Proyecto H2020 TOMACOP: Homeostasis del cobre y efectos de la deficiencia de cobre en las plantas de tomate y la calidad del fruto
- Tipo Proyecto
- Status Completado
- Ejecución 2019 -2021
- Presupuesto asignado 170.121,6 €
- Alcance Europeo
- Principal fuente de financiación H2020
- Sitio web del proyecto TOMACOP
Evaluamos los cambios fisiológicos y bioquímicos en la planta como consecuencia del crecimiento de la planta bajo disponibilidad subóptima de Cu a través de ensayos in vitro, hidropónicos y de invernadero. La longitud de la raíz y el brote se redujeron significativamente, así como el peso seco y la biomasa por planta. También el número de flores y el rendimiento total disminuyeron como consecuencia de las condiciones de deficiencia de Cu. En términos de calidad externa de la fruta y el estado nutricional, la disponibilidad deficiente de Cu no alteró la evolución del color durante el proceso de maduración de la fruta, pero adelantó la tasa de ablandamiento de la fruta y aumentó la acidez interna después de la cosecha. A su vez, este estrés aumentó la capacidad antioxidante de la fruta, probablemente debido al aumento del contenido de vitamina C, pero tuvo poco efecto en los contenidos totales de fenoles, flavonoides y licopeno. Además, la incidencia de agrietamiento de la fruta y la susceptibilidad a la infección por patógenos aumentaron en la fruta cosechada de plantas cultivadas bajo condiciones de deficiencia de Cu. Finalmente, los contenidos de micronutrientes importantes para la salud humana, como Cu y Fe, se modificaron en respuesta a las condiciones de estrés por deficiencia de Cu.
Estos resultados han sido divididos en dos manuscritos diferentes y presentados en Simposios Internacionales y en varios seminarios de difusión.
También estudiamos los mecanismos moleculares subyacentes a la respuesta al estrés por deficiencia de Cu en plantas y frutos de tomate. Se identificaron seis miembros de la familia de transportadores de cobre (SlCOPT1-6) y se analizaron sus estructuras secundarias y terciarias, así como la red de interacción potencial y los patrones de expresión génica. Además, evaluamos su funcionalidad mediante ensayos de expresión de complementación en levadura. Estos resultados indican que SlCOPT1 y SlCOPT2 son completamente funcionales y los COPT expresados de forma más ubicua en los tejidos de la planta y el fruto. Por otro lado, la expresión de SlCOPT3 y SlCOPT5 se especializa en los tejidos del tallo y el fruto. Estos resultados ya se publicaron (10.1016/j.ijbiomac.2021.10.032) y se presentaron en la 6.ª Conferencia Internacional ABS mediante una ponencia invitada. Paralelamente, comparamos el transcriptoma de diferentes tejidos (raíz, tallo, hoja y fruto) de plantas cultivadas en condiciones de suficiencia y deficiencia de Cu.
Los resultados de la secuenciación de nueva generación revelaron un conjunto de respuestas comunes dirigidas principalmente a aumentar la absorción de Cu en la raíz y a mejorar su movilización a las partes superiores de la planta.
El principal SlCOPT que realiza estas funciones fue SlCOPT2, lo que señala a este transportador de Cu como el objetivo más plausible para la mejora biotecnológica de la absorción y distribución de Cu en plantas de tomate mediante tecnologías de edición genómica. Estos resultados se publicarán en dos manuscritos independientes. Por otro lado, el análisis transcriptómico comparativo de la fruta cosechada en la etapa de maduración roja (comercial) ha revelado que este órgano no regula un gran número de procesos biológicos en respuesta al estrés por deficiencia de Cu. Estos datos son muy valiosos, ya que han permitido identificar especificidades de la fruta en la regulación de genes relacionados con la homeostasis del Cu. Esto presenta un prometedor potencial biotecnológico para mejorar/optimizar el contenido micronutricional de este producto, lo que podría tener un impacto en la dieta humana y, por consiguiente, en la salud humana.
El cobre (Cu) es un micronutriente vital que actúa como un arma de doble filo en los seres vivos, ya que es un cofactor redox activo esencial en los procesos biológicos, pero resulta tóxico en exceso. Unos niveles subóptimos de Cu en la dieta humana pueden causar un desarrollo neurológico deficiente y trastornos metabólicos. En las plantas, el Cu desempeña un papel importante en procesos clave. En consecuencia, las plantas también son sensibles a la biodisponibilidad del Cu en el suelo.
Por lo tanto, unos niveles bajos de Cu pueden afectar al desarrollo y la viabilidad del polen, así como a la regulación de las respuestas a la deficiencia de hierro, pero su toxicidad causa daños en el ADN, clorosis e inhibición del crecimiento radicular, entre otros síntomas. Dado que las deficiencias o los excesos nutricionales de las plantas se transfieren a los consumidores, descifrar los mecanismos reguladores que subyacen a la absorción y distribución del Cu en los productos comestibles es crucial para prevenir niveles deficientes o tóxicos de Cu en cultivos hortícolas que, en última instancia, pueden afectar a la salud humana. Además, en Europa, alrededor del 20 % de la tierra cultivable está clasificada como deficiente en Cu, lo que se ha compensado mediante el uso de fertilizantes enriquecidos con Cu. Sin embargo, la UE advierte que esta práctica implica altos costos ambientales y compromete la seguridad alimentaria para los consumidores.
TOMACOP tuvo como objetivo estudiar los efectos de la disponibilidad deficiente de Cu en el suelo en el crecimiento y desarrollo de las plantas y en el estado nutricional y calidad del fruto utilizando tomate (Solanum lycopersicum) como sistema experimental. Los principales resultados indican que la disponibilidad deficiente de Cu tuvo consecuencias perjudiciales en el crecimiento y rendimiento de las plantas y redujo el valor micronutricional, la comercialización y la calidad poscosecha del fruto.
La caracterización de los componentes relacionados con la homeostasis del Cu y la identificación de especificidades tisulares en los mecanismos moleculares que regulan la absorción de Cu en esta especie han proporcionado pistas importantes para futuras mejoras biotecnológicas destinadas a resolver el desafío que enfrenta la agricultura de la UE
El cobre (Cu) es un micronutriente vital que actúa como un arma de doble filo en los seres vivos, ya que es un cofactor redox activo esencial en los procesos biológicos, pero resulta tóxico en exceso. En los seres humanos, el Cu se adquiere a través de la dieta y su deficiencia o exceso causa enfermedades importantes. Las plantas también son sensibles a la biodisponibilidad del Cu en el suelo, y sus deficiencias o excesos nutricionales se transfieren a los consumidores.
Por lo tanto, descifrar los mecanismos reguladores que subyacen a la absorción y distribución del Cu en productos comestibles es crucial para prevenir niveles deficientes o tóxicos de Cu en cultivos hortícolas que, en última instancia, podrían afectar la salud humana. Además, en Europa, alrededor del 20 % de la tierra cultivable está clasificada como deficiente en Cu, lo que se ha compensado mediante el uso de fertilizantes enriquecidos con Cu. Sin embargo, la UE advierte que esta práctica implica altos costos ambientales y compromete la seguridad alimentaria de los consumidores.
TOMACOP estudiará los efectos de la deficiencia de Cu en el crecimiento y desarrollo de las plantas, así como en el estado nutricional y la calidad del fruto, utilizando tomate (Solanum lycopersicum), uno de los cultivos más importantes a nivel mundial. La caracterización de los componentes de la homeostasis del Cu y la identificación de especificidades tisulares en los mecanismos moleculares que regulan la absorción de Cu proporcionarán pistas importantes para futuras mejoras biotecnológicas destinadas a resolver el desafío que enfrenta la agricultura de la UE
Esta propuesta aborda un tema de importancia para la agricultura y la ciencia de los alimentos a nivel mundial mediante tecnologías de vanguardia desarrolladas durante esta investigación. Por un lado, este proyecto proporciona resultados que contribuirán a optimizar las condiciones de cultivo del tomate y, por lo tanto, a reducir la pérdida de calidad nutricional y externa del fruto y, en consecuencia, la pérdida de valor económico de la fruta fresca.
Por otro lado, los resultados obtenidos hasta la fecha establecen conocimientos básicos sobre plantas y frutos de tomate para el desarrollo futuro de estrategias biotecnológicas destinadas a mejorar la resiliencia a la deficiencia/toxicidad de Cu. Además, estos resultados abren nuevas líneas de investigación centradas en la resistencia a enfermedades mediante la mejora del contenido de Cu en el fruto, lo que conducirá a una reducción en el uso de pesticidas y a una mejor comprensión de los mecanismos de incidencia del agrietamiento del fruto, lo que afectará a la comercialización del fruto y al desperdicio de alimentos.
Tanto los componentes de investigación aplicada como los básicos son parte integral de las estrategias que la UE está promoviendo actualmente, como se refleja en Horizonte 2020, que designa la seguridad alimentaria, la agricultura sostenible y la eficiencia de los recursos como desafíos sociales clave.
Además, la aplicación de la investigación básica al mejoramiento de cultivos tolerantes al estrés por Cu representa un desafío crucial para la seguridad alimentaria en un contexto global donde el Cu es un nutriente deficiente en el suelo o un elemento tóxico acumulado como consecuencia del uso irresponsable de fertilizantes.
Dado que la población mundial continúa aumentando y la longevidad también ha aumentado rápidamente, no solo es importante para la salud humana aumentar la producción de alimentos, sino también mejorar su calidad. La aplicación exitosa de los conocimientos básicos de la ciencia vegetal y la genómica será crucial para la seguridad alimentaria y la agroindustria futuras en el mundo. Esta investigación traslacional para la producción sostenible de alimentos más saludables y de mejor calidad es una contribución visible de la ciencia vegetal no solo a la sociedad europea, sino también a la mundial.
- CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
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