Genética molecular de la cutícula del fruto de tomate

Abstract

Estudios previos de nuestro grupo de trabajo realizados en frutos de tomate que tienen modificada la ruta de síntesis de flavonoides como consecuencia del silenciamiento del gen CHALCONA SINTASA (CHS) han mostrado que los flavonoides son los principales responsables de la rigidez de la cutícula lo cual provoca una mayor fragilidad de ésta ante la presión interna que soporta durante el crecimiento del fruto y consecuentemente, se produce un mayor agrietado y/o microrrayado. De ahí que el principal objetivo de este trabajo haya sido avanzar en el conocimiento de la ruta de síntesis de flavonoides en la planta de tomate y, más concretamente, estudiar la interacción de estos compuestos con la cutícula del fruto y su repercusión en la calidad. En primer lugar, con el objetivo de conocer el patrón de expresión en la planta de tomate a lo largo del desarrollo, se seleccionaron tres familias de la ruta de biosíntesis de flavonoides. Las familias génicas seleccionadas fueron CHS, CHI y F3H mientras que los diferentes tejidos elegidos fueron fruto, hoja y raíz, material que se recolectó en diferentes estadios de desarrollo (cuatro estadios para fruto y dos estadios para hoja y raíz). En el caso del fruto es destacable la expresión en el epicarpo en estadio pintón de los genes CHS2, CHS1 y CHI4 presentando éstos valores muy superiores en comparación con el resto de los genes. En cuanto a la expresión de la familia F3H en fruto, destacó la expresión de los genes F3H1 y F3H2 al inicio del desarrollo. Al igual que en el fruto, en la hoja vuelven a ser los mismos genes los que presentaron una alta expresión mientras que en la raíz los genes CHS2, CHI6, CHI7, F3H2 y F3H4-FLS fueron los que mostraron los valores de expresión más altos. Adicionalmente se realizó una comparación entre el cálculo de las eficiencias de los cebadores obtenidas mediante la recta de calibrado con las obtenidas mediante las curvas de amplificación con el programa LinReg siendo los valores de ambos métodos bastantes similares. Debido a la importancia que tienen los flavonoides en la dieta animal muchos trabajos se han centrado en intentar mejorar las propiedades nutricionales de los frutos modificando tanto la cantidad como el tipo de flavonoide. Estos estudios han mostrado que dicha modificación afecta a otros parámetros y características del fruto como, por ejemplo, la resistencia a patógenos (Botrytis cinerea), la vida poscosecha debido a cambios en la permeabilidad de la cutícula, el agrietado y a la cantidad de la cutícula. Para conocer la relación entre las rutas de síntesis de flavonoides y de la cutícula se llevó a cabo un estudio de la expresión de genes claves de ambas rutas junto con una caracterización anatómico-fisiológica en plantas que sobreexpresan el gen CHALCONA ISOMERASA de petunia y en plantas que sobreexpresan dicho gen junto al gen FLAVONA SINTASA II de gerbera modificando así el perfil de flavonoides a nivel de planta completa. Este estudio permitió comprobar cómo la variación en la cantidad y el tipo de flavonoides acumulados llevó asociados cambios en el peso y la calidad, tanto externa como interna, del fruto. Los cambios en la calidad externa fueron debidos a las variaciones en la morfología y la composición química de la cutícula, las cuales conllevaron variaciones en las propiedades mecánicas de la misma aumentando su fragilidad ante la presión interna durante el crecimiento del fruto. Además, con la modificación de la ruta de síntesis de los flavonoides aumentó la cantidad de cutícula. Dicho aumento no pudo asociarse con cambios en la expresión de ninguno de los genes conocidos relacionados con la cutícula con la excepción del factor de transcripción MYB41. Por otro lado, se ha comprobado que la chalconaringenina fue el único flavonoide que se acumuló en la cutícula del fruto de tomate durante la maduración. Paralelamente, se estudió la influencia del nitrógeno en el metabolismo de los flavonoides y su relación con la cutícula. Para ello se cultivaron las plantas con tres soluciones de riego que difieren en el aporte de nitrógeno. Se ha podido comprobar con este estudio que el cultivo de plantas de tomate con un menor aporte de nitrógeno estuvo asociado a un aumento de la cantidad de flavonoides en la cutícula y a una mejora en la calidad externa del fruto al disminuir la tasa de agrietado sin afectar a la calidad interna o a la producción. La disminución del suministro de N tendría dos efectos inmediatos asociados al cultivo del tomate: contribuiría de manera significativa a la reducción de los desechos de aguas nitrogenadas, reduciendo notablemente la contaminación de las aguas y los suelos, y disminuiría el coste de producción.