Genetic and molecular analysis of cold tolerance and postharvest fruit quality in zucchini (curcubita pepo l. ) análisis genético y molecular de la tolerancia a frío y la calidad poscosecha de los frutos de calabacín, (curcurbita pepo l.)

Resumen

El calabacín es un fruto no climatérico, cosechado en estado inmaduro y muy sensible a la conservación en frío. Tras pocos días a temperaturas sub-óptimas de conservación se produce la aparición de un síndrome que agrupa numerosas alteraciones en el fruto a nivel microscópico y macroscópico que se denominan daños por frío (DF). Las principales alteraciones son pérdida de peso y firmeza, y aparición de “pitting” y/o pardeamientos en la piel del fruto, lo que deprecia sustancialmente su valor comercial. La aparición de estos síntomas genera reclamaciones en los diferentes eslabones de la cadena de producción y distribución, generando cuantiosas pérdidas económicas en el sector. Con el fin de estudiar el papel desempeña el etileno en el desarrollo de los DF de calabacín, se han conservado frutos a 4ºC, 12ºC y 20ºC, y se ha estudiado la relación con los parámetros de calidad de fruto, la producción de etileno y los genes CpACS1 and CpACO1. A 12 y 20ºC la producción de etileno permanece a niveles bajos, pero ésta se induce enormemente cuando los frutos se conservan a 4ºC y posteriormente se acondicionan unas horas a temperatura ambiente. Este etileno inducido por frío no parece ser requerido para el desarrollo de los DF, pues éstos se producen incluso en la cámara de conservación, antes de la inducción del etileno. A pesar de ello, la inducción de etileno es menor en las variedades más tolerantes a los DF, y se reduce en respuesta a tratamientos postcosecha que aliviar los DF, incluyendo el pre-acondicionamiento de los frutos a 15ºC durante 48h. Para profundizar en el efecto del etileno tiene en la tolerancia al frío de calabacín, se trataron nueve variedades de calabacín con el inhibidor de la percepción de etileno 1-MCP. Se analizaron parámetros de calidad de fruto (pérdida de peso, firmeza, color), tasa respiratoria y producción de etileno a dos temperaturas de conservación, 20ºC y 4ºC. Como cabía esperar, los DF solo aparecieron a la temperatura de 4ºC, pero su nivel difirió entre las variedades estudiadas, siendo Victoria, Sinatra, y Muc-16 las variedades que mostraron una mayor sensibilidad a sufrir DF. El efecto del tratamiento con 1-MCP fue destacado en las variedades más sensibles al frío, en las que el 1-MCP consiguió reducir la aparición de DF y la pérdida de peso y firmeza, asociado con una disminución en la tasa respiratoria de los frutos y una menor producción de etileno. El 1-MCP, por tanto, disminuye y/o retrasa el pico de etileno en el fruto de calabacín conservado a 4ºC, mejorando la calidad de fruto en las variedades más sensibles a la frigocoservación. En cuanto a los genes implicados en la ruta de biosíntesis, percepción y señalización de etileno, el tratamiento con 1-MCP redujo a la mitad la expresión de CpASC1 y CpACO1 mientras que el resto de genes no se vieron afectados. CpACO1 parece ser el principal gen regulador de la producción de etileno inducido por frío en calabacín. Estos resultados demuestran que el etileno inducido por frío no solamente es la consecuencia de los daños que se producen en el fruto tras la frigocoservación, sino que esta hormona juega un papel funcional en la aparición y desarrollo de los DF en calabacín. Intentar mantener la calidad postcosecha de los frutos de calabacín, dada su naturaleza extremadamente perecedera, es complicado. Después de ensayar diferentes tratamientos postcosecha, hemos descubierto que el recubrimiento del fruto con una cobertura plástica semipermeable a los gases, reduce sustancialmente las pérdidas de peso y de firmeza que se producen durante su transporte y almacenamiento, así como la aparición de DF. Hemos estudiado el efecto del plastificado de los frutos de dos variedades de calabacín contrastantes para la tolerancia a frío, sobre su aptitud postcosecha y sobre la expresión de los genes pertenecientes a la ruta de biosíntesis, percepción y señalización de etileno. Los frutos de ambas variedades reducen la pérdida de peso, DF, y mantienen su firmeza durante más tiempo, asociado con una menor tasa respiratoria, una disminución de los metabolitos de estrés oxidativo (ROS), además de una menor producción de etileno y una inhibición de la expresión de los genes CpASC1 y CpACO1, dos de los genes que se inducen por frío en calabacín. El perfil de expresión de seis genes de biosíntesis de etileno adicionales (CpACS2 a CpACS7), y cinco genes de percepción y señalización de etileno (CpCTR1, CpETR1, CpERS1, CpEIN3.1 y CpEN3.2), demuestra que los mismos no están implicados en la respuesta del fruto de calabacín al frío ni a la envoltura plástica. La mejora de variedades comerciales con tolerancia a frío podría ser una solución sostenible para los cultivos de calabacín producidos bajo invernadero, sobre todo en la zona de Almería, donde el 85% de la producción se dedica a la exportación y, por tanto, se ve sometida a cadena de frío durante su transporte y distribución. Para seleccionar materiales tolerantes a la frigoconservación, hemos cribado una colección de más de 80 cultivares tradicionales de Cucurbita pepo conservados en los bancos de germoplasma de la Universidad Politécnica de Valencia (COMAV) y de la Universidad de Almería (BSUAL). A partir de estos resultados seleccionamos 20 cultivares tradicionales y 5 híbridos comerciales, en los que se ha evaluado la calidad postcosecha de la fruta y la producción de etileno durante un periodo de conservación de 14 días en dos campañas consecutivas. Tres de los cultivares evaluados, CpCAL051, CpCAL053 y CpCAL003, mostraron una alta tolerancia a frío, lo que se tradujo en una menor pérdida de peso y un menor índice de daños por frío. Para estudiar el modo de herencia de la tolerancia a frío en la línea CpCAL003 se realizó un cruzamiento entre las líneas contrastantes CpCAL003 y CpCAL112, y se evaluó la pérdida de peso, el índice de DF y la producción de etileno en las generaciones F1, F2, BC1 y BC2. Tanto la pérdida de peso como el índice de DF mostraron una distribución continua en las poblaciones segregantes estudiadas, indicando que se trataba de caracteres cuantitativos complejos regulados por múltiples genes. Utilizando las diferentes variedades, hemos detectado una correlación positiva entre pérdida de peso y el índice de DF (R=0.8016; p=0.0000), pero también una correlación negativa significativa entre DF y producción de etileno (R=0.8218; p=0.0000), y entre pérdida de peso y producción de etileno (R=0.7039; p=0.0008). Esta correlación negativa entre los parámetros de calidad y la producción de etileno también se extiende a las poblaciones segregantes derivadas del cruzamiento CpCAL003 x CpCAL112, de manera que los frutos de las plantas más tolerantes al frío (DF≤2) producen menos etileno que aquellos procedentes de plantas más sensibles a frío (DF≥4). Esta cosegregación entre DF y producción de etileno demuestra la existencia de un ligamiento genético entre ambos parámetros, y abre la posibilidad de utilizar la producción de etileno inducido por frío como un parámetro fisiológico para identificar y seleccionar los genotipos y plantas segregantes más tolerantes al frío en los programas de mejora genética de calabacín.