La maturazione della fragola

1.7.1.1 Cenni generali e cambiamenti macroscopici

La fragola appartiene alla famiglia delle Rosaceae, in particolare al genere Fragaria. La fragola commerciale (Fragaria x ananassa), caratterizzata da un bac

g

differenti, coltivate in areali molto div

ambient , per tecniche di coltivazione e per standa

regolarmente in tutto il mondo come parte integrante dell’alimentazione umana, la fragola è apprezzata sul mercato tanto per le sue caratteriste organolettiche (colore, sapore, profumo e consistenza), quanto per il contenuto in sostanze ad elevato valore nutraceutico (vitamine e antiossidanti).

Il frutto di fragola è un falso frutto, poiché esso è il prodotto dell’espansione del ricettacolo del fiore, piuttosto che dell'ovario. I frutti veri, gli acheni, si trovano all’esterno del ricettacolo, immersi nella polpa carnosa che diventa, nel corso della maturazione, rossa e succulenta. Il ricettacolo è formato, all’interno, da una parte midollare centrale (chiamata pennello), da uno strato di cellule corticali, da uno di

ante studi sull’attività enzimatica ipodermiche ed, infine, all’esterno, da cellule epidermiche (Suutarinen et al., 1998). Gli acheni sono connessi alla parte interna del ricettacolo attraverso una serie di fasci cribro-vascolari, dai quali ricevono nutrimento.

Il frutto di fragola cresce rapidamente, raggiungendo la grandezza finale mediamente 30 giorni dopo l’antesi. Il tempo che il frutto impiega per diventare completamente maturo dipende dalla temperatura e può variare tra i 20 ed i 60 giorni. Ciò probabilmente riflette gli effetti complessivi della temperatura sulla velocità metabolica, come è stato evidenziato medi

(Manning, 1993). La grandezza del frutto a maturità può essere influenzata sia dalla posizione sull’infiorescenza che dal numero e dalla grandezza degli acheni presenti sul ricettacolo. I frutti malformati possono derivare da una scarsa impollinazione (è necessario, infatti, che almeno il 30% dei carpelli venga fecondato per avere un frutto ben formato), oppure da danni, di diversa origine e natura (insetti, gelo, etc) a carico degli acheni. Tutti questi eventi influenzano la sintesi di auxina, che regola la crescita del frutto (Given et al., 1988 Fait et al., 2008).

1.7.1.2 Cambiamenti microscopici

L’espansione del ricettacolo dopo la caduta dei petali è provocata, inizialmente, da una combinazione di divisione ed espansione cellulare. La divisione rappresenta il 15-20% della crescita totale e avviene prevalentemente prima dell’antesi. Il resto della crescita è il risultato dell’espansione cellulare, accompagnata da cambiamenti

4).

sciano l’amido, mentre la lamella

mbiamenti biochimici e molecolari

luppo del utto verde è ben documentato (Nitsch, 1950; Perkins-Veazie, 1995). L’auxina,

peduncolo, regola l’espressione nella parete cellulare (Schwab and Raab, 200

Alla caduta dei petali, le cellule del ricettacolo hanno pareti dense e piccoli vacuoli. Il citoplasma delle cellule è ricco di ribosomi; l’apparato del Golgi è ben rappresentato, i plastidi, anch’essi numerosi, contengono grani di amido. Durante lo sviluppo e la maturazione del frutto, si assiste ad una graduale idratazione della parete cellulare, che si rigonfia, i plastidi rila

mediana, la cui funzione è tenere insieme le cellule epidermiche, ipodermiche e corticali grazie all’azione cementante della pectina, inizia a sfaldarsi (Schwab and Raab, 2004).

Nel frutto maturo, le cellule sono occupate prevalentemente dai vacuoli, che accumulano pigmenti, acidi organici e zuccheri, mentre il citoplasma è scarsamente rappresentato, ridotto ad uno strato sottile, tra tonoplasto e parete cellulare.

1.7.1.3 Ca

I dati riportati in letteratura testimoniano numerosi cambiamenti biochimici e molecolari nel frutto di fragola durante la maturazione, molti dei quali legati all’azione regolatrice dell’auxina. Il ruolo svolto da quest’ormone nello svi

fr

prodotta dagli acheni e trasportata dal floema al

genica durante la maturazione. I primi studi di espressione genica differenziale, basati sull’utilizzo d’ibridazioni sottrattive, differential display o sequenziamento di librerie frutto-specifiche, portarono all’identificazione di trascritti genici auxina- dipendenti, probabilmente coinvolti nella maturazione (Reddy et al., 1990). Nessuno di questi trascritti si dimostrò responsivo all’etilene.

Studi successivi (Wilkinson et al., 1995; Manning, 1998) condussero all’identificazione d’ulteriori trascritti genici, frutto-specifici, che si rivelarono, per omologia di sequenza, molto simili a geni coinvolti nell’espressione di tratti qualitativi del frutto, come, ad esempio, quelli associati alla biosintesi di antocianine nella via dei fenilpropanoidi (Manning, 1998). Mediante un approccio basato

e nel corso della maturazione.

e, mostrarono sull’utilizzo di librerie sottrattive di cDNA (Medina-Escobar et al., 1997; Medina- Escobar et al., 1998), venne poi identificato il gene per la pectato-liasi, il cui trascritto si accumulava in maniera specifica nel frutto maturo, ma poteva essere indotto nel frutto verde in seguito a rimozione degli acheni, indicando, perciò, un ruolo di modulazione negativa da parte dell’auxina.

L’utilizzo delle stesse librerie permise l’identificazione del trascritto codificante per la diidroflavonol-4 reduttasi, enzima chiave della biosintesi dei flavonoidi. L’analisi dei livelli del relativo RNA indicava che il trascritto, presente nel frutto verde, aumentava significativamente nel frutto rosso (Moyano et al., 1998).

Anche le espansine dimostrarono di essere regolat

Partecipando alla rottura dei legami ad idrogeno a livello della parete cellulare, contribuiscono al softening del frutto (Civello et al., 1999). Furono caratterizzati, inoltre, diversi trascritti genici appartenenti alla famiglia delle endo 1-4-β-glucanasi, alcuni dei quali, presenti solamente nei frutti in maturazion

un’espressione notevolmente aumentata nel frutto rosso (Harpster et al., 1998; Trainotti et al., 1999).

Studi successivi basati sull’utilizzo di un approccio transgenico permisero di valutare i caratteri qualitativi del frutto, dopo repressione dell’espressione genica della pectato-liasi (Jimenez-Bermudez et al, 2002). I frutti transgenici si dimostrarono più consistenti rispetto a quelli controlli.

Mediante l’uso dei cDNA microarray, le variazioni dell’espressione genica su larga

ificati, come differenzialmente espressi, ad

ne (1- scala vennero indagate durante la maturazione ed in diversi genotipi (Aharoni et al., 2002; Carbone et al., 2006). La maggior parte delle variazioni riguardava trascritti associati alla pigmentazione, alla rottura della parte cellulare e alla biosintesi di composti aromatici. Vennero ident

esempio, trascritti relativi alla cinnamil alcol deidrogenasi (CAD) e cinnamoil CoA redattasi (CCR), coinvolti nella produzione di lignina (Salentijn et al., 2003).

La fragola non è un frutto climaterico, tuttavia il contenuto di etilene è abbondante nel frutto verde (Knee et al., 1977). Molto poco è conosciuto a proposito del ruolo che questo ormone gassoso potrebbe svolgere in fragola. Differenti approcci furono utilizzati per testare effettivamente un coinvolgimento dell’etilene nel processo di maturazione. L’uso di un inibitore competitivo dell’etilene, l’1-metilcicloprope

MCP), applicato a quattro diversi stadi di maturazione, permise la stima delle variazioni dell’espressione genica mediante un approccio cDNA-AFLP (Balogh et al, 2005). Fu così identificata una serie di trascritti genici regolati nello stadio verde, rispetto agli stadi più avanzati, tra cui vennero identificato alcuni trascritti menzionati in precedenza, associati alla maturazione: la pectato-liasi e l’endo 1,3- 1,4-β-D-glucanasi. Inoltre, mediante l’utilizzo di PCR degenerata, furono clonati tre

diversi recettori per l’etilene (Trainotti et al, 2005), la cui espressione risultava indotta dall’etilene stesso. Gli autori interpretarono questi dati alla luce di un possibile meccanismo mediato dall’etilene, coinvolto nel processo di maturazione (Trainotti et al, 2005). Tuttavia, dati elaborati in precedenza, mediante la trasformazione di piante con un costrutto che codificava per un enzima, l’ S- adenosilmetionina idrolisi, che inattivava il precursore dell’etilene, non confermarono un’influenza diretta dell’etilene sul processo di maturazione della fragola (Mathews et al., 1995).