Trasformare i pomodori in oro: gli scienziati ingegnerizzano i flavonoli della camelia nella polpa della frutta
Gli scienziati hanno decodificato il meccanismo genetico alla base dei petali dorati della Camelia nitidissima e hanno trasferito con successo questa caratteristica nelle piante di pomodoro per migliorarne il valore nutrizionale. Identificando i flavonoli chiave responsabili della pigmentazione gialla del fiore, i ricercatori hanno individuato cinque geni essenziali coinvolti nella loro biosintesi. Questi geni sono stati poi introdotti nelle piante di pomodoro utilizzando un approccio di biologia sintetica multigene. I pomodori ingegnerizzati hanno sviluppato una polpa giallo-oro arricchita di flavonoli, composti noti per le loro proprietà antiossidanti. Questa scoperta non solo fa luce su un mistero di lunga data nella pigmentazione delle piante, ma apre anche nuove strade per migliorare i benefici per la salute delle comuni colture da frutto.
La Camelia dorata, famosa per i suoi rari e vibranti fiori gialli, ha da tempo affascinato gli orticoltori. Mentre la maggior parte delle specie di Camelia produce fiori rossi o bianchi, la C. nitidissima si distingue per la sua sorprendente tonalità dorata. Tuttavia, i pigmenti esatti responsabili di questa colorazione sono rimasti un argomento di dibattito, con flavonoidi e carotenoidi proposti come candidati. Allo stesso tempo, i pomodori, pur essendo ricchi di carotenoidi come il licopene, contengono solo tracce di flavonoli nella loro polpa commestibile. Data la superiore biodisponibilità e la forza antiossidante dei flavonoli come la quercetina, gli scienziati sono alla ricerca di modi per arricchire questi composti nelle colture frutticole. Queste sfide hanno spinto il team a esplorare le vie metaboliche uniche della Camelia per una possibile applicazione interspecifica.
In uno studio pubblicato il 7 novembre 2024 su Horticulture Research, i ricercatori della Zhejiang University, della Chinese Academy of Forestry e della Westlake University hanno ricostruito la via di biosintesi dei flavonoli di C. nitidissima nel pomodoro. Il team ha identificato i derivati della quercetina come pigmenti chiave nei fiori gialli della Camelia e ha isolato cinque geni responsabili della loro produzione. Questi geni sono stati poi introdotti in piante di pomodoro attraverso due strategie di biologia sintetica, ottenendo frutti con polpa di colore giallo vivo e un contenuto di flavonoli significativamente elevato.
Profilando 23 specie di Camelia dorata, i ricercatori hanno confermato che la quercetina 3-O-glucoside e il 7-O-glucoside sono i principali pigmenti alla base del colore dorato. Utilizzando la trascrittomica a doppia piattaforma e l'analisi della coespressione genica, hanno identificato cinque geni chiave: CnCHS, CnF3'H, CnFLS1, CnUFGT14 e un fattore di trascrizione MYB. L'enzima CnFLS1 ha dimostrato un'eccezionale efficienza catalitica nella produzione di quercetina. Questi geni sono stati espressi in Nicotiana benthamiana e trasformati stabilmente in pomodoro, ottenendo due serie di linee transgeniche. Il progetto di attivazione precoce si è rivelato più efficace, producendo frutti di pomodoro con livelli più elevati non solo di derivati della quercetina, ma anche di flavonoli specifici della camelia, come il camelliaside A e C. Questi composti hanno aumentato in modo sostanziale la capacità antiossidante dei frutti, mostrandosi promettenti per una selezione orientata alla salute.
"Questo progetto è un ponte tra la biologia delle piante ornamentali e il miglioramento delle colture alimentari", ha dichiarato il Prof. Pengxiang Fan, autore corrispondente dello studio. Trasferendo il percorso dei pigmenti della Camelianel pomodoro, abbiamo dimostrato come la biologia sintetica possa essere utilizzata per risvegliare il potenziale metabolico nascosto e fornire benefici nutrizionali". Questi pomodori non hanno solo un aspetto diverso, ma contengono composti con reali proprietà benefiche per la salute".
Il successo di questa ricostruzione metabolica segna un progresso significativo nella biologia sintetica delle piante. Al di là dei cambiamenti estetici, i pomodori arricchiti di flavonoli hanno una maggiore attività antiossidante, che potenzialmente può offrire una migliore conservabilità e benefici per la salute. I risultati evidenziano il valore dell'estrazione di composti bioattivi da specie vegetali rare e della loro applicazione a colture di base. Con il perfezionamento degli strumenti di biologia sintetica, questo approccio potrebbe trasformare lo sviluppo di alimenti funzionali e creare nuove possibilità per un'agricoltura orientata alla nutrizione.
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Pubblicazione originale
Lina Jiang, Leiqin Han, Wenxuan Zhang, Yifei Gao, Xiaoyan Xu, Jia Chen, Shan Feng, Zhengqi Fan, Jiyuan Li, Xinlei Li, Hengfu Yin, Pengxiang Fan; "Elucidation of the key flavonol biosynthetic pathway in golden Camellia and its application in genetic modification of tomato fruit metabolism"; Horticulture Research, Volume 12, 2024-11-7
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