La famiglia delle Brassicaceae comprende ad oggi 351 generi e 3977 specie (BrassiBase (uni-heidelberg.de)). Essa è caratterizzata da un sistema molecolare endogeno di difesa costituito da metaboliti secondari noti come glucosinolati (GSL) e da un enzima in grado di idrolizzare il legame β-tioglucosidico che li caratterizza, l’enzima mirosinasi (EC 3.2.1.147). Il grande numero di specie delle Brassicaceae si riflette anche nelle numerose strutture chimiche di GSL che viene costantemente aggiornato; ad oggi circa 130 diverse strutture chimiche sono state identificate. Nei diversi tessuti cellulari il sistema GSL/mirosinasi è compartimentalizzato fra diversi tessuti e anche all’interno della stessa cellula. Solo in seguito a distruzione dei tessuti, reagente ed enzima vengono in contatto per formare una serie di prodotti di idrolisi a diversa attività biologica.
Prodotti di idrolisi dei glucosinolati a seconda delle diverse strutture chimiche della catena laterale dei glucosinolati (R), della presenza di eventuali proteine, cofattori dell’enzima mirosinasi (specifier proteins) e/o delle condizioni fisico-chimiche di reazione. Tratta da: Pacifico D. et al., 2021, Molecules https://doi.org/10.3390/molecules26082174
I GSL possono agire nella pianta come molecole di signalling a livello cellulare per indurre difese contro patogeni microbici o insetti erbivori, ma possono anche attivare pathways collegati alla chiusura degli stomi, all’apoptosi o all’accumulo di callosio. In seguito all’innesco della reazione di idrolisi sostenuta dalla mirosinasi, i prodotti di idrolisi, e in particolare gli isotiocianati sono stati riconosciuti come molecole ad elevata attività biologica contro diverse specie di organismi patogeni per le piante, ma anche come molecole utili per attivare detossificazione da cancerogeni e meccanismi chemopreventivi nell’uomo e negli animali. Le specie industriali di Brassicaceae, in particolare le Brassicaceae oleaginose sono state oggetto di studio negli ultimi anni per il loro elevato potenziale relativo sia all’utilizzo del loro olio che dei panelli residui di estrazione in un’ottica di bioraffineria green. I panelli residui di estrazione sono un materiale particolarmente ricco di GSL e possono essere utilizzati, se opportunamente formulati, tal quali come pellet, come farine o come base di partenza per estratti altamente concentrati, sia in agricoltura nel contenimento dei patogeni, che per la verifica della loro efficacia in ambito nutrizionale.
Principali attività dei GSL e dei loro prodotti di idrolisi contro stress biotici nella protezione delle piante. Le catene laterali (R) dei GSL ad oggi studiati per ogni azione sono anche evidenziate. Da Pacifico et al. 2021, Molecules https://doi.org/10.3390/molecules26082174.