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Nuevos conocimientos sobre tolerancia al frío y su control en poscosecha
Algunos mecanismos y métodos para mejorar la tolerancia al frío en las frutas almacenadas - Relación de información publicada previamente por especie
Las frutas desempeñan un papel crucial en la vida diaria de los seres humanos, ya que ofrecen una fuente rica y fácilmente accesible de nutrientes como vitaminas, minerales y compuestos polifenólicos.
Varios estudios han demostrado la eficacia de estos nutrientes tanto para prevenir como para tratar una amplia gama de enfermedades, como la diabetes, la inflamación, el cáncer y las enfermedades cardiovasculares.
Estreses bióticos y abióticos
Sin embargo, durante las fases de desarrollo y poscosecha, las frutas están sujetas incesantemente a una serie de estreses bióticos y abióticos que pueden tener un impacto significativo en su rendimiento y calidad.
Los estreses bióticos involucran principalmente la invasión de plagas y microorganismos, mientras que los estreses abióticos incluyen predominantemente temperaturas extremas, sequía y salinidad. Entre estos, el estrés por frío es el más prevalente y tiene importantes efectos adversos en las frutas.
Estrés por frío
Las investigaciones han demostrado que el estrés por frío induce muchos efectos indeseables en las frutas lo que lleva a pérdidas económicas sustanciales. En un esfuerzo por mejorar la tolerancia y, al mismo tiempo, preservar su calidad óptima, se ha desarrollado una amplia gama de estrategias de tratamiento poscosecha.
Mitigación mediante tratamientos físicos y químicos
Estas incluyen tratamientos físicos y químicos, como la intervención atmosférica controlada, el tratamiento hipobárico a corto plazo y el tratamiento térmico. Se ha comprobado que métodos físicos como la irradiación UV-B y el mantenimiento de una humedad relativa alta a baja temperatura, mitigan los efectos nocivos del daño por frío.
Los tratamientos a bajas temperaturas adicionados de compuestos químicos incluyen fenilalanina, melatonina y ácido ferúlico, que se ha demostrado, refuerzan la resistencia al frío.
Mecanismos relacionados con la tolerancia al frío
La comprensión de los mecanismos moleculares relacionados con la tolerancia al frío de la fruta se expande constantemente.
La regulación transcripcional y las variables funcionales específicas están resultando ser componentes importantes en este dominio; estos mecanismos moleculares proporcionan una base científica para determinar la tolerancia al frío de la fruta a nivel bioquímico.
Además, genes y proteínas funcionales también contribuyen a la mayor resistencia de la fruta al estrés por frío a través del aumento de la capacidad antioxidante, la modulación de la presión osmótica, el mantenimiento de la integridad, la regulación de la fluidez y funcionalidad de las membranas celulares y la eliminación de especies reactivas de oxígeno (ROS). Además, la estabilidad de las paredes celulares también es de gran importancia para la tolerancia al frío.
Los factores de transcripción modulan la dinámica de expresión de sus genes diana, muchos de los cuales están implicados en las respuestas y adaptaciones al frío. A medida que aumentan las fluctuaciones del clima global, la investigación sobre la tolerancia al frío de la fruta se vuelve extremadamente importante, con profundas implicaciones para la producción sostenible de la fruticultura y la conservación a largo plazo de los productos.
Es necesario integrar varios métodos químicos y físicos en el tratamiento poscosecha de frutas teniendo presente los mecanismos moleculares, analizando el papel integral de las moléculas funcionales clave.
Efecto protector de la arginina
En un estudio actual, se investigaron los impactos del tratamiento con arginina en concentraciones 0,5; 1,0 y 2,0 mM en frutas de granada (Punica granatum familia Lythraceae). Las soluciones fueron aplicadas por aspersión durante la precosecha y por inmersión en la poscosecha, y se analizaron los efectos sobre el daño por frío durante el almacenamiento a 4 ± 0,5 °C por 120 días, además de las propiedades nutracéuticas de la fruta.
Los resultados mostraron que las frutas tratadas con arginina 1,0 mM, presentaron menos síntomas de daño por frío, manifestados por la reducción del pardeamiento de la cáscara.
El menor pardeamiento de la cáscara de la fruta de granada tratada con arginina es causado por una menor acumulación de peróxido de hidrógeno (H2O2) en esta estructura, así como a la mayor actividad de las enzimas antioxidantes superóxido dismutasa, catalasa y ascorbato peroxidasa. Estos eventos llevan a una mayor integridad de las membranas plasmáticas con una menor fuga de electrolitos, así como la reducida acumulación de malondialdehído (marcador de estrés oxidativo).
Además, este tratamiento mostró una mayor capacidad de acumulación de fenoles totales, ácido ascórbico y antocianinas (con importantes propiedades antioxidantes).
Los resultados de este estudio sugieren que el tratamiento con arginina puede utilizarse como una tecnología prometedora no sólo para atenuar el daño por frío sino también para mantener las propiedades nutracéuticas de la granada parcialmente al promover la actividad del sistema antioxidante.
Péptidos de pequeño peso molecular
Últimamente, científicos han descubierto muchos péptidos de pequeño peso molecular, incluidos los péptidos codificados por pri-miARN* (miPEPs). Similares a las fitohormonas tradicionales o moléculas de señalización, estos péptidos participan en numerosos procesos de crecimiento de las plantas.
Los microARN (miARN) juegan un papel regulador importante en la respuesta de las plantas al estrés, y los miPEPs parecen contribuir a la tolerancia de las plantas a las bajas temperaturas (4ºC).
Los análisis mediante qRT-PCR han mostrado niveles elevados de expresión de los transcritos ARNs correspondientes a miPEP en uvas (Vitis vinífera familia Vitaceae) almacenadas bajo estrés por frío (4ºC).
Estos resultados revelaron por primera vez los roles efectivos de los miPEPs en la resistencia de las frutas al estrés por frío, proporcionando una base teórica para la futura aplicación de los miPEPs en la producción frutícola.
Actuación sobre el gen que induce la invertasa vacuolar
PpVIN2 es el único gen que codifica la invertasa vacuolar en melocotones que es sensible al frío, promoviendo la degradación de la sacarosa y participando del daño por frío. Un estudio reciente confirmó la activación por baja temperatura de la transcripción de PpVIN2.
El factor de unión a la repetición C (CBF) es un gen conservado que responde al frío en las plantas, y su producto de expresión PpCBF6 aumenta rápidamente cuando los duraznos sufren estrés por frío.
Se estudió la interacción entre PpCBF6 y PpVIN2 tanto in vivo como in vitro, y se observó que PpCBF6 se une al promotor** de PpVIN2 e inhibe su actividad. Además, cuando se silencia el gen correspondiente a PpCBF6, la expresión y la actividad de PpVIN2 aumentan, acompañadas de una disminución del contenido de sacarosa (mayor degradación de este disacárido).
También se observó que el tratamiento de melocotón con jasmonato de metilo exógeno provoca una mayor expresión de PpCBF6 y reduce el rápido aumento del nivel de expresión de PpVIN2. Esto da como resultado una menor actividad de PpVIN2 y un mayor contenido de sacarosa en la fruta, reduciendo así el daño por frío.
De esta manera se demostró que PpCBF6 retarda la degradación de la sacarosa al inhibir la mayor expresión del gen PpVIN2, lo que mejora la resistencia al frío de la fruta de melocotón.
Recubrimientos comestibles y ceras
El uso de recubrimientos comestibles ha surgido como respuesta a la creciente demanda de métodos ecológicos para mantener la calidad de la fruta durante el almacenamiento a baja temperatura.
Polisacáridos como carboximetilcelulosa, quitosano, dextrina y almidón adicionados de un agente plastificante como glicerol, demuestran ser efectivos para mantener la calidad poscosecha, por ejemplo, de calabacines durante el almacenamiento en frío.
Para mejorar los resultados se probaron los aditivos nutracéuticos oleuropeína y aceite de oliva en combinación con dextrina.
Los resultados mostraron que los recubrimientos con dextrina reducen la pérdida de peso, el daño por frío y el estrés oxidativo en estas frutas manteniendo su calidad. Los aditivos, particularmente, el aceite de oliva, muestran una mayor inducción de enzimas antioxidantes, así como una mayor acumulación de ascorbato y fenoles totales.
* El pri-miARN en forma de horquilla se sintetiza en el núcleo y se convierte en pre-miARN mediante la acción de la enzima Drosha, y luego se exporta desde el núcleo al citoplasma, La enzima DICER y el complejo unen al ARN bicatenario (ARNds) generando el miARN maduro. El miARN maduro se une al ARNm diana, promoviendo su degradación o inhibiendo su traducción.
** Promotor: Región del ADN que inicia la transcripción de un gen determinado. Es el sitio en que une a ARN polimerasa. Se encuentra en la misma cadena del ADN en el extremo 5' de la cadena codificante. Los promotores pueden tener entre 100 y 1000 pares de bases de longitud.
Fuentes
He, K. L.; Liu, G. S.; Zhao, J. D.; Xiang, L. T.; Xie, S. I.; Wang, Y. X.; Fu, D. Q. (2024)
Fruits’ cold tolerance: a review of mechanisms and methods
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Babalar, M.; Pirzad, F.; Ali, M.; Sarcheshmeh, A.; Talaei, S.; Lessani, H. (2018).
Arginine treatment attenuates chilling injury of pomegranate fruit during cold storage by enhancing antioxidant system activity
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Chen, Q. J.; Zhang, L. P.; Song, S. R.; Wang, L.; Xu, W. P.; Zhang, C. X.; Wang, S. P.; Liu, H. F.; Ma, C. (2022).
vvi-miPEP172b and vvi-miPEP3635b increase cold tolerance of grapevine by regulating the corresponding MIRNA genes
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PpCBF6 is a low-temperature-sensitive transcription factor that binds the PpVIN2 promoter in peach fruit and regulates sucrose metabolism and chilling injury
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ERF transcription factor PpRAP2.12 activates PpVIN2 expression in peach fruit and reduces tolerance to cold stress
Postharvest Biology and Technology, 199:112276.
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Application of polysaccharide-based edible coatings to improve the quality of zucchini fruit during postharvest cold storage
Scientia Horticulturae, 314:111941.
Imagen
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