Principio, Luigia (2023) Progettazione e sviluppo di genotipi di pomodoro con migliori caratteristiche nutrizionali. [Tesi di dottorato]

Anteprima

Testo Luigia_Principio_XXXV.pdf Download (3MB) | Anteprima

Abstract

Scopo finale della presente tesi è lo studio della biosintesi e l’accumulo dell’acido ascorbico nei frutti di pomodoro e la sua biodisponibilità nei sottoprodotti della filiera del pomodoro. L’acido ascorbico (vitamina C o AsA), ha una potente attività antiossidante nel corpo umano, ed è implicato anche nella protezione dei componenti cellulari (DNA, proteine e lipidi) dai danni ossidativi indotti dai radicali liberi (ROS, Reacting Oxygen Species) che si formano a seguito di processi metabolici. Il corpo umano non è in grado di sintetizzare questa vitamina, che essendo idrosolubile viene eliminata tutti i giorni. È quindi molto importante assumere questo antiossidante regolarmente tramite l’alimentazione. Le bacche di pomodoro (Solanum lycopersicum L.) sono una delle principali fonti di antiossidanti di origine vegetale. Molti studi hanno associato il loro consumo a un ridotto rischio di cancro, infiammazione e malattie cardiovascolari. Questi effetti sono attribuiti alla presenza di molecole antiossidanti tra cui l’acido ascorbico. Il crescente interesse per il benessere sta influenzando le scelte dei consumatori indirizzandoli a mangiare cibi funzionali ad alto potenziale antiossidante. La maggior parte dei pomodori viene consumata fresca o costituisce l'ingrediente base di un'ampia varietà di cibi cotti e trasformati come succhi, salse e zuppe. Da qui nasce l’esigenza di trovare nuovi modi per ottenere prodotti trasformati funzionali e genotipi di pomodoro biofortificati con livelli potenziati di antiossidanti, senza trascurare gli aspetti agronomici ed economici. Le cultivar moderne presentano una concentrazione bassa di antiossidanti rispetto alle specie selvatiche, essendo il risultato di diversi cicli di domesticazione e di attività di breeding che hanno permesso di migliorare il pomodoro da un punto di vista agronomico, in particolare per la sua resa e il suo adattamento, trascurando però le qualità organolettiche e nutraceutiche del frutto. Oggi è possibile utilizzare nuove risorse genetiche, tra cui le linee d’introgressione (IL), per aumentare il contenuto di antiossidanti in pomodoro e studiare i meccanismi alla base della loro produzione. Queste linee d’introgressione contengono un segmento omozigote del genoma selvatico nel background della varietà coltivata e rappresentano una libreria genomica molto utile per identificare i geni coinvolti nella regolazione dei Quantitative Trait Loci (QTL). A livello mondiale, i ricercatori si sono concentrati soprattutto sulla specie selvatica Solanum pennellii, ottenendo una popolazione di 76 linee d’introgressione. Nel nostro laboratorio presso il Dipartimento di Agraria dell'Università di Napoli Federico II, sono state identificate sette sublinee (genotipi codificati da R176 a R182) della IL 7-3 che portavano porzioni ridotte del genoma selvatico rispetto a IL7-3 sullo stesso cromosoma e che mostravano alti livelli di antiossidanti e °Brix nei frutti. In particolare, la sublinea R182 ha mostrato caratteristiche qualitative dei frutti significativamente superiori al genotipo coltivato M82, mostrando però livelli di resa paragonabili, superando così la bassa resa sempre riscontrata nella linea parentale IL7-3. In questo elaborato di tesi è stata eseguita una caratterizzazione della sublinea R182 e di altre 3 sublinee (R176, R178 e R181) provenienti dallo stesso incrocio al fine di identificare linee superiori per contenuto di molecole antiossidanti, in particolare di acido ascorbico. Sulla base di analisi del genoma precedentemente eseguiti dal nostro laboratorio e dai risultati ottenuti dalla caratterizzazione eseguita in questa tesi, la sublinea R182 è stata scelta per identificare i geni candidati che controllano il contenuto di acido ascorbico nei frutti. La tecnica CRISPR/Cas9 è stata quindi utilizzata per validare i geni identificati nella sublinea R182. Infine, poiché negli ultimi anni sta aumentano il consumo di prodotti trasformati a base di pomodoro, sono stati valutati anche gli effetti del processo di trasformazione industriale sul contenuto di acido ascorbico e altre molecole antiossidanti. Il primo obiettivo della presente tesi è stato quello di effettuare una caratterizzazione delle sublinee di S. pennellii IL7-3, portatrici di QTL positivi per l'accumulo di AsA nel frutto del pomodoro. Sono state condotte due prove sperimentali, una in pieno campo e una in ambiente controllato. I risultati delle analisi biometriche, qualitative e metabolomiche dei due esperimenti hanno confermato le migliori prestazioni della sublinea R182 rispetto al genotipo coltivato M82. Inoltre, il genotipo R182 ha mostrato maggiori °Brix e un maggior accumulo di acido ascorbico nel frutto rispetto a M82. Questi dati ben si accordavano con il maggior accumulo di glucosio e fruttosio, precursori della via di biosintesi dell’AsA di Smirnoff-Wheeler, evidenziati in R182. Il secondo obiettivo della presente tesi è stato quello di identificare i geni candidati responsabili dell’accumulo di acido ascorbico tramite la tecnica di genome editing CRISPR/Cas9. Tra tutti i geni mappati nella regione di introgressione di R182, è stata focalizzata l’attenzione su due geni codificanti per un Nucleobase Ascorbate Transporter (NAT) e per una Major Facilitator Superfamily Protein (MFSP), che potrebbero svolgere un ruolo indiretto nella biosintesi e nell'accumulo di AsA e nel controllo di altri tratti qualitativi chiave tra cui °Brix. Nella generazione T1 delle piante ottenute dalla trasformazione genetica, sono state eseguite delle analisi qualitative e metabolomiche. Questi risultati preliminari ci hanno permesso di affermare l’effettivo coinvolgimento dei geni candidati NAT e MSFP nel trasporto e accumulo dell’acido ascorbico in bacca. Il terzo obiettivo della presente tesi è stato quello di valutare gli effetti del processo di trasformazione industriale sul contenuto dei principali composti nutraceutici. Per ottenere un alimento funzionale e di qualità sono state eseguite analisi qualitative su cinque sottoprodotti ottenuti con diverse tecniche di trasformazione. I risultati delle analisi hanno dimostrato che nei prodotti trasformati l’attività antiossidante lipofila e idrofila, il contenuto totale di fenoli e della vitamina C diminuiscono a causa dei trattamenti termici. Quindi il pomodoro fresco continua a rappresentare la fonte preferibile di acido ascorbico e altri composti antiossidanti benefici alla salute umana. In conclusione, i risultati ottenuti nella presente tesi hanno permesso di confermare le migliori prestazioni della sublinea R182 rispetto al genotipo M82 escludendo il fattore ambiente. Quindi in futuro potrebbe essere utilizzata in un programma di breeding per migliorare le caratteristiche nutrizionali del frutto del pomodoro. Inoltre, i risultati ottenuti dalla trasformazione genetica con la tecnica CRISPR/Cas9 hanno permesso di identificare la funzione del gene MFSP presente nella regione d’introgressione della sublinea R182 e del gene NAT localizzato a valle della regione introgressa. Infine, le analisi condotte sui prodotti trasformati hanno dimostrato l’influenza dei processi termici sul contenuto dei composti antiossidanti.

Downloads

Actions (login required)

Modifica documento