UV-C radiation modifies the ripening and accumulation of ethylene response factor (ERF) transcripts in tomato fruit

Ultraviolet-C (UV-C) radiation is used as a postharvest treatment to prolong the shelf life of fruit. However, this stressful process may also affect ethylene production and, consequently, the expression of genes encoding ethylene response factors (ERFs). To test this hypothesis, MicroTom tomatoes harvested at the breaker stage were subjected to: 1 – application of 3.7 kJ m-2 UV-C radiation, 2 – application of 2 µLL-1 1-methylcyclopropene (1-MCP) followed by UV-C radiation; and 3 – without 1-MCP or UV-C (control treatment). After treatment all fruit were stored for 12 d at 21 +/- 2C° and 80 +/- 5% relative humidity (RH). Although UV-C radiation increased ACC oxidase transcripts and stimulated ethylene production, the ripening evolution was delayed. Fruit treated with UV-C showed lower accumulation of lycopene, b-carotene, lutein + zeaxanthin and d-tocopherol; but retained higher levels of chlorogenic acid, r-coumaric acid and quercetin after 6 d. Additionally, UV-C treated fruit had higher contents of polyamines (putrescine and spermidine). Among the 14 ERFs studied, 11 (Sl-ERF A.1, Sl-ERF A.3,Sl-ERF B.1, Sl-ERF B.2, Sl-ERF B.3, Sl-ERF C.6, Sl-ERF D.1, Sl-ERF D.3, Sl-ERF E.1, Sl-ERF F.5, Sl-ERF G.2) exhibited increased transcript accumulation, 2 ERFs (Sl-ERF E.2 and Sl-ERF E.4) showed decreased transcript accumulation and only 1 ERF (Sl-ERF E.3) was not significantly affected by UV-C treatment. As expected, the transcript profiles of 1-MCP and/or UV-C-treated tomatoes demonstrate that ethylene plays an important role in the expression of ERFs. The delay in fruit ripening may be caused by the activation of ERFs that could act as regulators of metabolic pathways during ripening. However, this hypothesis needs to be better tested. In conclusion, a relationship has been established between UV-C treatment and ripening delay, correlated to changes in 13 ERF transcripts evaluated during postharvest treatment

Putative role of cytokinin in differential ethylene response of twolines of antisense ACC oxidase cantaloupe melons

Two transgenic lines of ‘Cantaloupe’ melon derived from the same wild type genotype were previouslygenerated using ACC oxidase antisense constructs from melon (pMEL1AS) and apple (pAP4AS). Both linesyielded fruit with reduced ethylene production and low ACC oxidase (ACCO) expression. ACCO antisensefruit also exhibited lower expression of ACC synthase genes, ACCS1 and ACCS3, indicating that these genesare positively regulated by ethylene and participate in the autocatalytic ethylene production process. Incontrast, a higher expression of ACCS5 was observed in antisense lines when compared to the wild typeindicating a negative feedback regulation of ACCS5 by ethylene. Fruit of both transformed lines exhibiteddelayed ripening and reduction in ester volatile production but differed in their response to exogenousethylene supply. While postharvest ethylene application fully restored the ripening process in pMEL1ASmelon, it only restored flesh softening of pAP4AS melon but not rind color change or aroma volatile pro-duction. Up-regulation of lipoxygenase pathway associated genes (hydroxyperoxide lyase, lipoxygenase,and alcohol acyl transferases 1, 3 and 4) occurred in ethylene-treated pMEL1AS fruit but not in pAP4ASmelons. Polygalacturonase1 gene transcript accumulation increased in pMEL1AS and pAP4AS fruit uponethylene supply. Zeatin and zeatin riboside content of roots and fruit (rind and flesh) of pAP4AS plantswere 5-fold higher than the wild type and pMEL1AS counterparts. Higher relative transcript accumula-tion of a gene involved in the cytokinin synthesis and a gene involved in cytokinin response were alsofound in the roots and fruit of pAP4AS. In addition, polyamines, which are known to reduce sensitiv-ity to ethylene, remained unchanged in all fruit. Collectively the results suggest a putative role for theincreased endogenous cytokinin content in counteracting ethylene action in some aspects of the fruitripening process

Effect of UV-C radiation on gene expression and biochemical and physiological responses in tomato fruit (Solanum lycopersicum Mill.).

A radiação UV-C é utilizada na pós-colheita de frutos com o objetivo de reduzir o inóculo e a incidência de doenças. Porém, é possível que atue como estressor abiótico, ativando mecanismos de defesa dos tecidos vegetais, que é qualificado pela indução do metabolismo secundário, especialmente pela síntese de compostos fenólicos e carotenóides, envolvidos na proteção ao estresse oxidativo. Nesse contexto, foram avaliadas alterações moleculares decorrentes da ação da radiação UV-C no armazenamento de tomates (20-23°C), e suas relações com as respostas bioquímico-fisiológicas e com os eventos influenciados pelo hormônio vegetal etileno. Para isso realizaram-se os seguintes tratamentos: UV-C a 3,7 kJ m-2; 1-metilciclopropeno (1-MCP) a 2 ppm; e 1-MCP + UV-C. Desses tratamentos, observou-se que ocorreu redução na firmeza dos frutos não-tratados e tratados com UV-C à medida que a maturação avançou, acompanhado do acúmulo de transcritos do gene que codifica para a enzima poligalacturonase (PG), indicando que o tratamento UV-C não contribui para a preservação desse atributo de qualidade. Por outro lado, o 1-MCP participou na preservação da firmeza de polpa, mesmo tendo havido acúmulo de transcritos da PG, sugerindo não ser esse gene o responsável maior por essa propriedade. A radiação UV-C promoveu incremento no teor de etileno, e mesmo assim houve retardo no desenvolvimento da coloração nos frutos submetidos a esse tratamento. Como esperado, frutos tratados com 1-MCP apresentaram retardo no pico da produção de etileno, no desenvolvimento de coloração e na diminuição da firmeza de polpa. O teor de licopeno foi menor nos frutos submetidos ao tratamento com 1-MCP. No entanto, nos frutos que foram submetidos ao tratamento com 1-MCP + UV-C, o teor de β-caroteno foi significativamente superior no epicarpo dos frutos, o que lhes conferiu uma coloração alaranjada. O ácido p-hidroxibenzóico foi o composto fenólico predominante encontrado no epicarpo e mesocarpo dos frutos, e a quercetina apresentou maiores teores nos frutos submetidos ao tratamento com 1-MCP + UV-C. δ-tocoferol foi o único tocoferol identificado nos frutos de tomate, o qual apresentou elevados teores no epicarpo dos frutos. Os genes que codificam para as enzimas responsáveis pela síntese de carotenóides fitoeno sintase (PSY) e δ-caroteno desaturase (ZCD); pela síntese de fenilpropanóides, fenilalanina amônia liase (PAL) e chalcona sintase (CHS); enzimas antioxidantes, catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD) apresentaram alto acúmulo de transcritos inicialmente no epicarpo e posteriormente no mesocarpo dos frutos submetidos à radiação UV-C. De modo geral, a radiação UV-C estimulou a produção de etileno, e mesmo assim reduziu a velocidade de maturação, especialmente no que tange à alteração de coloração. A firmeza de polpa não foi afetada pelo tratamento com UV-C. As respostas moleculares à aplicação da radiação UV-C iniciam no epicarpo e, em seguida, são observadas no mesocarpo.UV-C radiation is utilized in postharvest of fruits with the objective of reducing inoculum and disease incidence. However, it is possible that it acts as an abiotic stressor agent, activating defense mechanisms of plant tissues, which is characterized by the induction of secondary metabolism, especially through the synthesis of phenolics compounds and carotenoids, involved in the protection of oxidative stress. In this context, molecular changes derived from the action of UV-C radiation were evaluated in tomato, during storage (20-23°C), and its relationship with biochemical and physiological responses and with events influenced by the plant hormone ethylene. For such, the following treatments were performed: UV-C at 3,7 kJ m-2; 1-methylcyclopropene (1-MCP) at 2 ppm, and 1-MCP + UV-C. From these treatments it was observed that a reduction in fruit firmness occurred in untreated and UV-C treated fruit as maturation advanced, accompanied by the accumulation transcripts of a gene encoding the enzyme polygalacturonase (PG), indicating that UV-C treatment did not contribute for the maintenance of this quality attribute. On the other hand, 1-MCP participated in the maintenance of flesh firmness, even though PG transcript accumulation was found, suggesting this gene is not the primary responsible for this property. UV-C radiation induced an increase in ethylene content, but still, a delay in fruit color development occurred in fruit from this treatment. As expected, 1-MCP treated fruit showed a delayed peak of ethylene production, of the color development, and of decrease in flesh firmness. Lycopene content was lower in fruit subjected to 1-MCP treatment. However, in fruit treated with 1-MCP + UV-C, β-carotene content was significantly higher in the exocarp of the fruit, which conferred them an orange color. p-Hydroxybenzoic acid was the predominant phenolic compound found in exocarp and mesocarp, and quercetin was found in higher content in fruits subjected to 1-MCP + UV-C treatment. δ-tocopherol was the only tocopherol identified in tomato fruit, present in high levels in the exocarp of the fruit. Genes coding for enzymes responsible for synthesis of carotenoids, phytoene synthase (PHS) and δ-carotene desaturase (ZCD) for the synthesis of phenylpropanoids, phenylalanine ammonia lyase (PAL) and chalcone synthase (CHS), antioxidant enzymes, catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) showed initially high accumulation of transcripts in the exocarp and later in the mesocarp of fruit subjected to UV-C radiation. In general, UV-C radiation induced ethylene production, and yet slowed down maturation, particularly regarding color changes. Flesh firmness was not affected by UV-C treatment. Molecular responses to UV-C radiation application started in the exocarp and were in sequence found in the mesocarp

Biochemical, physiological and transcriptional responses and QTL mapping in postharvest fruit.

During fruit ripening, besides the changes in color, there are changes that contribute to improving the flavor, texture and nutritional and functional quality attributes. In climacteric fruits, such as tomatoes and apples, the evolution of quality attributes is influenced by the plant hormone ethylene, which is drastically increased during maturation. In order to reduce losses in fruit quality attributes, new technological strategies have been developed. Treatment with UV-C radiation, in addition to its known germicidal effect, is one of these strategies than can slow down the ripening process. In addition, UV-C acts as a stressor agent, capable of inducing defense mechanisms, that it is qualified by specialized metabolism. Thus, in the first study of this thesis (article I), we evaluated the molecular and metabolic changes resulting from the action of UV-C in stored tomatoes cv. Flavortop, and its relationship with events influenced by ethylene. For such, the following treatments were performed: UV-C 3.7 KJ/m2, 1-MCP (1-methylcyclopropene) at 2μL/L, and 1-MCP+UV-C. From these treatments it was observed that although the UV-C radiation stimulated ethylene production but delayed red color development of fruits. There was reduction of firmness independently of the treatments, but at lower intensity in fruit treated with 1-MCP. In general, there was an increase in the transcript accumulation of all studied genes one day after UV-C treatment, while 1-MCP treatment limited this accumulation. Polyamine content in fruit treated with UV-C was higher when compared to the other treatments, suggesting a possible relationship between these molecules and ripening delay. In the second study (article II) quantitative trait loci (QTLs) were identified for the main parameters of apple texture, which is a major component of consumer preference for apple quality. For this study, fruits were harvested in 2007 and 2011 at two stages of maturity, early and optimum, and evaluated at harvest and after two months of storage at 1.5 °C ± 80% relative humidity. The study samples were derived from a cross between X3259 and X3263 genotypes. The phenotyping was performed for sensory and instrumental measurements (penetrometer and compression) and histological analysis. A genetic map with 17 linkage groups was already available for this cross. A total of 19 QTLs were identified in six linkage groups (LG01, LG02, LG07, LG10, LG11 and LG16) of integrated genetic map. The percentage of phenotypic variation (R2) ranged between 8.7% and 67.6%. Some of the regions where QTLs were found are co-located with candidate genes already mapped and available in the literature. From the results obtained in both studies, it was found that: 1) the UV-C radiation acts on a molecular level, triggering different biochemical and physiological responses in fruits, especially in the production of ethylene, the retardation of color development and biosynthesis polyamines; 2) QTL mapping provides bases for finding candidate genes that control the structural determinants of texture of apple and open new perspectives for breeding programs.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESDurante o amadurecimento as principais alterações que ocorrem nos frutos, além de resultarem na alteração da coloração, contribuem para a melhoria do flavor, da textura e dos atributos de qualidade nutricional e funcional. Em frutos climatéricos, como o tomate e a maçã, a evolução dos atributos de qualidade é influenciada pelo hormônio vegetal etileno, que é aumentado drasticamente durante a maturação. A fim de reduzir perdas nos atributos de qualidade dos frutos, novas estratégias tecnológicas vêm sendo desenvolvidas. O tratamento com o uso da radiação UV-C, além de seu conhecido efeito germicida, é uma dessas estratégias capaz de retardar o processo de amadurecimento. Além disso, a radiação UV-C atua como um agente estressor, capaz de induzir mecanismos de defesa, que é qualificado pelo metabolismo especializado. Assim, no primeiro estudo dessa tese (artigo I), foram avaliadas as alterações moleculares e metabólicas decorrentes da ação do UV-C no armazenamento de tomates cv. Flavortop, e suas relações com eventos influenciados pelo etileno. Para isso, realizaram-se os tratamentos: UV-C a 3,7 KJ/m2, 1-MCP (1-metilciclopropeno) a 2μL/L e 1-MCP+UV-C. Observou-se que, embora a radiação UV-C estimule a produção de etileno ocorreu retardo no desenvolvimento da coloração dos frutos. Houve também redução da firmeza de polpa independente dos tratamentos, porém em menor intensidade nos frutos submetidos à aplicação de 1-MCP. Em geral, houve aumento no acúmulo de transcritos de todos os genes estudados um dia após o tratamento com UV-C, enquanto que o tratamento com 1-MCP impediu esse incremento imediato. O teor de poliaminas em frutos tratados com UV-C foi mais elevado quando comparado aos demais tratamentos, sugerindo uma possível relação entre essas moléculas e o retardo do amadurecimento. No segundo estudo da tese (artigo II), foram mapeados locos de características quantitativas (QTLs) dos principais parâmetros da textura da maçã, que é um dos atributos de qualidade que mais influencia o consumo desse fruto. Nessa abordagem, frutos foram colhidos em dois estágios de maturação, precoce e ótimo, e avaliados na colheita e após dois meses de armazenamento refrigerado a 1,5 °C ± 80% de umidade relativa nas safras de 2007 e 2011. A população analisada (F1) é oriunda de um cruzamento entre os genótipos X3259 e X3263. A fenotipagem foi feita através de análise sensorial, por medições instrumentais (penetrometria e compressão) e por análise histológica. Um mapa genético com 17 grupos de ligação já estava disponível para esse cruzamento. Foram mapeados 19 QTLs em seis grupos de ligação (LG01, LG02, LG07, LG10, LG11 e LG16) do mapa genético integrado. A percentagem da variação fenotípica (R2) oscilou entre 8,7% e 67,6% para as variáveis analisadas. Algumas das regiões onde os QTLs foram encontrados estão co-localizadas com genes candidatos já mapeados e disponíveis na literatura. A partir dos resultados obtidos nos dois estudos, verificou-se que: 1) a radiação UV-C atua em nível molecular, desencadeando diferentes respostas bioquímico-fisiológicas nos frutos, especialmente na produção de etileno, o retardo do desenvolvimento da coloração e na biossíntese de poliaminas; 2) o mapeamento de QTLs fornece bases para a localização de genes candidatos que controlam determinantes estruturais da textura da maçã e oferece novas perspectivas para programas de melhoramento

Estabilidade química, físico-química e antioxidante de polpa de Physalis pasteurizada e não pasteurizada sob congelamento

Resumo O trabalho teve como objetivo avaliar a estabilidade físico-química, química e antioxidante de polpa de Physalis peruviana L., não pasteurizada e pasteurizada, durante 120 dias de armazenamento a -18 °C. Foram avaliados pH, acidez total titulável (ATT), sólidos solúveis totais (SST), relação SST/ATT, umidade, cinzas, glicídeos redutores, coloração, vitamina C, carotenoides totais, compostos fenólicos totais e capacidade antioxidante. As análises físico-químicas e químicas realizadas demonstraram que o armazenamento sob congelamento não ocasionou perdas significativas de qualidade das polpas para as variáveis de pH, ATT, SST e glicídeos redutores. Na polpa não pasteurizada, observou-se aumento significativo no teor de umidade e diminuição significativa no teor de cinzas, durante o armazenamento. A aplicação da pasteurização promoveu variações significativas para os SST e glicídios redutores, ao final do período de armazenamento, observando-se maiores teores. A cor foi afetada negativamente pela aplicação do tratamento térmico, observando-se valores de a* inferiores e valores do ângulo da tonalidade (°h) superiores. Quanto à estabilidade dos compostos antioxidantes, verificou-se redução nos teores de vitamina C, carotenoides, compostos fenólicos totais e da capacidade antioxidante, ao longo do armazenamento a -18 °C, nas polpas não pasteurizada e pasteurizada. Foram observadas perdas de 82,38% e 88,88% para vitamina C, de 66,29% e 66,51% para os carotenoides, e 22,26% e 31,31% para os compostos fenólicos totais nas polpas não pasteurizadas e pasteurizadas, respectivamente. Conclui-se que o armazenamento durante 120 dias sob congelamento das polpas de Physalis peruviana L. pasteurizada e não pasteurizada promoveu perdas significativas dos compostos antioxidantes para ambas as polpas e que a pasteurização afetou as características físico-químicas e químicas avaliadas

Destanização e conservação de frutos de jambolão Detannization and conservation of Jambolan fruit

Foram estudadas alternativas para a redução da adstringência (destanização) e conservação de frutos de jambolão (Syzygium cumini, L.). Para isso, no primeiro experimento, os frutos foram colhidos no estádio meio-maduro, mantidos sob temperatura ambiente e submetidos aos seguintes tratamentos: controle (atmosfera normal), 98kPa CO2, 20kPa CO2, 98kPa N2, etileno (100ppm), 1-MCP (1ppm) seguido de etileno (100ppm) e 3,85mL de etanol absoluto L-1. Foram avaliados os teores de acetaldeído e de taninos solúveis, a firmeza e a adstringência dos frutos. No segundo experimento, os frutos foram colhidos no estádio maduro e armazenados em atmosfera modificada passiva, sob temperatura ambiente (AMPA, 23±1°C) e atmosfera modificada passiva refrigerada (AMPR, 4±1°C), pelo período de cinco, 10 e 15 dias. Frutos provenientes dos tratamentos com N2, etileno e etanol apresentaram os melhores resultados quanto à destanização, com aumento nos teores de acetaldeído e diminuição dos taninos solúveis e da adstringência; entretanto, os tratamentos com etileno e etanol causaram amolecimento excessivo nos frutos. O armazenamento em AMPR conservou melhor a coloração roxo-azulada dos frutos e, além de prevenir a incidência de fungos, auxiliou na manutenção dos teores de fenóis totais e de ácido ascórbico e na atividade antioxidante dos frutos.Alternative methods were investigated for the reduction of astringency (detannization) and conservation of Jambolan fruit (Syzygium cumini, L.). In the first experiment, fruits were harvested at an intermediate ripening stage, maintained at room temperature and subjected to the following treatments: control (normal atmosphere), 98kPa CO2, 20kPa CO2, 98kPa N2, ethylene (100ppm), 1-MCP (1ppm) followed by treatment with ethylene (100ppm) and 3,85mL absolute ethanol L-1. Acetaldehyde, soluble tannin, fruit firmness and astringency were evaluated. In the second experiment, fruits were harvested ripe and stored under passive modified atmosphere at room temperature (PMART, 23±1°C) and passive modified atmosphere under cold storage (PMACS, 4±1°C) for 5, 10 and 15 days. Fruits treated with N2, ethylene and ethanol showed the best detannization results, with increased acetaldehyde content, reduction of soluble tannins and astringency. However ethylene and ethanol treatments induced excessive softening of the fruit. Storage under PMAR kept the purple-blue color of fruits and, besides preventing fungal incidence, it aided the maintenance of the total phenolic content, ascorbic acid and antioxidant activity of fruits