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Doctoral Thesis
Full name
Bruna Orsi
Knowledge Area
Date of Defense
Piracicaba, 2023
Kluge, Ricardo Alfredo (President)
Lima, Giuseppina Pace Pereira
Peres, Lazaro Eustaquio Pereira
Tezotto-Uliana, Jaqueline Visioni
Title in English
Beyond nutrition: modification of the carotenoid profile as a potential strategy to regulate tomato fruit ripening and shelf-life
Keywords in English
Abscisic acid
Phytoene synthase
Abstract in English
Carotenoids are important pigments in defining the aroma, flavor, appearance, and nutritional properties of fruits. In addition, they are also involved in the synthesis of regulators of plant development, such as abscisic acid (ABA). We previously observed that fruits from different carotenoid profile display altered ethylene (ETH) production. Recent reports suggest a link between carotenoid-synthetizing enzymes and the regulation of ripening, as their genetic manipulation alters ABA production and, in turn, ETH levels during late ripening. Despite these reports, the genetic manipulation of the carotenoid profile by the industry often aims at improved nutritional properties of fruits, and much is still to be explored about an additional role of carotenoids as components of the hormonal cascade that regulates ripening. Here, we gathered physiological data on the postharvest ripening of Micro Tom near-isogenic lines carrying alleles that alter the accumulation of carotenoids and showed that the ripening progress may be affected by the pigment profile. Two carotenoid mutants, one with impaired activity of Phytoene-synthase (PSY1), and another with gain-of-function of Lycopene-β-cyclase were confronted with the ABA-deficient mutant sitiens and the ripening mutant ripening inhibitor. From this approach, we observed that spontaneous carotenoid mutations alter the ABA and ETH crosstalk and with that, the advancement of ripening. Results were detailed throughout three chapters where we discuss (i) a possible involvement of PSY1 in the autocatalytic feedback loop that regulates ETH synthesis; (ii) the impact of the carotenoid profile in the ABA-ETH network and fruit quality, and (iii) the different outcomes on maturity parameters when fruits ripens attached to the plant or in postharvest storage. Together, our findings suggest that the manipulation of the carotenoid profile may be a strategic tool for postharvest storage, aiming at fruits with improved nutrition properties and additionally, with extended shelf life.
Title in Portuguese
Além de nutrição: modificação do perfil de carotenoides como uma estratégia potencial para regular o amadurecimento e a vida útil de frutos de tomateiro
Keywords in Portuguese
Ácido abscísico
Fitoeno sintase
Abstract in Portuguese
Carotenoides são importantes pigmentos na definição do aroma, sabor, aparência e propriedades nutricionais de frutos. Além disso, eles também estão envolvidos na síntese de reguladores do desenvolvimento das plantas, como o ácido abscísico (ABA). Anteriormente, observamos que frutos de tomateiro com diferentes perfis de carotenoides exibem produção alterada de etileno (ET). Relatos recentes sugerem uma conexão entre enzimas sintetizadoras de carotenoides e a regulação do amadurecimento, uma vez que sua manipulação genética altera a produção de ABA e, por sua vez, os níveis de ET na etapa final do amadurecimento. Apesar desses relatos, a manipulação genética do perfil de carotenoides pela indústria frequentemente visa melhorar as propriedades nutricionais de frutos, e muito ainda precisa ser explorado sobre um papel adicional dos carotenoides como componentes da cascata hormonal que regula o amadurecimento. Aqui, reunimos dados fisiológicos sobre o amadurecimento pós-colheita de linhagens quase isogênicas de Micro Tom carregando alelos que alteram o acúmulo de carotenoides e mostramos que o avanço do amadurecimento pode ser afetado pelo perfil dos pigmentos. Dois mutantes de carotenoides, um com perda de função da enzima fitoeno-sintase (PSY1) e outro com ganho de função da enzima licopeno-β-ciclase, foram confrontados com o mutante sitiens deficiente em ABA e o mutante em amadurecimento ripening inhibitor. A partir dessa abordagem, observamos que mutações espontâneas de carotenoides alteram a interação entre ABA e ET e, com isso, o avanço do amadurecimento. Os resultados foram detalhados em três capítulos, onde discutimos (i) um possível envolvimento de PSY1 no feedback que regula a síntese auto catalítica de ET; (ii) o impacto do perfil de carotenoides na interação ABA-ET e na qualidade dos frutos, e (iii) os diferentes efeitos nos parâmetros de maturidade de frutos que foram amadurecidos na planta ou em armazenamento pós-colheita. Juntos, nossos resultados sugerem que a manipulação do perfil de carotenoides pode ser uma ferramenta estratégica para o armazenamento pós-colheita, visando frutos com propriedade nutricional superior e, adicionalmente, com maior vida útil.
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