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The Impact of Callose Metabolism on the Mechanical Properties of Cell Wall during Tomato Ripening .

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Varietà migliori di pomodori che ritardano il rammollimento

Un nuovo approccio genomico potrebbe accelerare la ricerca sulla coltivazione di pomodori saporiti di alta qualità che non si rammolliscono prima che i consumatori li portano a casa.

Alimenti e Risorse naturali

Il pomodoro Solanum lycopersicum L. è una delle colture più prodotte in tutto il mondo nonché un modello ampiamente studiato per quanto riguarda i frutti carnosi. Si tratta di una fonte eccellente di antiossidanti come la vitamina C, i flavonoidi, il beta-carotene e il licopene. Tuttavia, circa il 25-42 % della resa delle colture va perso in seguito al raccolto a causa del rammollimento prematuro e all’attacco da parte di patogeni vegetali, quali il fungo Colletotrichum coccodes. «Le strategie per aumentare la durata di conservazione dei frutti carnosi (come il pomodoro) costituiscono una sfida importante nei programmi di selettocoltura della frutta. Il miglioramento dell’integrità delle pareti cellulari e delle proprietà meccaniche rappresenta la prima linea di difesa contro il rammollimento della frutta», sottolinea Yoselin Benitez-Alfonso, responsabile del progetto CallMechanics, finanziato dall’UE. Candelas Paniagua-Correa, alla quale è stata assegnata una borsa di studio nell’ambito del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, ha analizzato un gruppo di enzimi che degradano le pareti cellulari denominati 1,3-beta-glucanasi, i quali potrebbero fungere da bersagli candidati per il miglioramento della frutta. Lo scopo iniziale era individuare questi enzimi che modificano le pareti cellulari durante la maturazione dei pomodori per poi studiarne l’influsso sui tratti della frutta, come ad esempio la durezza e il turgore cellulare, in seguito alla modifica della relativa espressione mediante approcci genetici. CallMechanics è durato solo sei mesi a causa della pandemia di COVID-19 e delle restrizioni che hanno limitato l’accesso ai laboratori. Ciononostante, per quanto concerne il primo obiettivo, sono stati compiuti notevoli progressi.

Spiegazione del ruolo degli enzimi di degradazione del callosio

«I 1,3-beta-glucanasi degradano il callosio, un 1,3-beta-glucano (un polisaccaride delle pareti cellulari vegetali) che inibisce l’invasione da parte dei patogeni, diffondendo e controllando il trasporto di segnali intercellulari e di altre molecole tramite i canali delle pareti cellulari denominati plasmodesmi», spiega Paniagua-Correa. Mediante la conduzione di un’analisi filogenetica, Paniagua-Correa ha identificato cinquanta 1,3-beta-glucanasi candidati del pomodoro distribuiti in tre cladi con un antenato in comune, (α, β e γ), conformemente alle somiglianze nell’allineamento di sequenze. Dall’analisi dei dati di microarray sono emersi modelli d’espressione diversi nelle varie fasi del frutto: l’espressione di un sottoinsieme di enzimi nel cluster α è diminuita durante la fase di maturazione, mentre due enzimi presenti nei cluster β e γ hanno mostrato un’espressione più elevata nelle fasi dal bianco al rosso. I test di PCR quantitativa di trascrizione inversa in tempo reale hanno confermato i modelli d’espressione differenziati dei 1,3-beta-glucanasi e hanno suggerito che tali divergenze evolutive potrebbero essere legate alle relative differenze di localizzazione e funzione previste. Tali differenze sono utili per la selezione dei bersagli al fine di prolungare la durata di conservazione della frutta. I risultati dello studio sono stati pubblicati su questa pagina.

Una nuova direzione della ricerca per la resa delle colture di pomodori

I progressi compiuti da CallMechanics in fitofisiologia e agricoltura sono dipesi essenzialmente dalla fusione di competenze provenienti da campi diversi, quali la biotecnologia, la biochimica, la biologia molecolare, la genetica e la biofisica, impiegando la strumentazione più sofisticata e all’avanguardia. «Modificando le concentrazioni di callosio nella pianta, abbiamo cercato di ottimizzare non solo la durezza del pomodoro, bensì anche altri parametri associati al rammollimento della frutta come ad esempio la permeabilità delle pareti cellulari e la suscettibilità ai patogeni», evidenzia Benitez-Alfonso. «Il nostro approccio potrebbe avere un impatto significativo sulla durata di conservazione della frutta.» Benitez-Alfonso continua: «Le pareti cellulari rappresentano un obiettivo critico per il miglioramento della frutta. In alcuni studi recenti è stato adoperato uno strumento di editing genomico (CRISRP/Cas9) per la mutagenesi di un altro enzima che degrada le pareti cellulari, ovvero la poligalatturonasi, la quale degrada la componente pectica presente nel pomodoro, comportando ritardi nel rammollimento del frutto. Per quanto ne sappiamo, il nostro progetto è stato il primo a intervenire sul callosio. Dati i vari ruoli svolti dal callosio nello sviluppo della pianta, il nostro approccio di editing genomico potrebbe rivelarsi efficace non solo nel ritardare il rammollimento, ma anche nel migliorare altri parametri importanti,quali la crescita/le dimensioni del frutto, il sapore e la resistenza alle malattie».

Parole chiave

CallMechanics, pomodoro, rammollimento, callosio, 1,3-beta-glucanasi, enzima che degrada le pareti cellulari, editing genomico

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