Exploiting Genetic and Genomic Resources to Increase Ascorbic Acid Content in Tomato Fruit

La qualità del frutto di pomodoro è un aspetto cruciale per la sua commercializzazione e accettazione da parte dei consumatori. La vitamina C, o acido ascorbico, è uno dei principali composti nutrizionali presenti nel pomodoro, contribuendo non solo al valore nutrizionale ma anche alle proprietà antiossidanti del frutto. L'aumento del contenuto di acido ascorbico è quindi un obiettivo importante nella selezione e miglioramento genetico del pomodoro. La ricerca si concentra sull'utilizzo delle risorse genetiche e genomiche per identificare e caratterizzare le linee di introgressione di Solanum pennellii, una specie selvatica che rappresenta una fonte preziosa di variabilità genetica. Le linee di introgressione, come IL12-4 e IL7-3, sono state identificate come portatrici di loci di tratti quantitativi (QTL) per il contenuto di acido ascorbico, mostrando un potenziale significativo per migliorare la qualità del pomodoro.

La selezione fenotipica delle sottolinee di S. pennellii è stata effettuata in diverse condizioni ambientali per valutare le prestazioni in termini di qualità del frutto. Le sottolinee R182 e B27 sono state selezionate per il loro contenuto superiore di acido ascorbico, fermezza e contenuto di solidi solubili. Queste sottolinee hanno mostrato una produzione comparabile a quella della linea di controllo M82, evidenziando l'importanza della diversità genetica nel miglioramento delle caratteristiche nutrizionali del pomodoro. L'analisi morfo-agronomica ha rivelato che le condizioni ambientali influenzano significativamente le caratteristiche fenotipiche, suggerendo che l'adattamento alle condizioni locali è fondamentale per il successo della coltivazione.

L'identificazione dei geni candidati coinvolti nel controllo del contenuto di acido ascorbico è stata realizzata attraverso un approccio integrato di bioinformatica e analisi trascrittomica. Sono stati identificati tre geni candidati, tra cui il gene UDP-glucoronic-acid-4-epimerase, che gioca un ruolo chiave nella biosintesi dell'acido ascorbico. L'analisi ha dimostrato che l'espressione di questi geni è correlata a un aumento del contenuto di acido ascorbico nei frutti. La mappatura di questi geni nelle regioni introgressed ha fornito informazioni preziose per la selezione di varietà di pomodoro con miglioramenti nutrizionali. L'uso di tecniche avanzate come il RNA-seq ha permesso di ottenere una comprensione più profonda delle interazioni geniche e dei meccanismi di regolazione coinvolti.

La validazione funzionale dei geni candidati è stata effettuata attraverso tecniche di sovraespressione stabile e transiente. L'analisi ha rivelato che la sovraespressione del gene UDP-glucoronic-acid-4-epimerase porta a un aumento significativo del contenuto di acido ascorbico nei frutti. Inoltre, l'analisi dei mutanti knock-out CRISP/Cas9 ha dimostrato il ruolo di due GDP-L-galactosephosphorylases nella regolazione della biosintesi dell'acido ascorbico. Questi risultati evidenziano l'importanza della genetica molecolare nel miglioramento delle caratteristiche nutrizionali del pomodoro e offrono opportunità per lo sviluppo di varietà più nutrienti attraverso strategie di breeding innovative.

I risultati ottenuti dalla ricerca hanno portato all'identificazione di sottolinee elite che possono essere utilizzate come materiale di breeding per migliorare le caratteristiche nutrizionali del pomodoro. L'aumento del contenuto di acido ascorbico non solo migliora il valore nutrizionale del pomodoro, ma può anche contribuire a una maggiore sostenibilità agricola. La comprensione dei meccanismi genetici alla base della biosintesi dell'acido ascorbico offre opportunità per l'innovazione nel settore agricolo. L'applicazione delle risorse genetiche e genomiche nella selezione delle varietà di pomodoro rappresenta un passo significativo verso la creazione di nuove varietà migliorate, rispondendo così alle esigenze nutrizionali della popolazione globale.