L’agricoltura europea sta andando incontro ad una profonda evoluzione delle sue priorità. L’obiettivo principale da raggiungere non è più solo una maggiore produzione, ma una migliore qualità salutistico-nutrizionale dei prodotti agricoli (alimenti funzionali). Si tende pertanto da una parte a rivalutare varietà locali con spiccate caratteristiche qualitative e dall'altra a migliorare le caratteristiche salutistico-nutrizionali delle varietà più diffuse in precisa rispondenza alle condizioni di specifiche aree territoriali. La comprensione dei meccanismi che regolano la biosintesi dei composti assunti con la dieta ed utili per la salute umana e l’identificazione dei precisi step biosintetici sui quali agiscono i fattori esterni in grado di stimolarne od inibirne la formazione, si può tradurre in un incremento nella qualità dei prodotti di origine vegetale destinati all’alimentazione umana.
La possibilità di aumentare il valore aggiunto degli alimenti tradizionali attraverso l’individuazione e la selezione di varietà o linee ad elevato valore salutistico, nonché tramite scelte di condizioni ambientali e di pratiche agronomiche più adatte all’esaltazione di tali potenzialità, rappresenta quindi un attuale campo di indagine, che richiede una stretta integrazione di competenze diverse di carattere agronomico, fisiologico e biochimico-molecolare. Il pomodoro si presta a questo tipo di sviluppo, questa solanacea, infatti, è una buona sorgente di carotenoidi ed una modesta fonte di flavonoidi (Crozier et al., 1995, 1997). Nei molteplici studi epidemiologici è stato riscontrato un effetto protettivo nel consumo di ortaggi e frutta (Hertog et al. 1997; Knekt et al., 1997; Pietta, 2000; Duthie e Crozier, 2000). L’azione protettiva degli ortaggi è attribuita alla presenza di un insieme di composti chimici: vitamine, carotenoidi, flavonoidi e fenoli; per cui la
ricchezza sia in nutrienti sia in non nutrienti sembra rappresentare un elemento di cruciale importanza. Se un’efficace azione protettiva degli ortaggi è dovuta alla presenza di adeguati livelli di un insieme di composti chimici (vitamine, carotenoidi, flavonoidi e fenoli) appare chiaro come i bassi livelli di flavonoidi nei frutti di pomodoro ne limitino la capacità antiossidante e conseguentemente ne restringano lo spettro di proprietà benefiche per la salute.
Mentre gli studi sulla regolazione della via biosintetica dei flavonoidi in frutti di pomodoro sono ancora limitati, diversi tentativi sono stati fatti per cercare di aumentarne il livello producendo piante transgeniche di pomodoro che sovraesprimono geni strutturali di petunia o per l’espressione ectopica dei geni regolatori di mais. Nei due casi si sono innalzati da 60 a 78 volte i livelli di flavonoidi nei frutti di pomodoro (Muir et al., 2001, Bovy et al., 2002).
D’altra parte la diffidenza che i consumatori europei dimostrano per le colture transgeniche di prodotti alimentari e la posizione di cautela assunta dalla Commissione Europea e da molti governi nazionali ne rendono problematica l'accettazione da parte del mercato.
È noto che il fitocromo ha un ruolo nella regolazione dell’accumulo di flavonoidi nell’epidermide del frutto di pomodoro (Heinz e Piringer, 1954 e Yen et al. 1997) e di carotenoidi sia nell’epidermide sia nel pericarpo (Mustilli et al. 1999; Alba et al. 2000). D’altra parte, mentre è ben noto che a livello di plantula le risposte fotomorfogeniche sono regolate da un complesso
network di catene trasduttrici dei segnali luminosi (Wade et al. 2001), allo stato attuale
dell’indagine scientifica nessuna informazione è disponibile sul ruolo e sul tipo di interazioni fra le varie specie molecolari costituenti la famiglia del fitocromo nella fotoregolazione dell'accumulo di flavonoidi nei frutti di pomodoro. Il confronto fra mutanti per fitocromi, il mutante hp-1 e il genotipo selvatico, effettuato nell’ambito di questo lavoro di tesi ha fornito le prime informazioni sul ruolo e tipo di interazioni fra sistemi fotosensoriali nella regolazione della maturazione dei frutti. Il pomodoro, oltre ad essere una specie coltivata di enorme diffusione, rappresenta l'unica pianta modello, alternativa ad Arabidopsis, nella quale è possibile studiare i fenomeni fotomorfogenici dalla germinazione del seme fino alla maturazione dei frutti (Kendrick et al. 1997). Nell’ambito di questa tesi l'accumulo di flavonoidi è stato analizzato sia nell'epidermide sia nel pericarpo dei frutti di pomodoro. La distinzione fra i due tipi di tessuto è fondamentale in quanto nel prodotto trasformato, pelati ad esempio, l'epidermide è eliminata e, come confermano i risultati, è proprio in essa che si raggiungono livelli più elevati di flavonoidi. Nell’epidermide della bacca di pomodoro della cv Money maker la somma dei livelli di quercetina, canferolo, rutina e naringenina raggiunge il valore di circa 560μg/100 g peso fresco, mentre nel pericarpo ci si ferma a 34μg/100g peso fresco.
di circa 16 volte rispetto al pericarpo è stato confermato in tutti i genotipi analizzati nell’ambito della nostra ricerca. Dunque, il ruolo dei fitocromi si limita alla modulazione più o meno ampia della capacità d’accumulo dei flavonoidi entro un range già prederminato nei due tipi di tessuto. L’impiego di mutanti singoli , doppi e tripli di fitocromo, ha dimostrato che esiste ridondanza fra i fitocromi stessi, e che nessuno di essi è indispensabile per l’accumulo di flavonoidi.
Il ruolo dei vari membri della famiglia del fitocromo appare essere differente nella epidermide e nel pericarpo. Nella buccia si evidenzia il ruolo antagonista nei confronti di altri fitocromi da parte del phyA, phyB1 e phyB2, in relazione all’accumulo di quercetina, camferolo e rutina. Sorprendente appare il fatto che l’accumulo di quercetina nella epidermide di pomodoro non sia modificato rispetto al tipo selvaggio dalla contemporanea assenza di ben tre fitocromi: phyA, phyB1 e phyB2. In contrasto per tutti gli altri flavonoidi studiati la tripla mutazione dà luogo a livelli di flavonoidi significativamente più bassi rispetto al tipo selvatico. Per quel che riguarda l’accumulo di flavonoidi nella polpa, si nota come i già bassi livelli di flavonoidi vengano ulteriormente ridotti dall’assenza di anche un solo membro della famiglia dei fitocromi del pomodoro. Comportamento particolare mostra il mutante phyB2 per quel che riguarda l’accumulo di naringenina che in questo mutante raggiunge livelli molto elevati e simili a quelli del mutante hp-
1.
È ben noto che le caratteristiche organolettiche, nutrizionali e salutistiche dei frutti di pomodoro sono profondamente modificate dalle condizioni ambientali in cui vengono allevate le piante. In particolare Hertog et al. (1997) hanno mostrato che frutti ottenuti nell’ambiente mediterraneo sono caratterizzati da livelli di flavonoidi ben più elevati, che in frutti prodotti nel nord Europa. E ancor più precisamente hanno evidenziato che nel medesimo luogo frutti ottenuti in serra nel periodo primaverile estivo presentano livelli di flavonoidi ben più elevati rispetto a produzioni protette autunno-vernine. Altri autori, allevando piante di pomodoro sotto diversi livelli di energia solare, hanno confermato la presenza di massimi livelli di composti antiossidanti nelle tesi sottoposte ai più elevati livelli di energia radiante (Giuntini et al. 2005). Per cui appare chiaro che la dose giornaliera di energia luminosa ricevuta dalle piante influenza profondamente il contenuto di flavonoidi dei frutti di pomodoro.
I risultati di questo lavoro di tesi confermano che il sistema fitocromo ed i singoli membri di questa famiglia di fotorecettori esercitano ruoli significativi nel fotocontrollo dell’accumulo dei flavonoidi sia nella buccia che nella polpa di pomodoro. D’altra parte, anche l’assenza di ben tre fitocromi, phyA, phyB1 e phyB2, pur riducendone i livelli, non è in grado di annullare la capacità di accumulare flavonoidi nei frutti di pomodoro. Visto che in pomodoro esistono altri fotosensori
(criptocromo 1 e 2, recettore degli UVB) capaci di controllare l’accumulo luce–dipendente di flavonoidi, si può concludere che il sistema fitocromo nel corso della maturazione del frutto svolge un ruolo significativo, ma non cruciale, nel fotocontrollo dell’accumulo di flavonoidi. Ulteriori ricerche sono necessarie per chiarire il ruolo dei criptocromi, del recettore degli UVB e delle loro interazioni con il fitocromo.
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