Metabolismo e tecniche di analisi sperimentale delle radici mature nell'erba Taraxacum Kok-saghyz che produce gomma naturale

The objective of this thesis is to expose the scientific studies regarding the experimental analysis techniques and metabolism of Taraxacum kok-saghyz, a dandelion species native to Kazakhstan. In recent decades, the global demand for NR has increased exponentially, leading to serious environmental impacts (deforestation and lack of biodiversity) due to the exploitation of the Hevea brasiliensis tree. T. kok-saghyz has proven to be an effective alternative to Hevea brasiliensis for natural rubber production, as the metabolic pathways of TKS lead to the formation of the same NR precursors found in Hevea. Initially, the chemical structure, properties, uses and importance of natural rubber are discussed. Instead, the first chapter focuses on comparing the composition of latex extracted from TKS and latex extracted from Hevea. After centrifugation, both types of latex showed four layers with the same components inside (enzymes and proteins related to gum synthesis, F-W particles, transparent serum C containing carbohydrates and proteins, and lutoids, carotenoids and other substances). The average composition of TKS roots, which varies according to different climatic conditions, is also discussed. The gum of TKS is obtained by various extraction methods: solvent extraction, wet milling, dry milling, hydrolysis, and using enzymes. Subsequent chapters listed techniques for characterizing the latex properties of T. kok-saghyz, including the BCA kit to determine protein concentration, LPSA (laser particle size analyzer) to find the molecular weight of the sample, and again thermogravimetric analyzer, NMR and FT-IR spectroscopic analysis. The proteomic profile of the roots was determined by two-dimensional gel electrophoresis and shotgun analysis, which are discussed in detail in the third chapter. Another central topic in this discussion is the metabolism of T. kok-saghyz, consisting of two pathways (MVA and MEP). The mevalonic acid biosynthetic pathway is found to be more significant for gum production; however, both metabolic pathways lead to the production of isopentenyl pyrophosphate (IPP), which is essential for NR synthesis. Recently, several techniques are being investigated to improve latex properties and latex production capacity in T. kok-saghyz grass.

L’obiettivo della tesi è esporre gli studi scientifici riguardanti le tecniche di analisi sperimentale e il metabolismo del Taraxacum kok-saghyz, una specie di dente di leone originario del Kazakistan. Negli ultimi decenni la domanda globale di NR è aumentata esponenzialmente e ciò ha portato a gravi impatti ambientali (deforestazioni e mancanza di biodiversità) per via dello sfruttamento dell’albero di Hevea brasiliensis. Il T. kok-saghyz si è rivelato un’alternativa efficace all’Hevea brasiliensis per la produzione della gomma naturale, in quanto i percorsi metabolici del TKS portano alla formazione degli stessi precursori della NR presenti in Hevea. Inizialmente vengono trattati la struttura chimica, le proprietà, gli impieghi e l’importanza della gomma naturale. Il primo capitolo si incentra invece sul confronto tra la composizione del lattice estratto da TKS e quello estratto da Hevea. Dopo una centrifugazione, entrambi i tipi di lattice hanno mostrato quattro strati con i stessi componenti all’interno (enzimi e proteine legati alla sintesi della gomma, particelle F-W, siero C trasparente contenente carboidrati e proteine, e lutoidi, carotenoidi e altre sostanze). Viene inoltre trattata la composizione media delle radici del TKS che varia in base alle diverse condizioni climatiche. La gomma del TKS viene ricavata tramite diversi metodi di estrazione: estrazione con solvente, macinazione a umido, macinazione a secco, idrolisi e con l’utilizzo di enzimi. Nei capitoli successivi sono state elencate le tecniche di caratterizzazione delle proprietà del lattice del T. kok-saghyz, tra cui il kit BCA per determinare la concentrazione delle proteine, la LPSA (analizzatore granulometrico laser) per trovare il peso molecolare del campione, e ancora l’analizzatore termogravimetrico, analisi spettroscopiche NMR e FT-IR. Il profilo proteomico delle radici è stato determinato con un’elettroforesi su gel bidimensionale e un’analisi shotgun, approfondite nel terzo capitolo. Un altro argomento centrale in questa trattazione è il metabolismo del T. kok-saghyz, costituito da due percorsi (MVA e MEP). La via biosintetica dell’acido mevalonico risulta più significativa per la produzione della gomma; tuttavia, entrambi i percorsi metabolici portano alla produzione di isopentenil pirofosfato (IPP), fondamentale per la sintesi della NR. Recentemente sono oggetto di studio diverse tecniche per migliorare le proprietà del lattice e la capacità di produzione di quest’ultimo nell’erba T. kok-saghyz.