Proxecto H2020 TOMACOP: Homeostase do cobre e efectos da deficiencia de cobre nas plantas de tomate e na calidade do froito
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2019 -2021
- Orzamento asignado 170.121,6 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto TOMACOP
Avaliamos os cambios fisiolóxicos e bioquímicos na planta como consecuencia do crecemento da planta baixo unha dispoñibilidade subóptima de Cu mediante ensaios in vitro, hidropónicos e de invernadoiro. A lonxitude da raíz e dos gromos reducíronse significativamente, así como o peso seco e a biomasa por planta. O número de flores e o rendemento total tamén diminuíron como resultado das condicións de deficiencia de Cu. En termos da calidade externa do froito e do estado nutricional, a baixa dispoñibilidade de Cu non alterou a evolución da cor durante o proceso de maduración do froito, pero si adiantou a velocidade de abrandamento do froito e aumentou a acidez interna despois da colleita. Pola súa banda, este estrés aumentou a capacidade antioxidante da froita, probablemente debido ao maior contido de vitamina C, pero tivo pouco efecto sobre o contido total de fenois, flavonoides e licopeno. Ademais, a incidencia de rachaduras nos froitos e a susceptibilidade á infección por patóxenos aumentou nos froitos colleitados de plantas cultivadas en condicións de deficiencia de Cu. Finalmente, os contidos de micronutrientes importantes para a saúde humana, como o Cu e o Fe, foron modificados en resposta ás condicións de estrés por deficiencia de Cu.
Estes resultados foron divididos en dous manuscritos diferentes e presentados en simposios internacionais e varios seminarios de difusión.
Tamén estudamos os mecanismos moleculares subxacentes á resposta ao estrés por deficiencia de Cu en plantas e froitas de tomate. Identificáronse seis membros da familia dos transportadores de cobre (SlCOPT1-6) e analizáronse as súas estruturas secundarias e terciarias, así como a posible rede de interacción e os patróns de expresión xénica. Ademais, avaliamos a súa funcionalidade mediante ensaios de expresión de complementación de lévedos. Estes resultados indican que SlCOPT1 e SlCOPT2 son totalmente funcionais e que as COPT exprésanse de forma máis ubicua nos tecidos de plantas e froitas. Por outra banda, a expresión de SlCOPT3 e SlCOPT5 está especializada nos tecidos do talo e do froito. Estes resultados xa foron publicados (10.1016/j.ijbiomac.2021.10.032) e presentados na 6ª Conferencia Internacional de ABS a través dunha comunicación invitada. En paralelo, comparamos o transcriptoma de diferentes tecidos (raíz, talo, folla e froito) de plantas cultivadas en condicións de suficiencia e deficiencia de Cu.
Os resultados da secuenciación de nova xeración revelaron un conxunto de respostas comúns destinadas principalmente a aumentar a absorción de Cu na raíz e mellorar a súa mobilización cara ás partes superiores da planta.
O principal SlCOPT que realizaba estas funcións foi o SlCOPT2, o que indica este transportador de Cu como o obxectivo máis plausible para a mellora biotecnolóxica da captación e distribución de Cu en plantas de tomate mediante tecnoloxías de edición do xenoma. Estes resultados publicaranse en dous manuscritos separados. Por outra banda, a análise transcriptómica comparativa de froitas colleitadas na fase de maduración vermella (comercial) revelou que este órgano non regula un gran número de procesos biolóxicos en resposta ao estrés por deficiencia de Cu. Estes datos son moi valiosos, xa que nos permitiron identificar especificidades da froita na regulación de xenes relacionados coa homeostase do Cu. Isto presenta un potencial biotecnolóxico prometedor para mellorar/optimizar o contido en micronutrientes deste produto, o que podería ter un impacto na dieta humana e, en consecuencia, na saúde humana.
O cobre (Cu) é un micronutriente vital que actúa como unha espada de dobre fío nos seres vivos, xa que é un cofactor redox activo esencial nos procesos biolóxicos, pero é tóxico en exceso. Os niveis subóptimos de Cu na dieta humana poden causar un desenvolvemento neurolóxico prexudicial e trastornos metabólicos. Nas plantas, o Cu xoga un papel importante en procesos clave. En consecuencia, as plantas tamén son sensibles á biodispoñibilidade do Cu no solo.
Polo tanto, os niveis baixos de Cu poden afectar o desenvolvemento e a viabilidade do pole, así como a regulación das respostas á deficiencia de ferro, pero a súa toxicidade causa danos no ADN, clorose e inhibición do crecemento das raíces, entre outros síntomas. Dado que as deficiencias ou excesos nutricionais nas plantas se transfiren aos consumidores, descifrar os mecanismos reguladores subxacentes á absorción e distribución de Cu en produtos comestibles é crucial para evitar niveis deficientes ou tóxicos de Cu nos cultivos hortícolas que en última instancia poden afectar a saúde humana. Ademais, en Europa, arredor do 20 % das terras cultivables están clasificadas como con deficiencia de Cu, o que se compensou co uso de fertilizantes enriquecidos con Cu. Non obstante, a UE advirte de que esta práctica supón altos custos ambientais e compromete a seguridade alimentaria dos consumidores.
O obxectivo de TOMACOP foi estudar os efectos da escasa dispoñibilidade de Cu no solo no crecemento e desenvolvemento das plantas e no estado nutricional e a calidade do froito utilizando o tomate (Solanum lycopersicum) como sistema experimental. Os principais resultados indican que a escasa dispoñibilidade de Cu tivo consecuencias prexudiciais no crecemento e o rendemento das plantas e reduciu o valor micronutricional, a comerciabilidade e a calidade poscolleita do froito.
A caracterización dos compoñentes relacionados coa homeostase do Cu e a identificación de especificidades tisulares nos mecanismos moleculares que regulan a absorción de Cu nesta especie proporcionaron pistas importantes para futuras melloras biotecnolóxicas destinadas a resolver o desafío ao que se enfronta a agricultura da UE.
O cobre (Cu) é un micronutriente vital que actúa como unha espada de dobre fío nos seres vivos, xa que é un cofactor redox activo esencial nos procesos biolóxicos, pero é tóxico en exceso. Nos humanos, o Cu adquírese a través da dieta e a súa deficiencia ou exceso causa importantes enfermidades. As plantas tamén son sensibles á biodispoñibilidade do Cu no solo, e as súas deficiencias ou excesos nutricionais transfírense aos consumidores.
Polo tanto, descifrar os mecanismos reguladores subxacentes á absorción e distribución do Cu en produtos comestibles é crucial para previr niveis deficientes ou tóxicos de Cu nos cultivos hortícolas que poderían afectar a saúde humana. Ademais, en Europa, arredor do 20 % das terras cultivables están clasificadas como con deficiencia de Cu, o que se compensou co uso de fertilizantes enriquecidos con Cu. Non obstante, a UE advirte de que esta práctica supón altos custos ambientais e compromete a seguridade alimentaria dos consumidores.
TOMACOP estudará os efectos da deficiencia de Cu no crecemento e desenvolvemento das plantas, así como no estado nutricional e na calidade do froito, utilizando o tomate (Solanum lycopersicum), un dos cultivos máis importantes a nivel mundial. A caracterización dos compoñentes da homeostase do Cu e a identificación de especificidades tisulares nos mecanismos moleculares que regulan a captación de Cu proporcionarán pistas importantes para futuras melloras biotecnolóxicas destinadas a resolver o desafío ao que se enfronta a agricultura da UE.
Esta proposta aborda un tema de importancia para a agricultura e a ciencia dos alimentos a nivel mundial a través de tecnoloxías de vangarda desenvolvidas durante esta investigación. Por unha banda, este proxecto achega resultados que contribuirán a optimizar as condicións de cultivo do tomate e, polo tanto, a reducir a perda de calidade nutricional e externa da froita e, en consecuencia, a perda de valor económico da froita fresca.
Ademais, os resultados obtidos ata a data establecen coñecementos básicos sobre as plantas e froitas de tomate para o desenvolvemento futuro de estratexias biotecnolóxicas destinadas a mellorar a resiliencia á deficiencia/toxicidade de Cu. Ademais, estes resultados abren novas liñas de investigación centradas na resistencia ás enfermidades mediante a mellora do contido de Cu na froita, o que levará a unha redución no uso de pesticidas e a unha mellor comprensión dos mecanismos de incidencia de gretamento na froita, que afectará á comercialización da froita e ao desperdicio de alimentos.
Tanto os compoñentes de investigación aplicada como os básicos forman parte integrante das estratexias que a UE está a promover actualmente, como se reflicte en Horizonte 2020, que designa a seguridade alimentaria, a agricultura sostible e a eficiencia dos recursos como desafíos sociais clave.
Ademais, a aplicación da investigación básica á mellora de cultivos tolerantes ao estrés do Cu representa un desafío crucial para a seguridade alimentaria nun contexto global onde o Cu é un nutriente deficiente no solo ou un elemento tóxico acumulado como resultado do uso irresponsable de fertilizantes.
A medida que a poboación mundial continúa a medrar e a esperanza de vida tamén aumentou rapidamente, non só é importante para a saúde humana aumentar a produción de alimentos, senón tamén mellorar a súa calidade. A aplicación eficaz dos coñecementos básicos da ciencia vexetal e a xenómica será crucial para a seguridade alimentaria e a agroindustria no futuro en todo o mundo. Esta investigación translacional para a produción sostible de alimentos máis saudables e de maior calidade é unha contribución visible da ciencia vexetal non só á sociedade europea, senón tamén á sociedade global.
- CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
Proxectos relacionados
