Efecto de la temperatura de conservación en la síntesis y acumulación de carotenoides en frutos cítricos

[SPA] El efecto de las diferentes condiciones de conservación postcosecha en las modificaciones cualitativas y cuantitativas de carotenoides en los frutos cítricos es muy poco conocido. El objetivo de este trabajo ha sido caracterizar el efecto de la temperatura de conservación (2 y 12 ºC) en el contenido y la composición de carotenoides en el flavedo y pulpa de naranjas (Citrus sinensis cv. Navelina) recolectadas en diferentes estadios de maduración. El almacenamiento a 12 ºC promovió de forma significativa la coloración externa de los frutos, mientras que a 2 ºC apenas lo modificó. El análisis de la evolución del contenido y la composición de carotenoides mediante HPLC-PDA mostró que, durante el almacenamiento a 2 ºC no se produjeron cambios relevantes ni en el flavedo ni en la pulpa. Sin embargo, a 12 ºC, el aumento de color estuvo acompañado de un importante aumento en la concentración de carotenoides, en ambos estadios. Este incremento se produjo principalmente en la concentración de β-criptoxantina, β-citraurina y violaxantina en el flavedo y de β-criptoxantina y violaxantina. Durante al almacenamiento a 12 ºC también se produjo un aumento de los carotenoides lineales incoloros fitoeno y fitoflueno, tanto en el flavedo como en la pulpa, lo que indica que el efecto de esta temperatura se ejerce desde las etapas más tempranas de la ruta biosíntesis de carotenoides. El efecto del almacenamiento a 12 ºC sobre el color y el contenido de carotenoides fue más intenso en los frutos recolectados en un estado de maduración menos avanzado (virando de color). [ENG] The effect of postharvest storage conditions on qualitative and quantitative carotenoid composition in citrus fruits is not well known. The objective of this work has been to characterize the effect of storage temperature (2 y 12 ºC) on the content and composition of carotenoids in the flavedo and pulp of orange fruits (Citrus sinensis cv. Navelina) at different maturation stages. Exposition of Navelina fruits at 12 ºC promoted external coloration, whereas at 2 ºC peel color of fruits was hardly modified. Evolution of the carotenoid content and composition in the flavedo and pulp of fruits stored at 2 ºC and 12 ºC was determined by HPLC-PDA. In general, results showed that carotenoid content and composition did not change in the peel and pulp of fruits during postharvest storage at 2 ºC. Interestingly, the increase of color observed in the peel of Navelina fruits stored at 12 ºC was accompanied by an increment of total carotenoid content in both maturation stages. The increase of carotenoid content at 12ºC was mainly due to β-cryptoxanthin, β-citraurin and violaxanthin in the flavedo, and to β-cryptoxanthin and violaxanthin in the pulp. On the other hand, the significant increase of colorless carotenoids phytoene and phytofluene in flavedo and pulp of fruits stored at 12ºC, suggests that the effects of exposition of fruits at 12 ºC stimulates carotenoid biosynthesis at the initial steps of the pathway. The effect of storage at 12 ºC observed in color and content of carotenoids was more in evident in the less mature fruits.Este trabajo ha sido financiado por los proyectos AGL2003-01304 y AGL2006-09496 del Ministerio de Educación y Ciencia. L. Carmona disfruta de una beca FPI (MEC) y M.J. Rodrigo es contratada postdoctoral por el “Programa Ramón y Cajal” (MEC). Nuestro agradeciendo al apoyo técnico de Amparo Beneito

A transcriptomic approach highlights induction of secondary metabolism in citrus fruit in response to Penicillium digitatum infection

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Postharvest losses of citrus fruit due to green mold decay, caused by the fungus <it>Penicillium digitaum</it>, have a considerable economic impact. However, little is known about the molecular processes underlying the response of citrus fruit to <it>P. digitatum</it>.</p> <p>Results</p> <p>Here we describe the construction of a subtracted cDNA library enriched in citrus genes preferentially expressed in response to pathogen infection followed by cDNA macroarray hybridization to investigate gene expression during the early stages of colonization of the fruit's peel by <it>P. digitatum</it>. Sequence annotation of clones from the subtracted cDNA library revealed that induction of secondary and amino acid metabolisms constitutes the major response of citrus fruits to <it>P. digitatum </it>infection. Macroarray hybridization analysis was conducted with RNA from either control, wounded, ethylene treated or <it>P. digitatum </it>infected fruit. Results indicate an extensive overlap in the response triggered by the three treatments, but also demonstrated specific patterns of gene expression in response to each stimulus. Collectively our data indicate a significant presence of isoprenoid, alkaloid and phenylpropanoid biosynthetic genes in the transcriptomic response of citrus fruits to <it>P. digitatum </it>infection. About half of the genes that are up-regulated in response to pathogen infection are also induced by ethylene, but many examples of ethylene-independent gene regulation were also found. Two notable examples of this regulation pattern are the genes showing homology to a caffeine synthase and a berberine bridge enzyme, two proteins involved in alkaloid biosynthesis, which are among the most induced genes upon <it>P. digitatum </it>infection but are not responsive to ethylene.</p> <p>Conclusions</p> <p>This study provided the first global picture of the gene expression changes in citrus fruit in response to <it>P. digitatum </it>infection, emphasizing differences and commonalities with those triggered by wounding or exogenous ethylene treatment. Interpretation of the differentially expressed genes revealed that metabolism is redirected to the synthesis of isoprenes, alkaloids and phenylpropanoids.</p

Evaluación del papel del licopeno en la tolerancia a los daños por frío durante la conservación refrigerada de frutos de pomelo rojo = Evaluation of the role of lycopene in the tolerance to chilling injury during cold storage of red grapefruit

Los frutos de pomelo son sensibles a desarrollar lesiones en la piel, conocidas como daño por frío (DF), durante la conservación a bajas temperaturas. En el pomelo rojo Star Ruby los DF se restringen a las zonas amarillas de la piel, mientras que las zonas rojas, que acumulan el caroteno licopeno, permanecen intactas. El DF está asociado a la producción de especies reactivas del oxígeno y el licopeno presenta gran capacidad antioxidante, por lo que este pigmento podría estar implicado en la tolerancia frente al daño oxidativo. Para comprobar esta hipótesis se comparó el comportamiento a baja temperatura (2 ºC) entre frutos de pomelo con diferencias en el contenido de licopeno (0,92 vs.45,2 &#956;g/gPF). Los frutos con alta concentración de licopeno (50 veces superior) fueron más tolerantes al DF y tuvieron una mayor capacidad (2-3 veces) para secuestrar el oxígeno singlete (SOAC). El estudio del sistema antioxidante enzimático y no enzimático (ácido ascórbico y glutatión) no reveló un papel relevante en la protección frente al DF. Los resultados sugieren que el oxígeno singlete estaría implicado en el daño oxidativo provocado por el frío en los frutos de pomelo y que el licopeno protegería del daño celular producido por esta especie reactiva, incrementado la tolerancia

Novel Bread Wheat Lines Enriched in Carotenoids Carrying Hordeum chilense Chromosome Arms in the ph1b Background

The use of crop wild relative species to improve major crops performance is well established. Hordeum chilense has a high potential as a genetic donor to increase the carotenoid content of wheat. Crosses between the 7Hch H. chilense substitution lines in wheat and the wheat pairing homoeologous1b (ph1b) mutant allowed the development of wheat-H. chilense translocation lines for both 7Hchα and 7Hchβ chromosome arms in the wheat background. These translocation lines were characterized by in situ hybridization and using molecular markers. In addition, reverse phase chromatography (HPLC) analysis was carried out to evaluate the carotenoid content and both 7Hchα∙7AL and 7AS∙7Hchβ disomic translocation lines. The carotenoid content in 7Hchα∙7AL and 7AS∙7Hchβ disomic translocation lines was higher than the wheat-7Hch addition line and double amount of carotenoids than the wheat itself. A proteomic analysis confirmed that the presence of chromosome 7Hch introgressions in wheat scarcely altered the proteomic profile of the wheat flour. The Psy1 (Phytoene Synthase1) gene, which is the first committed step in the carotenoid biosynthetic pathway, was also cytogenetically mapped on the 7Hchα chromosome arm. These new wheat-H. chilense translocation lines can be used as a powerful tool in wheat breeding programs to enrich the diet in bioactive compounds.This work was supported by the ERC Starting Grant 243118 (http://www.ias.csic.es/ercstg-superwheatcrops/).Peer reviewe

Identification of a GCC transcription factor responding to fruit colour change events in citrus through the transcriptomic analyses of two mutants

14 páginas, 6 figuras, 3 tablas.[Background]: External ripening in Citrus fruits is morphologically characterized by a colour shift from green to orange due to the degradation of chlorophylls and the accumulation of carotenoid pigments. Although numerous genes coding for enzymes involved in such biochemical pathways have been identified, the molecular control of this process has been scarcely studied. In this work we used the Citrus clementina mutants 39B3 and 39E7, showing delayed colour break, to isolate genes potentially related to the regulation of peel ripening and its physiological or biochemical effects. [Results]: Pigment analyses revealed different profiles of carotenoid and chlorophyll modification in 39B3 and 39E7 mutants. Flavedo from 39B3 fruits showed an overall delay in carotenoid accumulation and chlorophyll degradation, while the flavedo of 39E7 was devoid of the apocarotenoid β-citraurin among other carotenoid alterations. A Citrus microarray containing about 20,000 cDNA fragments was used to identify genes that were differentially expressed during colour change in the flavedo of 39B3 and 39E7 mutants respect to the parental variety. The results highlighted 73 and 90 genes that were respectively up- and down-regulated in both mutants. CcGCC1 gene, coding for a GCC type transcriptional factor, was found to be down-regulated. CcGCC1 expression was strongly induced at the onset of colour change in the flavedo of parental clementine fruit. Moreover, treatment of fruits with gibberellins, a retardant of external ripening, delayed both colour break and CcGCC1 overexpression. [Conclusions]: In this work, the citrus fruit ripening mutants 39B3 and 39E7 have been characterized at the phenotypic, biochemical and transcriptomic level. A defective synthesis of the apocarotenoid β-citraurin has been proposed to cause the yellowish colour of fully ripe 39E7 flavedo. The analyses of the mutant transcriptomes revealed that colour change during peel ripening was strongly associated with a major mobilization of mineral elements and with other previously known metabolic and photosynthetic changes. The expression of CcGCC1 was associated with peel ripening since CcGCC1 down-regulation correlated with a delay in colour break induced by genetic, developmental and hormonal causes.Work was supported by grants AGL2007-65437-C04-01/AGR (Centro de Genómica) and AGL2009-11558 (L. Zacarías and M. J. Rodrigo) from the Ministerio de Educación y Ciencia of Spain.Peer reviewe

Avances en el conocimiento de los mecanismos moleculares que regulan la síntesis y acumulación de carotenoides durante la maduración y conservación de frutos cítricos

El color de los frutos cítricos es un importante atributo de calidad y un factor decisivo en la aceptación por los consumidores. La coloración de los frutos cítricos se debe al contenido y composición en carotenoides, que constituyen una amplia familia de pigmentos isoprenoides con gran importancia nutricional y para la salud, ya que algunos de ellos son los precursores de la vitamina A. Los estudios sobre el contenido y la composición en carotenoides en diferentes especies y variedades de cítricos ha sido objeto de interés en el pasado. Sin embargo, se dispone de escasa información sobre los mecanismos moleculares que controlan la síntesis y acumulación de carotenoides en los frutos cítricos. La comprensión de estos procesos y entender las bases moleculares que determinan la pigmentación característica de los frutos de las diferentes variedades, así como los cambios durante su vida postcosecha, han sido objetivos prioritarios de nuestros proyectos de investigación. Para ello, en nuestro laboratorio hemos aislado cDNAs de longitud completa o parcial de 10 genes implicados en la biosíntesis de carotenoides de frutos cítricos y 3 genes de las etapas tempranas de la síntesis de isoprenoides en plastidios (ruta MEP), que son precursores de los carotenoides, cubriendo así la práctica totalidad de la ruta. Los genes aislados de la biosíntesis de carotenoides corresponden a las etapas tempranas de la ruta (fitoeno sintasa y desaturasa, z-caroteno desaturasa y una oxidasa terminal de plastidios), a la ciclación de licopeno (b- y elicopeno ciclasas), y a la biosíntesis de xantofilas (b- y e- caroteno hidroxilasas y zeaxantina epoxidasa), que son los carotenoides más abundantes en frutos coloreados de naranjas y mandarinas. El análisis de expresión de estos genes en el flavedo y la pulpa de frutos cítricos y su correlación con los cambios cuantitativos y cualitativos en carotenoides nos está permitido establecer las etapas reguladoras limitantes de la biosíntesis de carotenoides, así como identificar nuevos genes de la ruta que codifican enzimas con un papel clave en la composición de carotenoides. En esta comunicación haremos una revisión de los principales avances en estos estudios en los frutos cítricos, con especial atención a la comparación entre frutos de variedades con distinto grado de pigmentación (pomelos blancos y rojos, naranjas y mandarinas), así como a los cambios durante situaciones de interés en la postcosecha de los frutos cítricos, como el tratamiento con etileno o diferentes temperaturas de conservación

Unravelling molecular responses to moderate dehydration in harvested fruit of sweet orange (Citrus sinensis L. Osbeck) using a fruit-specific ABA-deficient mutant

Water stress affects many agronomic traits that may be regulated by the phytohormone abscisic acid (ABA). Within these traits, loss of fruit quality becomes important in many citrus cultivars that develop peel damage in response to dehydration. To study peel dehydration transcriptional responsiveness in harvested citrus fruit and the putative role of ABA in this process, this study performed a comparative large-scale transcriptional analysis of water-stressed fruits of the wild-type Navelate orange (Citrus sinesis L. Osbeck) and its spontaneous ABA-deficient mutant Pinalate, which is more prone to dehydration and to developing peel damage. Major changes in gene expression occurring in the wild-type line were impaired in the mutant fruit. Gene ontology analysis revealed the ability of Navelate fruits to induce the response to water deprivation and di-, tri-valent inorganic cation transport biological processes, as well as repression of the carbohydrate biosynthesis process in the mutant. Exogenous ABA triggered relevant transcriptional changes and repressed the protein ubiquitination process, although it could not fully rescue the physiological behaviour of the mutant. Overall, the results indicated that dehydration responsiveness requires ABA-dependent and-independent signals, and highlight that the ability of citrus fruits to trigger molecular responses against dehydration is an important factor in reducing their susceptibility to developing peel damage.This work was supported by the Spanish Ministry of Science and Technology (Research Grants AGL2006-09496, AGL2009-11969, and AGL2009-11558) and by the Generalitat Valenciana (PROMETEO/2010/010). PR was the recipient of a fellowship from the Spanish Ministry of Science and Technology.Peer Reviewe

Emisión de compuestos volátiles durante la postcosecha de frutos cítricos

La emisión de compuestos orgánicos volátiles en los frutos contribuye de forma determinante a la generación del aroma característico de los mismos, lo que es, a su vez, un importante factor de calidad. La liberación de estos compuestos también desempeña otras funciones en la fisiología de los frutos, como por ejemplo, actuar como señales de defensa y de respuesta frente a determinados estreses bióticos o abióticos, en la interacción con el medio ambiente o como atrayente de insectos. En los frutos cítricos, los principales compuestos volátiles se encuentran en las glándulas de aceites esenciales de la piel y son mayoritariamente de naturaleza terpénica, donde el limoneno es el principal componente. Numerosos estudios han abordado el análisis de la composición cuantitativa y cualitativa de aceites esenciales en los frutos de diferentes variedades de cítricos. Sin embargo, las investigaciones sobre la emisión de los principales compuestos volátiles y sus modificaciones en diferentes condiciones de conservación, han recibido escasa atención. En esta comunicación presentaremos resultados de la emisión de compuestos volátiles en frutos de mandarina sometidos a dos situaciones comunes durante la postcosecha: la conservación en bajas temperaturas y el tratamiento con etileno. El análisis comparativo de la emisión de compuestos volátiles en frutos de variedades de mandarina sensibles y resistentes a desarrollar daños por frío durante la conservación a 1ºC, ha permitido comprobar que unos monoterpenos se emiten de forma inespecífica en respuesta al estrés por frío, mientras que otros lo hacen de forma selectiva con la aparición y el desarrollo de los daños por frío en los frutos de las variedades sensibles. Por otro lado, se ha comprobado que el tratamiento de desverdización con etileno en frutos de mandarina incrementa de forma considerable la emisión de sesquiterpenos y, de forma específica, induce la de determinados ésteres alifáticos. La emisión de ésteres alifáticos se ha caracterizado previamente en frutos de maduración climatérica, pero en los frutos cítricos requiere la presencia continua de etileno para su inducción y persistencia, lo que revela diferentes mecanismos de regulación por etileno de la emisión selectiva de estos compuestos. Se discutirá la implicación de los cambios en la emisión de compuestos volátiles en la calidad del fruto, así como los posibles mecanismos de regulación

Terpene down-regulation triggers defense responses in transgenic oranges leading to resistance against fungal pathogens

Terpenoid volatiles are isoprene compounds that are emitted by plants to communicate with the environment. In addition to their function in repelling herbivores and attracting carnivorous predators in green tissues, the presumed primary function of terpenoid volatiles released from mature fruits is the attraction of seed-dispersing animals. Mature oranges (Citrus sinensis) primarily accumulate terpenes in peel oil glands, with D-limonene accounting for approximately 97% of the total volatile terpenes. In a previous report, we showed that down-regulation of a D-limonene synthase gene alters monoterpene levels in orange antisense (AS) fruits, leading to resistance against Penicillium digitatum infection. A global gene expression analysis of AS versus empty vector (EV) transgenic fruits revealed that the down-regulation of D-limonene up-regulated genes involved in the innate immune response. Basal levels of jasmonic acid were substantially higher in the EV compared with AS oranges. Upon fungal challenge, salicylic acid levels were triggered in EV samples, while jasmonic acid metabolism and signaling were drastically increased in AS orange peels. In nature, D-limonene levels increase in orange fruit once the seeds are fully viable. The inverse correlation between the increase in D-limonene content and the decrease in the defense response suggests that D-limonene promotes infection by microorganisms that are likely involved in facilitating access to the pulp for seed-dispersing frugivores.This work was supported by the Fondo Europeo de Desarrollo Regional and the Ministry of Science and Innovation of Spain (grant no. AGL2009-08052), by the Fundo de Defesa da Citricultura, and by the Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias, Spain (Ph.D. fellowship to A.R.).Rodríguez, A.; Shimada, T.; Cervera, M.; Alquézar, B.; Gadea Vacas, J.; Gómez-Cadenas, A.; De Ollas, CJ.... (2014). Terpene down-regulation triggers defense responses in transgenic oranges leading to resistance against fungal pathogens. Plant Physiology. 164(1):321-339. https://doi.org/10.1104/pp.113.224279S321339164

Bioprospecting the Solar Panel Microbiome: High-Throughput Screening for Antioxidant Bacteria in a Caenorhabditis elegans Model

Microbial communities that are exposed to sunlight typically share a series of adaptations to deal with the radiation they are exposed to, including efficient DNA repair systems, pigment production and protection against oxidative stress, which makes these environments good candidates for the search of novel antioxidant microorganisms. In this research project, we isolated potential antioxidant pigmented bacteria from a dry and highly-irradiated extreme environment: solar panels. High-throughput in vivo assays using Caenorhabditis elegans as an experimental model demonstrated the high antioxidant and ultraviolet-protection properties of these bacterial isolates that proved to be rich in carotenoids. Our results suggest that solar panels harbor a microbial community that includes strains with potential applications as antioxidants