Proxecto H2020 TOMACOP: Homeostase do cobre e efectos da deficiencia de cobre nas plantas de tomate e na calidade dos froitos
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2019 -2021
- Orzamento asignado 170.121,6 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto TOMACOP
Avaliamos os cambios fisiolóxicos e bioquímicos da planta como consecuencia do crecemento da planta baixo unha dispoñibilidade de Cu subóptima mediante ensaios in vitro, hidropónicos e invernadoiro. Reduciuse significativamente a lonxitude das raíces e dos brotes, 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 canto á calidade externa da froita e ao estado nutricional, a mala dispoñibilidade de Cu non alterou a evolución da cor durante o proceso de maduración da froita, pero avanzou a taxa de reblandecemento da froita e aumentou a acidez interna despois da colleita. Á súa vez, este estrés aumentou a capacidade antioxidante da froita, probablemente debido ao aumento do contido de vitamina C, pero tivo pouco efecto sobre o contido total de fenois, flavonoides e licopeno. Ademais, a incidencia de rachaduras de froitas e a susceptibilidade á infección por patóxenos aumentou nos froitos collidos 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 de tomate e froitos. Identificáronse seis membros da familia do transportador de cobre (SlCOPT1-6) e analizáronse as súas estruturas secundarias e terciarias, así como a rede de interacción potencial 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 os COPT exprésanse de forma máis ubicua nos tecidos de plantas e froitas. Por outra banda, a expresión de SlCOPT3 e SlCOPT5 está especializada en tecidos de tallos e froitos. Estes resultados xa foron publicados (10.1016/j.ijbiomac.2021.10.032) e presentados na 6a Conferencia Internacional ABS a través dun traballo convidado. Paralelamente, 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 próxima xeración revelaron un conxunto de respostas comúns dirixidas principalmente a aumentar a captación de Cu na raíz e mellorar a súa mobilización nas partes superiores da planta.
O principal SlCOPT que realizaba estas funcións foi o SlCOPT2, que indica a este transportador de Cu como o obxectivo máis plausible para a mellora biotecnolóxica da captación e distribución de Cu nas plantas de tomate mediante tecnoloxías de edición do xenoma. Estes resultados publicaranse en dous manuscritos separados. Por outra banda, a análise transcriptómica comparativa dos froitos collidos 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 as especificidades dos froitos na regulación dos xenes relacionados coa homeostase do Cu. Isto presenta un potencial biotecnolóxico prometedor para mellorar/optimizar o contido de 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 arma 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 alteracións no desenvolvemento neurolóxico e trastornos metabólicos. Nas plantas, o Cu xoga un papel importante nos procesos clave. En consecuencia, as plantas tamén son sensibles á biodisponibilidade do Cu no chan.
Polo tanto, os baixos niveis de Cu poden afectar ao desenvolvemento e viabilidade do pole, así como á regulación das respostas á deficiencia de ferro, pero a súa toxicidade provoca danos no ADN, clorose e inhibición do crecemento das raíces, entre outros síntomas. Dado que as deficiencias nutricionais ou os excesos das plantas transfírense aos consumidores, descifrar os mecanismos reguladores que subxacen á absorción e distribución de Cu en produtos comestibles é fundamental para previr niveis deficientes ou tóxicos de Cu nos cultivos hortícolas que poden afectar finalmente a saúde humana. Ademais, en Europa, preto do 20% das terras cultivables están clasificadas como deficientes en Cu, o que foi compensado polo uso de fertilizantes enriquecidos en Cu. Non obstante, a UE advirte de que esta práctica supón elevados custos ambientais e compromete a seguridade alimentaria para os consumidores.
TOMACOP tivo como obxectivo estudar os efectos da mala dispoñibilidade de Cu no solo sobre o crecemento e desenvolvemento das plantas e sobre o estado nutricional e a calidade do froito utilizando o tomate (Solanum lycopersicum) como sistema experimental. Os principais resultados indican que a mala dispoñibilidade de Cu tivo consecuencias prexudiciais sobre o crecemento e o rendemento das plantas e reduciu o valor micronutricional, a comercialización e a calidade poscolleita do froito.
A caracterización dos compoñentes relacionados coa homeostase do Cu e a identificación das especificidades dos tecidos nos mecanismos moleculares que regulan a absorción de Cu nesta especie proporcionaron pistas importantes para futuras melloras biotecnolóxicas dirixidas a resolver o desafío ao que se enfronta a agricultura comunitaria.
O cobre (Cu) é un micronutriente vital que actúa como arma 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 provoca enfermidades importantes. As plantas tamén son sensibles á biodisponibilidade do Cu no chan, e as súas deficiencias ou excesos nutricionais transfírense aos consumidores.
Polo tanto, descifrar os mecanismos reguladores subxacentes á absorción e distribución de Cu en produtos comestibles é fundamental para previr niveis deficientes ou tóxicos de Cu en cultivos hortícolas que, en última instancia, poidan afectar á saúde humana. Ademais, en Europa, preto do 20% das terras cultivables están clasificadas como deficientes en Cu, o que foi compensado polo uso de fertilizantes enriquecidos en Cu. Non obstante, a UE advirte de que esta práctica supón elevados 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 sobre o estado nutricional e a calidade dos froitos, utilizando o tomate (Solanum lycopersicum), un dos cultivos máis importantes a nivel mundial. A caracterización dos compoñentes da homeostase do Cu e a identificación das especificidades dos tecidos nos mecanismos moleculares que regulan a absorción de Cu proporcionarán pistas importantes para futuras melloras biotecnolóxicas dirixidas a resolver o desafío ao que se enfronta a agricultura da UE.
Esta proposta aborda un tema de importancia para a agricultura global e a ciencia alimentaria a través das tecnoloxías de punta 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 do froito e, en consecuencia, a perda de valor económico da froita fresca.
Ademais, os resultados obtidos ata a data establecen coñecementos básicos sobre plantas e froitos de tomate para o desenvolvemento futuro de estratexias biotecnolóxicas dirixidas a mellorar a resiliencia ante a deficiencia/toxicidade de Cu. Ademais, estes resultados abren novas liñas de investigación centradas na resistencia ás enfermidades mediante a mellora do contido en Cu no froito, o que suporá unha redución do uso de pesticidas e unha mellor comprensión dos mecanismos de incidencia do craqueo da froita, que afectará á comercialización da froita e ao desperdicio alimentario.
Tanto os compoñentes de investigación aplicada como de investigación básica forman parte integrante das estratexias que a UE está promovendo actualmente, como se reflicte en Horizonte 2020, que designa a seguridade alimentaria, a agricultura sostible e a eficiencia dos recursos como retos sociais fundamentais.
Ademais, a aplicación da investigación básica á mellora de cultivos tolerantes ao estrés por Cu representa un reto crucial para a seguridade alimentaria nun contexto global onde o Cu é un nutriente deficiente no solo ou un elemento tóxico acumulado como consecuencia do uso irresponsable de fertilizantes.
Como a poboación mundial segue crecendo e a esperanza de vida tamén se incrementou rapidamente, non só é importante para a saúde humana aumentar a produción de alimentos, senón tamén mellorar a súa calidade. A aplicación exitosa dos coñecementos básicos da ciencia das plantas e da xenómica será crucial para a futura seguridade alimentaria e o agronegocio 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 das plantas non só á sociedade europea, senón tamén á sociedade global.
- CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
Proxectos relacionados
