Projecte H2020 TOMACOP: Homeòstasi del coure i efectes de la deficiència de coure a les plantes de tomàquet i la qualitat del fruit
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2019 -2021
- Pressupost assignat 170.121,6 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte TOMACOP
Avaluem els canvis fisiològics i bioquímics a la planta com a conseqüència del creixement de la planta sota disponibilitat subòptima de Cu a través d'assajos in vitro, hidropònics i d'hivernacle. La longitud de l'arrel i el brot es van reduir significativament així com el pes sec i la biomassa per planta. També el nombre de flors i el rendiment total van disminuir com a conseqüència de les condicions de deficiència de Cu. En termes de qualitat externa de la fruita i l'estat nutricional, la disponibilitat deficient de Cu no va alterar l'evolució del color durant el procés de maduració de la fruita, però va avançar la taxa d'estovament de la fruita i va augmentar l'acidesa interna després de la collita. Alhora, aquest estrès va augmentar la capacitat antioxidant de la fruita, probablement a causa de l'augment del contingut de vitamina C, però va tenir poc efecte en els continguts totals de fenols, flavonoides i licopè. A més, la incidència d'esquerdament de la fruita i la susceptibilitat a la infecció per patògens van augmentar a la fruita collida de plantes cultivades sota condicions de deficiència de Cu. Finalment, els continguts de micronutrients importants per a la salut humana, com ara Cu i Fe, es van modificar en resposta a les condicions d'estrès per deficiència de Cu.
Aquests resultats han estat dividits en dos manuscrits diferents i presentats a Simposis Internacionals i en diversos seminaris de difusió.
També estudiem els mecanismes moleculars subjacents a la resposta a l'estrès per deficiència de Cu en plantes i fruits de tomàquet. S'hi van identificar sis membres de la família de transportadors de coure (SlCOPT1-6) i se'n van analitzar les estructures secundàries i terciàries, així com la xarxa d'interacció potencial i els patrons d'expressió gènica. A més, avaluem la seva funcionalitat mitjançant assaigs dexpressió de complementació en llevat. Aquests resultats indiquen que SlCOPT1 i SlCOPT2 són completament funcionals i els COPT expressats de forma més ubiqua en els teixits de la planta i el fruit. D'altra banda, l'expressió de SlCOPT3 i SlCOPT5 s'especialitza en els teixits de la tija i el fruit. Aquests resultats ja es van publicar (10.1016/j.ijbiomac.2021.10.032) i es van presentar a la 6a Conferència Internacional ABS mitjançant una ponència convidada. Paral·lelament, comparem el transcriptoma de diferents teixits (arrel, tija, fulla i fruit) de plantes cultivades en condicions de suficiència i deficiència de Cu.
Els resultats de la seqüenciació de nova generació van revelar un conjunt de respostes comunes dirigides principalment a augmentar l'absorció de Cu a l'arrel ia millorar-ne la mobilització a les parts superiors de la planta.
El principal SlCOPT que realitza aquestes funcions va ser SlCOPT2, cosa que assenyala aquest transportador de Cu com a objectiu més plausible per a la millora biotecnològica de l'absorció i distribució de Cu en plantes de tomàquet mitjançant tecnologies d'edició genòmica. Aquests resultats es publicaran en dos manuscrits independents. D'altra banda, l'anàlisi transcriptòmica comparativa de la fruita collida a l'etapa de maduració vermella (comercial) ha revelat que aquest òrgan no regula un gran nombre de processos biològics en resposta a l'estrès per deficiència de Cu. Aquestes dades són molt valuoses, ja que han permès identificar especificitats de la fruita en la regulació de gens relacionats amb l'homeòstasi del Cu. Això presenta un prometedor potencial biotecnològic per millorar/optimitzar el contingut micronutricional d'aquest producte, cosa que podria tenir un impacte a la dieta humana i, per tant, a la salut humana.
El coure (Cu) és un micronutrient vital que actua com una arma de doble tall en els éssers vius, ja que és un cofactor redox actiu essencial en els processos biològics, però resulta tòxic en excés. Uns nivells subòptims de Cu a la dieta humana poden causar un desenvolupament neurològic deficient i trastorns metabòlics. A les plantes, el Cu té un paper important en processos clau. En conseqüència, les plantes també són sensibles a la biodisponibilitat del Cu a terra.
Per tant, uns nivells baixos de Cu poden afectar el desenvolupament i la viabilitat del pol·len, així com la regulació de les respostes a la deficiència de ferro, però la seva toxicitat causa danys a l'ADN, clorosi i inhibició del creixement radicular, entre altres símptomes. Atès que les deficiències o els excessos nutricionals de les plantes es transfereixen als consumidors, desxifrar els mecanismes reguladors subjacents a l'absorció i la distribució del Cu en els productes comestibles és crucial per prevenir nivells deficients o tòxics de Cu en cultius hortícoles que, en última instància, poden afectar la salut humana. A més, a Europa, al voltant del 20% de la terra cultivable està classificada com a deficient a Cu, cosa que s'ha compensat mitjançant l'ús de fertilitzants enriquits amb Cu. Tot i això, la UE adverteix que aquesta pràctica implica alts costos ambientals i compromet la seguretat alimentària per als consumidors.
TOMACOP va tenir com a objectiu estudiar els efectes de la disponibilitat deficient de Cu a terra en el creixement i desenvolupament de les plantes i en l'estat nutricional i qualitat del fruit utilitzant tomàquet (Solanum lycopersicum) com a sistema experimental. Els principals resultats indiquen que la disponibilitat deficient de Cu va tenir conseqüències perjudicials en el creixement i rendiment de les plantes i va reduir el valor micronutricional, la comercialització i la qualitat postcollita del fruit.
La caracterització dels components relacionats amb l'homeòstasi del Cu i la identificació d'especificitats tissulars als mecanismes moleculars que regulen l'absorció de Cu en aquesta espècie han proporcionat pistes importants per a millores biotecnològiques futures destinades a resoldre el desafiament que enfronta l'agricultura de la UE
El coure (Cu) és un micronutrient vital que actua com una arma de doble tall en els éssers vius, ja que és un cofactor redox actiu essencial en els processos biològics, però resulta tòxic en excés. Als éssers humans, el Cu s'adquireix a través de la dieta i la seva deficiència o excés causa malalties importants. Les plantes també són sensibles a la biodisponibilitat del Cu a terra, i les seves deficiències o excessos nutricionals es transfereixen als consumidors.
Per tant, desxifrar els mecanismes reguladors subjacents a l'absorció i distribució del Cu en productes comestibles és crucial per prevenir nivells deficients o tòxics de Cu en cultius hortícoles que, en última instància, podrien afectar la salut humana. A més, a Europa, al voltant del 20% de la terra cultivable està classificada com a deficient a Cu, cosa que s'ha compensat mitjançant l'ús de fertilitzants enriquits amb Cu. Tot i això, la UE adverteix que aquesta pràctica implica alts costos ambientals i compromet la seguretat alimentària dels consumidors.
TOMACOP estudiarà els efectes de la deficiència de Cu en el creixement i el desenvolupament de les plantes, així com en l'estat nutricional i la qualitat del fruit, utilitzant tomàquet (Solanum lycopersicum), un dels cultius més importants a nivell mundial. La caracterització dels components de l'homeòstasi del Cu i la identificació d'especificitats tissulars als mecanismes moleculars que regulen l'absorció de Cu proporcionaran pistes importants per a millores biotecnològiques futures destinades a resoldre el desafiament que enfronta l'agricultura de la UE
Aquesta proposta aborda un tema important per a l'agricultura i la ciència dels aliments a nivell mundial mitjançant tecnologies d'avantguarda desenvolupades durant aquesta investigació. D'una banda, aquest projecte proporciona resultats que contribuiran a optimitzar les condicions de cultiu del tomàquet i, per tant, reduir la pèrdua de qualitat nutricional i externa del fruit i, en conseqüència, la pèrdua de valor econòmic de la fruita fresca.
D'altra banda, els resultats obtinguts fins avui estableixen coneixements bàsics sobre plantes i fruits de tomàquet per al desenvolupament futur d'estratègies biotecnològiques destinades a millorar la resiliència a la deficiència/toxicitat de Cu. A més, aquests resultats obren noves línies de recerca centrades en la resistència a malalties mitjançant la millora del contingut de Cu al fruit, cosa que conduirà a una reducció en l'ús de pesticides ia una millor comprensió dels mecanismes d'incidència de l'esquerdament del fruit, cosa que afectarà la comercialització del fruit i el malbaratament d'aliments.
Tant els components de recerca aplicada com els bàsics són part integral de les estratègies que la UE està promovent actualment, com es reflecteix a Horitzó 2020, que designa la seguretat alimentària, l'agricultura sostenible i l'eficiència dels recursos com a desafiaments socials clau.
A més, l'aplicació de la investigació bàsica al millorament de cultius tolerants a l'estrès per Cu representa un desafiament crucial per a la seguretat alimentària en un context global on el Cu és un nutrient deficient a terra o un element tòxic acumulat com a conseqüència de l'ús irresponsable de fertilitzants.
Atès que la població mundial continua augmentant i la longevitat també ha augmentat ràpidament, no només és important per a la salut humana augmentar la producció d'aliments, sinó també millorar-ne la qualitat. L'aplicació amb èxit dels coneixements bàsics de la ciència vegetal i la genòmica serà crucial per a la seguretat alimentària i l'agroindústria futures al món. Aquesta investigació translacional per a la producció sostenible d'aliments més saludables i de millor qualitat és una contribució visible de la ciència vegetal no només a la societat europea, sinó també a la mundial.
- CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
Projectes relacionats
