Chemical, metabolomic and proteomic analysis of young cladodes from Opuntia cultivars with different domestication grade

Abstract

"Nutraceutical potential of Opuntia cladodes has been reported, therapeutical effects have been associated to antioxidant compounds reported in Opuntia, such phenolic acids and flavonoids. Opuntia species have been classified according to their domestication grade. This gradient started with wild and less domesticated O. streptacantha Lem., followed by O. hyptiacantha F.A.C. Weber, then the moderate domesticated O. megacantha Salm-Dyck, prior to O. albicarpa, to finish with O. ficus-indica, the most domesticated and humanized species. The aim of this work was to evaluate the effect of domestication grade on chemical and nutritional attributes, metabolomic profiles and proteomic analysis of taxonomically identified Opuntia species. Proximate composition, mineral content and chemical attributes were different between Opuntia species. However, no clear trend was observed among domestication grade and attribute. Total phenolic and total flavonoids content as well as antioxidant capacity were different among cultivars from collect 2010 and collect 2012. However, the content of total phenolics and antioxidant capacities increased cladodes from collect 2012. These differences were no related to domestication grade. The metabolomic analysis of Opuntia cladodes showed similar profiles. However some compounds were present in specific cultivars. Particularly compound 26’ identified as Kaempferol 3-O-arabinofuranoside was detected only in O. streptacantha, a wild species. Similar 1D patterns were observed in proteomic analysis between cultivars. So far, shotgun analysis allowed the identification of 266 proteins from O. megacantha “Rubí reina” and O. ficusindica “Rojo vigor”, 38 and 61 specific proteins for each cultivar, respectively. Data from O. streptacantha, O. hyptiacantha and O. ficus-indica is still being analyzed. Shotgun analysis showed differences in protein expression due to domestication process. This is the first study of domestication effect on nutritional composition, chemical attributes, phenolic compounds profiling and proteomic analysis by shotgun proteomic in Opuntia cladodes."

"En este trabajo se analizaron las especies de Opuntia incluidas en un gradiente de domesticación que inició con O. streptacantha Lem. la especie más primitiva y menos domesticada, seguida de O. hyptiacantha FAC Weber, O. megacantha Salm- Dyck, moderadamente domesticada, luego O. albicarpa, y en el extremo más domesticado y humanizado se encuentra O. ficus-indica. Los efectos terapéuticos se han asociado a los compuestos antioxidantes reportados en Opuntia, tales como ácidos fenólicos y flavonoides. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del grado de domesticación en los atributos químicos y nutricionales, perfil metabolómico y proteómico de especies de Opuntia taxonómicamente identificados. La composición proximal, los atributos químicos y contenido de minerales fueron diferentes entre las variedades de Opuntia, aunque no se observó una tendencia en relación al grado de domesticación. Los contenidos de fenoles y flavonoides totales, así como la capacidad antioxidante se modificaron entre las variedades de las colectas 2010 y 2012. Sin embargo, se observó un incremento en el contenido de fenoles totales y capacidad antioxidante en las variedades 2012. Tales diferencias no están relacionadas al grado de domesticación. El análisis de metabolitos mostró perfiles de compuestos fenólicos similares, aunque el análisis diferencial demostró la presencia de compuestos específicos, como el 26’ (kaempferol 3 - O- arabinofuranósido) detectado únicamente en O. streptacantha, la especie más silvestre. El análisis proteómico reveló patrones similares, en primera dimensión, entre variedades. El análisis tipo ”shotgun” permitió la identificación de 266 proteínas en O. megacantha "Rubí reina " y O. ficus -indica "vigor Rojo", así como 38 y 61 proteínas específicas de cada variedad, respectivamente. Los datos obtenidos de O. streptacantha, O. hyptiacantha y O. ficus –indica aún están siendo analizados. El análisis tipo shotgun reveló diferencias relacionadas con el proceso de domesticación de Opuntia. Éste es el primer trabajo sobre el efecto de domesticación en el contenido nutricional, atributos químicos, perfil de compuestos fenólicos y análisis proteómico tipo “shotgun” en cladodios de Opuntia."