Degradación del almidón en el kiwi

La maduración y el envejecimiento son etapas comunes y necesarias del desarrollo de la fruta, durante las cuales se producen cambios de color y textura, así como un aumento del aroma. 

Sin embargo, la maduración de la fruta va acompañada de senescencia, que puede causar alteraciones fisiológicas e infección de patógenos (bacterias y hongos), producción de sustancias indeseables (etanol y acetaldehído), daño a las paredes celulares y pérdida de los  fluidos celulares, lo que conduce a un impacto negativo en su calidad y las preferencias del consumidor.

En las últimas décadas se han investigado ampliamente los mecanismos reguladores subyacentes a la maduración de la fruta. Se han utilizado diferentes enfoques para comprenderla a través de varios tratamientos, por ejemplo, el empleo de bajas temperaturas y hormonas vegetales.

Papel del etileno

El etileno juega un papel primordial en la regulación de la maduración de la fruta, por lo que los mecanismos de acción se han investigado intensamente. 

En varias especies de frutas, se observaron efectos muy desfavorables en el estado fisiológico y bioquímico de la fruta después del tratamiento con etileno. Por ejemplo, 24 h después de la exposición en una concentración 100 μLL−1) se produjo la pérdida de hasta el 50 % de la firmeza inicial del kiwi. 

Los estudios se han centrado en el período posterior al tratamiento, lo que llevó al descubrimiento de factores de transcripción como ERF, NAC y EIL.

Los reguladores de los genes de respuesta temprana, por ejemplo, MaACS1 y MaEXP1 tienen comportamiento muy pronunciado a las 2 h bajo el tratamiento con etileno.

El proceso de maduración en kiwi y genes implicados

El kiwi (Actinidia deliciosa familia Actinidiaceae) es una fruta climatérica sensible al etileno y produce una gran cantidad de este hidrocarburo endógeno durante la maduración poscosecha. El proceso de maduración de esta fruta está acompañado de cambios fisiológicos como la degradación del almidón, la acumulación de sólidos solubles, cambios de textura causados ​​por alteraciones de la pared celular y la producción de compuestos volátiles.

Estudios previos han revelado una gran cantidad de genes relacionados con la maduración del kiwi; la eliminación de la enzima 1-aminociclopropano-1-carboxilato oxidasa (AdACO1) relacionada con la síntesis de etileno puede retrasar el ablandamiento de la fruta. 

Las enzimas β-amilasa, α-amilasa y α-glucosidasa están implicadas en la degradación del almidón; en base a datos de ARN-seq y PCR cuantitativa en tiempo real (RT-qPCR), tres genes de la β-amilasa, AdBAM3, AdBAM3.1 y AdBAM3L, se regularon positivamente de manera significativa en muestras tratadas con etileno. El análisis de red de coexpresión génica ponderada (WGCNA)* identificó factores de transcripción que están altamente correlacionados con estos tres genes BAM, en base a patrones de expresión génica. 

Se verificó que los factores de transcripción AdVAL2 y AdKAN2 reprimen transcripcionalmente la actividad a nivel de promotor de AdBAM3 y AdBAM3L, respectivamente. Además, se observó que la expresión de AdVAL2 y AdKAN2 se reprime mediante el tratamiento con etileno.

El análisis de sobreexpresión transitoria confirmó el efecto inhibidor de AdVAL2 y AdKAN2 sobre la expresión de los genes BAM, lo que da como resultado la acumulación de almidón en el kiwi. 

Otros estudios también identificaron varios otros factores de transcripción que desempeñan un papel crucial en la maduración y el ablandamiento del kiwi. 

La degradación del almidón

Para explorar los mecanismos tempranos de respuesta al etileno, se realizó un enfoque de muestreo continuo bajo tratamiento con etileno. Se midieron el contenido de almidón y los sólidos solubles totales, y la secuenciación de ARN reveló tres genes BAM estrechamente correlacionados con la degradación del almidón. 

WGCNA* identificó múltiples factores de transcripción que están asociados con la expresión de estos tres genes BAM. Ensayos bioquímicos demostraron que AdVAL2 y AdKAN2 se unen y reprimen la actividad de los promotores de AdBAM3 y AdBAM3L, respectivamente. El tratamiento con etileno inhibe la expresión de estos dos supuestos represores en etapas muy tempranas (2-6 h). 

La sobreexpresión transitoria en kiwis también confirmó la relación in vivo entre estos dos factores de transcripción y los genes BAM. 

El etileno desencadena la degradación del almidón

En conjunto, el muestreo continuo durante la exposición al etileno ha revelado que estos factores de transcripción que responden temprano al etileno podrían ser los desencadenantes iniciales de la degradación del almidón.

En este estudio, se realizó un enfoque de muestreo continuo con intervalos de 2 h durante el tratamiento de 24 h. Como resultado, la degradación del almidón y la acumulación de sólidos solubles totales se aceleraron después de 10 h de tratamiento con etileno.

Por lo tanto, el enfoque de muestreo continuo bajo tratamiento con etileno identificó dos nuevos factores de transcripción responsables de la degradación del almidón del kiwi, lo que proporciona información sobre el mecanismo molecular de la iniciación impulsada por etileno en la maduración y el ablandamiento de esta fruta.

* El análisis de redes de correlación ponderada, también conocido como análisis de redes de coexpresión génica ponderada (WGCNA), es un método colección de datos ampliamente utilizado, especialmente para estudiar redes biológicas basadas en correlaciones por pares entre variables. Se ha utilizado más ampliamente en aplicaciones genómicas. Dado que utiliza una metodología de redes, es muy adecuada para integrar conjuntos de datos genómicos complementarios; se puede interpretar como un método de análisis de datos genéticos o biológicos de sistemas. Al seleccionar centros intramodulares en módulos de consenso, WGCNA también da lugar a técnicas de metaanálisis basadas en redes.

Fuentes

Tong, Y.; Su, W. Y.; Chen, Y. T.;   Liu, X. F.; Zhang   Q. Y.; Qi, T. H.; Allan, A. C.; Li, X.; Yin, X. E. (2024).
Two ethylene-responsive transcription factors, AdVAL2 and AdKAN2, regulate early steps in kiwifruit starch degradation
Postharvest Biology and Technology, 216: 113058.

https://en.wikipedia.org/wiki/Weighted_correlation_network_analysis   Acceso el 04/09/2024.

Imagen

https://meuamigotemumsitio.com.br/blog/tudo-sobre-o-kiwi/   Acceso el 04/09/2024.