kombinasi kedua jenis subunit glutenin dikelompokkan dalam lima haplotipe (Tabel 4 ). Untuk lokus GLU-A1 tidak ada subunit yang terdeteksi, dengan semua genotipe menunjukkan alel Glu-A1c (Null). Variasi untuk lokus GLU-B1 juga terbatas, meskipun hingga tiga alel terdeteksi. Alel Glu-B1b (subunit 7 + 8) hadir di semua genotipe, kecuali untuk cv. Ottaviano dengan alel Glu-B1d (6 + 8) dan cv. Sculptur menunjukkan Glu-B1z (7 + 15).

Rata-rata yang diikuti oleh huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan ( P  < 0,05) menurut uji Tukey.

Dalam kasus LMW-GS, empat alel ditemukan untuk lokus GLU-A3 : Glu-A3a (6), Glu-A3ax (6.1), Glu-A3c (6 + 10) dan Glu-A3h (Nol). Untuk lokus GLU-B3 , semua genotipe menyajikan alel Glu-B3a (2 + 4 + 15 + 19), kecuali untuk cv. Sculptur yang memiliki alel Glu-B3g (2 + 4 + 15 + 16). Terakhir, alel yang paling sering untuk lokus GLU-B2 adalah Glu-B2a (12), hadir di semua genotipe kecuali untuk kultivar Don Ricardo dan SY Atlante yang membawa alel Glu-B2b (Nol).

Menurut nilai GI, lima haplotipe yang berbeda dibedakan berdasarkan komposisi gluteninnya dan dikelompokkan dalam tiga set kelompok signifikansi (Tabel 4 ). Haplotipe yang paling umum adalah haplotipe II dengan alel berikut: Glu-A1c , Glu-B1b , Glu-A3a , Glu-B3a dan Glu-B2a yang memiliki kekuatan gluten sedang (GI = 55,3%). Gluten terkuat (GI = 66,9%) adalah haplotipe IV yang hanya terdeteksi di cv. Ottaviano, sedangkan gluten terlemah (GI = 39,5%) berhubungan dengan haplotipe V yang terdeteksi di cv. Sculptur.

Variasi alel untuk gen yang berhubungan dengan kandungan karotenoid biji-bijian
Untuk gen PSY-A1 hanya alel Psy-A1l yang terdeteksi (Gbr. 2(a) ) sementara untuk gen PSY-B1 (Gbr. 2(a) ), dua alel berbeda ( Psy-B1n dan Psy-B1o ) ditemukan, meskipun yang pertama hanya terdeteksi pada dua kultivar (Athoris dan RGT Tacodur). Untuk gen PDS-B1 (Gbr. 2(b) ) empat genotipe menyajikan alel Pds-B1a dan delapan alel Pds-B1b . Dari dua alel yang terdeteksi untuk gen ZDS-A1 (Gbr. 2(c) ) sebagian besar genotipe menyajikan alel TdZds-A1.1 , sementara cvs. Ottaviano dan Sculptur menyajikan alel TdZds-A1.2 .

Mengenai gen yang berhubungan dengan degradasi karotenoid, semua genotipe menunjukkan alel Lpx-B1.2 dan alel Lpx-B1.1a untuk gen LPX-B1.1 (Gbr. 2(d) ), kecuali cv. Ottaviano yang menampilkan alel Lpx-B1.1c , yang ditandai dengan delesi gen (alel nol). Analisis gen LPX-A3 (Gbr. 2(e) ) menunjukkan dua alel berbeda: alel Lpx-A3 UC1113 , yang terdeteksi di sebagian besar kultivar kecuali Athoris, Don Ricardo, Euroduro dan Sculptur dan yang terkait dengan pencernaan amplikon LPX-A3 920 bp melalui enzim restriksi Hae II; dan alel Lpx-A3 Kofa , yang amplikon Lpx-A3- nya tidak dicerna dengan enzim restriksi Hae II. Tidak ada variasi yang diamati untuk gen LPX-B3 , yang diperkuat dengan primer yang sama seperti LPX-A3 .

Menurut kombinasi gen-gen ini, delapan haplotipe ditetapkan di antara kultivar yang dievaluasi (Tabel 5 ). Nilai rata-rata untuk YI (diukur sebagai parameter b *) untuk setiap haplotipe diperoleh dan dievaluasi secara statistik. Haplotipe yang paling sering adalah haplotipe VI dengan nilai b * rata-rata 27,5 dan menyajikan alel-alel berikut: Psy-A1l , Psy-B1o , Pds-B1b , TdZds-A1.1 , Lpx-B1.1a dan Lpx-A3 UC1113 . Haplotipe yang tersisa diwakili oleh hanya satu kultivar. Nilai YI tertinggi berkorespondensi dengan haplotipe VII (cv. Sculptur), b * = 30,7; dan yang terendah, b * = 25,5, dengan haplotipe III (cv. Don Ricardo).

Rata-rata yang diikuti oleh huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan ( P  < 0,05) menurut uji Tukey.

DISKUSI
Berbagai karakteristik fisik, kimia, dan fungsional menentukan kualitas industri gandum, yang memengaruhi kesesuaiannya untuk berbagai penggunaan dalam industri pangan dan sektor lainnya, beserta harga pasarnya. Pada gandum durum, sifat-sifat yang terkait dengan isi dan ukuran biji-bijian (TW dan TKW), kandungan protein (GPC), dan hasil tepung/semolina (VTR) sangat penting di Spanyol 29 dan negara-negara lain karena sifat-sifat tersebut digunakan sebagai sifat utama untuk mengklasifikasikan biji-bijian ke dalam kelompok-kelompok di pasar. Kekuatan gluten dan warna kuning semolina juga merupakan sifat kualitas yang sangat penting dan sangat diminati oleh industri pasta di seluruh dunia. Lebih jauh, tren saat ini adalah meningkatnya permintaan akan makanan berbasis sereal dengan kualitas gizi yang lebih baik dan manfaat kesehatan yang lebih baik. Tren ini telah memicu minat yang semakin besar dalam pengembangan kultivar gandum baru dengan tingkat komponen bermanfaat yang lebih tinggi, seperti serat makanan. 30

Setiap tahun, kultivar gandum durum baru dievaluasi di Andalusia (Spanyol selatan) untuk menilai hasil biji-bijian dan karakteristik kualitasnya, guna memastikan bahwa gandum tersebut memenuhi standar industri dan konsumen. Dalam konteks ini, 12 kultivar komersial gandum durum ditanam di Andalusia selama dua musim berturut-turut untuk memeriksa sifat-sifat utama. Selain itu, variasi alel dalam subunit glutenin (HMW-GS dan LMW-GS) dan gen yang terkait dengan kekuningan semolina dianalisis.

Karakteristik fisik biji-bijian (TW, TKW, GPC dan VTR) sebagian besar dipengaruhi oleh lingkungan dan interaksi kultivar × lingkungan. Kultivar juga memiliki efek yang signifikan, meskipun pada tingkat yang lebih rendah. Hasil serupa ditemukan oleh Tabbita et al . 31 yang mengevaluasi delapan kultivar gandum durum di berbagai ladang petani untuk karakteristik fisik ini. Sebagian besar kultivar menunjukkan TW ≥ 80 kg hL −1 , yang mencerminkan daya adaptasi yang baik dari kultivar tersebut terhadap berbagai lingkungan target. Nilai yang diperoleh untuk TKW berada di antara 33,7 dan 41 g tergantung pada kultivarnya, yang sedikit lebih rendah daripada penelitian serupa yang dilakukan dalam kondisi tadah hujan dengan nilai lebih dari 40 g dalam banyak kasus. 32 , 33 Hasil yang diperoleh di antara berbagai lokasi menunjukkan bahwa Jerez adalah lingkungan yang paling cocok untuk budidaya kultivar gandum durum ini sementara Granada (dengan beberapa pengaruh iklim pegunungan) tidak menunjukkan hasil positif untuk karakteristik fisik biji-bijian. GPC secara umum tinggi, dalam kebanyakan kasus melebihi 15%. Kandungan protein yang tinggi ini dapat dijelaskan oleh TKW yang rendah karena GPC biasanya berkorelasi negatif dengan ukuran biji, serta hasil biji. 34 Kandungan protein yang tinggi berkontribusi pada struktur yang lebih padat dan padat dalam endosperma, mengurangi ruang udara dan memberikan tampilan vitreous yang diinginkan untuk menghasilkan produk pasta. Di antara kultivar yang diteliti, Don Ricardo dan Euroduro adalah genotipe yang paling menonjol untuk karakteristik ini, dengan biji terbesar, terisi penuh, dan kandungan protein sedang.

Meskipun GPC tinggi merupakan sifat yang diinginkan, sifat ini sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, yang membuatnya sulit untuk memperoleh peningkatan genetik untuk sifat ini melalui program pemuliaan. Karena alasan ini, pemulia gandum durum berupaya lebih keras untuk meningkatkan komposisi protein biji-bijian, yang bergantung secara genetik, karena berkontribusi pada produksi gandum dengan gluten kuat yang terkait dengan produk akhir berkualitas tinggi. Indikator kekuatan gluten yang baik adalah GI, 35 digunakan di sini untuk menentukan kualitas protein. Meskipun lingkungan merupakan penyumbang terbesar untuk sifat ini, genotipe memainkan peran penting, dan variasi hampir dua kali lipat diperoleh.

Beberapa penelitian telah menunjukkan pentingnya komposisi prolamin pada kualitas gluten dari setiap genotipe atau kultivar. Pada gandum durum, peran relevan LMW-GS telah dipisahkan, meskipun prolamin lain seperti HMW-GS atau gliadin juga berperan. 5 , 6 Efek menguntungkan atau merugikan dari setiap subunit atau alel telah dipelajari secara ekstensif pada gandum roti. Penelitian pada gandum durum lebih langka, tetapi ada konsensus tertentu tentang alel mana yang diinginkan untuk mendapatkan kekuatan gluten yang tinggi. 36 Oleh karena itu, penting untuk membedah komposisi genetik yang mendasari variabilitas fenotipik sifat tersebut.

Untuk HMW-GS, tidak ada variasi yang terdeteksi pada kultivar yang dievaluasi di sini untuk lokus GLU-A1 , semua kultivar menunjukkan alel Glu-A1c (Null), yang memiliki efek merugikan dibandingkan dengan alel GLU-A1 lainnya . Faktanya, introgresi subunit baru untuk lokus ini, termasuk varian dengan subunit y aktif, telah diusulkan sebagai cara alternatif untuk meningkatkan kualitas teknologi pada gandum durum. 37 , 38 Lokus GLU -B1 menunjukkan lebih banyak variasi dengan tiga alel, yaitu Glu-B1b (7 + 8) yang dominan. Itu juga merupakan alel yang paling sering ditemukan pada kultivar gandum durum modern, yang dominan di sebagian besar negara. 39 Dua alel lainnya adalah Glu-B1d (6 + 8), yang terdapat pada cv. Ottaviano, dan Glu-B1z (7 + 15) pada cv. Sculptur. Alel terakhir ini lebih jarang ditemukan dan dilaporkan dalam plasma nutfah turunan CIMMYT dan dalam satu ras asli Iran.40 , 41 Alel GLU -B1 ini telah dideskripsikan sebagai alel yang bermanfaat untuk kekuatan gluten, meskipun alel Glu-B1b (7 + 8 ) dianggap lebih baik daripada dua lainnya.42 Paradoksnya, dalam kasus kami, cv. Sculptur menunjukkan gluten terlemah meskipun memiliki alel positif teoritis Glu-B1z (7 + 15). Akan tetapi, alel ini hanya ada dalam kultivar ini, jadi tidak mungkin untuk menarik kesimpulan yang jelas tentang efeknya.

Peran LMW-GS dalam kualitas gandum durum pertama kali dijelaskan oleh Payne et al . 43 dan Carrillo et al ., 42 yang membentuk dua model pita yang diasosiasikan dengan kualitas baik (LMW-2) dan buruk (LMW-1). Setelah itu, model-model ini dibedah menurut tiga lokus ( GLU-A3 , GLU-B3 dan GLU-B2 ), yang memungkinkan penelitian yang lebih baik dan akurat yang berfokus pada hubungan antara lokus-lokus ini dan kualitas gluten durum. 27 Menurut klasifikasi pertama, semua kultivar dalam penelitian ini dikatalogkan sebagai LMW-2 dan akibatnya berpotensi memiliki kualitas gluten yang baik. Mengenai lokus GLU-A3 , terdapat perbedaan tentang efek pada kualitas alel Glu-A3a (6) dan Glu-A3c (6 + 10). 34 Dalam penelitian kami, alel-alel ini hadir dalam kultivar dengan kekuatan gluten sedang-rendah. Namun, efek Glu-A3ax (6.1) dan Glu-A3h (Null) telah dideskripsikan sebagai bermanfaat. 36 Perlu dicatat bahwa dalam kasus kami, kultivar SY Nilo dan Ottaviano, yang mengandung Glu-A3ax (6.1), menunjukkan beberapa skor GI tertinggi. Di sisi lain, cv. Sculptur dengan Glu-A3h (Null) menunjukkan gluten terlemah. Untuk GLU-B3, sebagian besar kultivar menunjukkan Glu-B3a (2 + 4 + 15 + 19), yang dideskripsikan memiliki efek menguntungkan pada kekuatan gluten; kecuali kultivar Sculptur, yang mengandung Glu-B3g (2 + 4 + 15 + 16) yang terkait dengan efek antara.

Strategi yang paling umum untuk pengembangan kultivar dengan YI tinggi secara tradisional difokuskan pada seleksi fenotipik sifat ini. Peningkatan pengetahuan tentang kontrol genetik menempatkan fokus pada gen utama yang berkontribusi pada sintesis dan degradasi karotenoid: gen PSY dan LPX , masing-masing. 44 , 45 Setelah mengidentifikasi varian dengan efek kontras dari gen-gen tersebut, seleksi dengan bantuan penanda mulai diterapkan dalam program pemuliaan. Saat ini, lebih banyak gen yang terkait dengan sifat ini ( PDS-B1 , ZDS-A1 , dll.) telah diidentifikasi, yang membuka kemungkinan mengembangkan penanda molekuler baru yang memungkinkan seleksi yang lebih baik untuk sifat ini. Penelitian sebelumnya telah menganalisis pengaruh alel spesifik yang terkait dengan gen PSY-A1 dan LPX-B1.1 . 46 , 47 Sejauh pengetahuan kami, ini adalah laporan pertama di mana gen PDS-B1 , ZDS-A1 dan LPX-A3 juga dianalisis, mengidentifikasi delapan haplotipe berbeda melalui penggunaan gabungan penanda molekuler dari gen-gen yang disebutkan di atas. Haplotipe yang paling umum adalah haplotipe VI dengan nilai b * rata-rata 27,5 untuk YI dan menampilkan alel-alel berikut: Psy-A1l , Psy-B1o , Pds-B1b , TdZds-A1.1 , Lpx-B1.1a , dan Lpx-A3 UC1113 . Untuk PSY-A1, semua kultivar menunjukkan alel Psy-A1l , yang dikaitkan dengan warna kuning tinggi dalam penelitian ini. Mengenai PSY-B1 , kultivar Athoris dan RGT Tacodur adalah satu-satunya kultivar yang membawa alel menguntungkan yang dideskripsikan untuk gen ini, Psy-B1n . 48 Kasus serupa terjadi dengan ZDS-A1 , yang hanya cvs. Sculptur dan Ottaviano yang memiliki alel yang dikaitkan dengan warna kuning tinggi, TdZds-A1.2 . 14 Dalam kasus PDS-B1 terdapat keseimbangan yang lebih baik antara kedua alel, meskipun dalam kasus ini masih belum jelas mana yang terkait dengan kandungan karotenoid yang lebih baik, seperti yang ditunjukkan oleh hasil kami. Diperlukan lebih banyak penelitian dengan jumlah genotipe yang lebih banyak untuk mengetahui lebih banyak tentang pengaruh gen-gen ini dan faktor-faktor lain yang berkontribusi. Selain itu, kami menemukan bahwa sebagian besar kultivar ini membawa alel Lpx-B1.1a , yang terkait dengan degradasi karotenoid yang lebih tinggi selama tahap pemrosesan. Hanya cv. Ottaviano yang memiliki alel Lpx-B1.1c, yang terdiri dari penghapusan enzim yang memengaruhi fungsinya, 13 mencegah degradasi pigmen. Untuk LPX-A3 , kultivar ini menunjukkan frekuensi alel yang lebih tinggi yang terdapat pada cv. UC1113, yang pada prinsipnya terkait dengan warna kuning yang lebih tinggi pada produk semolina dan pasta. 13

Serat makanan dan komponen biji-bijian bioaktif lainnya bukan merupakan target pemuliaan dalam program gandum durum. Namun, perubahan pola makanan telah meningkatkan minat terhadap komponen biji-bijian ini yang terkait dengan manfaat gizi dan kesehatan. 49 Karena alasan ini, banyak lembaga penelitian publik berupaya keras untuk mengetahui lebih banyak tentang mereka dengan menargetkan kemungkinan penyertaan mereka dalam jalur pemuliaan. 50 Komponen utama serat makanan dalam gandum, arabinoxylans, menyajikan distribusi asimetris dalam biji gandum, lebih terkonsentrasi di dedak daripada di endosperma, 51 yang berkontribusi pada sifat gizi yang lebih baik dari makanan utuh. Namun, secara umum, konsumen lebih menyukai makanan yang disiapkan dengan bahan olahan dan, akibatnya, industri pasta sebagian besar menggunakan semolina olahan. Karena itu, pencarian genotipe dengan kandungan AX tinggi dalam endosperma merupakan tujuan yang menarik, untuk mengembangkan semolina dengan sifat gizi yang lebih baik.

Hasil kami menunjukkan bahwa dalam endosperma baik TOT-AXs dan WE-AXs dipengaruhi oleh genotipe dan lingkungan, TOT-AXs lebih dipengaruhi oleh lingkungan. Di sisi lain, dalam wholemeal, pengaruh genotipe lebih tinggi daripada dalam endosperma, terutama untuk WE-AXs. Untuk RF, variasi yang ditemukan untuk TOT-AXs (14,5–16,7 mg g −1 ) sangat mirip dengan penelitian De Santis et al . 52 (1,4–1,8%), di mana semolina dari delapan varietas gandum durum Italia modern dan tujuh varietas gandum tua diukur. Variasi WE-AX lebih sempit dalam kasus kami (3,3–4,4 mg g −1 ) dibandingkan dengan De Santis et al ., 52 yang melaporkan nilai 0,3–0,8%. Untuk WM, kandungan TOT-AX yang sesuai dengan kultivar kami (47,5–51,5 mg g −1 ) sedikit lebih tinggi daripada penelitian Ciccoritti et al . 53 di mana 19 varietas gandum durum dianalisis untuk sifat itu dan kandungannya 4,3–5,2%. Dalam kasus WE-AX (3,2–4,7 mg g −1 ) variasinya lebih rendah daripada yang dilaporkan oleh Ciccoritti et al . 53 (0,5–0,9%) untuk fraksi WE-AX. Variasi yang ditemukan dalam gandum durum untuk kandungan TOT-AX, khususnya dalam endosperma, lebih sempit daripada variasi yang diidentifikasi dalam gandum biasa. Perbedaan ini bahkan lebih jelas dalam fraksi WE-AX. 54 Dalam gandum roti, kultivar yang luar biasa untuk kandungan AX, seperti Yumai-34, telah diidentifikasi. Oleh karena itu, perlu dilakukan penyaringan sumber daya genetik tetraploid untuk mencari kemungkinan donor sifat ini sebelum memulai pendekatan pemuliaan guna memperoleh biji-bijian yang lebih sehat dengan kandungan serat makanan yang tinggi dan untuk memenuhi permintaan konsumen. Jika tidak, alternatif lain adalah pemindahan lokus sifat kuantitatif yang telah dijelaskan sebelumnya dari gandum biasa. 55

KESIMPULAN
Lingkungan yang kontras yang digunakan dalam penelitian ini memiliki pengaruh penting pada sifat-sifat kualitas, menyoroti variabilitas yang kuat dari lokasi Mediterania untuk budidaya gandum durum. Genotipe juga memiliki pengaruh yang signifikan pada tiga sifat kualitas utama dari penelitian ini: kekuatan gluten, indeks kuning dan arabinoxylans (serat makanan). Don Ricardo dan Euroduro menunjukkan kinerja terbaik dalam hal karakteristik morfologi biji-bijian, Ottaviano adalah kultivar dengan kekuatan gluten tertinggi, Sculptur memiliki warna kuning semolina tertinggi dan Athoris menonjol karena kandungan AX-nya. Data kami mengungkapkan bahwa dalam hal kualitas gluten dan warna kuning, alel terbaik terdapat pada kultivar yang digunakan, tetapi mereka tidak digabungkan dalam satu kultivar untuk memaksimalkan sifat-sifat kualitas tersebut. Penelitian ini juga menyoroti pentingnya mencari donor serat makanan gandum durum, karena variabilitas genetiknya terbatas, khususnya pada endosperma.