Caratterizzazione di un QTL di pomodoro coinvolto nel controllo della tolleranza della pianta ad una ridotta disponibilità idrica e della qualità del frutto

Il pomodoro (Solanum lycopersicum), dopo la patata, ਠla specie ortiva pi๠coltivata nel mondo. In Italia, la produzione di circa 5,9 milioni di tonnellate di pomodoro colloca il Paese al quinto posto dopo Cina, USA, Turchia e India nella classifica mondiale ed al primo posto tra i Paesi Europei. La produzione italiana nel 2009 risulta per il 14% destinata al consumo fresco e per l'86% alla trasformazione (ISTAT †" Sistema Informativo su Agricoltura e Zootecnia). L'Italia ਠil primo produttore di pomodoro da industria nell'ambito dei Paesi della Regione Mediterranea (34% - World Processing Tomato Council 2009). La qualità  del frutto di pomodoro include numerose proprietà  che possono essere distinte in proprietà  chimico-fisiche quali per esempio il contenuto in solidi solubili, in proprietà  organolettiche come odore e sapore ed in proprietà  nutrizionali come per esempio il contenuto in molecole con attività  antiossidante. La maggior parte delle proprietà  che definiscono la qualità  del pomodoro e dei suoi derivati possono rappresentare un criterio di scelta da parte del consumatore e quindi una opportunità  di mercato. Nell'ambito dei parametri che definiscono la qualità  del pomodoro, il contenuto in solidi solubili del frutto ਠstrettamente correlato alla resa alla trasformazione e quindi ai costi di produzione del trasformato. Inoltre, il frutto di pomodoro e i suoi derivati industriali (succo, purea etc) sono considerati veri e propri alimenti funzionali, grazie al contenuto della bacca in composti antiossidanti, quali acido ascorbico (vitamina C), vitamina E, licopene ed altri carotenoidi, flavonoidi e acidi fenolici (Binoy et al. 2004, Food Chem 84: 45-51). Questi metaboliti rivestono una grande importanza per la loro attività  “health-promoting” nell'uomo e negli animali dei quali spesso costituiscono componenti significativi della dieta. La qualità  del frutto puಠessere seriamente compromessa da avversità  ambientali come per esempio la carenza idrica che non solo determina una riduzione della resa produttiva ma anche una diminuzione della qualità  della produzione. In tale ottica, le attività  di miglioramento genetico risultano di particolare interesse per lo sviluppo di nuovi genotipi di pomodoro tolleranti a ridotti apporti di acqua ed in grado di fornire prodotti di elevata qualità . Tuttavia, caratteri come la tolleranza alla carenza di acqua e la qualità  nutrizionale del frutto sono caratteri con base genetica complessa la cui dissezione puಠessere agevolata dall'uso di adeguate risorse genetiche come le linee di introgressione che sono rappresentate da linee recanti segmenti omozigoti di genoma di una specie selvatica nel background genomico della specie coltivata e che offrono uno strumento per attribuire direttamente variazioni fenotipiche a segmenti discreti di DNA (Quantitative Trait Locuso QTL). In particolare, nell'ambito della presente tesi ਠstata utilizzata la linea IL9-2-5 recante una introgressione da Solanum pennellii nel contesto genomico del pomdoro coltivato cv. M82.Osservazioni preliminari indicavano questa linea come pi๠tollerante ad un ridotto apporto idrico rispetto alla varietà  M82 da cui deriva. L'obiettivo generale del lavoro di tesi ਠstato lo studio dei meccanismi genetici di regolazione della tolleranza della pianta ad un ridotto apporto idrico e della qualità  del frutto di pomodoro in risposta ad un ridotto apporto idrico. In particolare, gli obiettivi specifici del presente lavoro di tesi sono stati: 1) l'identificazione e la caratterizzazione di un locus quantitativo (QTL) che modula la risposta della pianta alla riduzione della disponibilità  di acqua in termini di quantità  e qualità  della produzione; 2. L'identificazione di caratteri morfologici associati alla tolleranza a ridotti apporti idrici; 3. l'identificazione di geni candidati coinvolti nel controllo della qualità  del frutto in risposta a stati di deficienza idrica. Prove comparative in sistemi semi-controllati e a due livelli di restituzione dell'acqua perduta rispetto alla capacità  di campo replicati in due annate differenti hanno consentito di confermare la maggiore tolleranza della IL9-2-5 rispetto alla varietà  M82. In particolare, i due trattamenti idrici utilizzati nella prova sono consistiti rispettivamente nella restituzione del 100 e del 50% dell'acqua perduta per evapotraspirazione. Nella IL9-2-5 ਠstata osservata una minore riduzione in peso della produzione in condizioni di allevamento con ridotta restituzione di acqua (50%) rispetto ad M82. Inoltre, tra i parametri di qualità  della produzione, la IL9-2-5 ha mostrato un maggiore contenuto nel frutto maturo in acido ascorbico (Vitamina C) in condizione di ridotta disponibilità  idrica. In base a precedenti osservazioni era stato ipotizzato che la maggiore tolleranza della IL9-2-5 potesse essere attribuita ad una differente architettura dell'apparato radicale. Per verificare tale ipotesi sono state anche condotte degli esperimenti volti ad una caratterizzazione morfologica dell'apparato radicale. In particolare, prove effettuate allevando le piante in differenti condizioni hanno evidenziato un maggiore sviluppo lineare dell'apparato radicale della IL9-2-5. Infine, l'analisi trascrittomica dei frutti raccolti allo stadio rosso maturo sulle piante della IL9-2-5 ed M82 allevate ai due livelli di restituzione di acqua ha consentito di identificare geni candidati nel controllo dell'espressione di caratteri legati alla qualità  del frutto in risposta ad un ridotto apporto idrico. In particolare, geni coinvolti nel trasporto dei fotoassimilati, del metabolismo delle pectine e dell'acido abscissico, della sintesi e riciclo dell'acido ascorbico hanno evidenziato pattern di regolazione differenti nei due genotipi associati a variazioni della qualità  del frutto in risposta ad un ridotto apporto idrico. In conclusione, il lavoro di questa tesi ha consentito di identificare un QTL che modula la tolleranza ad una ridotta disponibilità  di acqua ed influenza la qualità  del frutto. Tale tolleranza ਠstata anche messa in relazione con un differente sviluppo dell'apparato radicale, mentre geni candidati per il controllo della qualità  del frutto di pomodoro in risposta alla carenza di acqua nel terreno sono anche stati identificati. Le ricerche condotte hanno prodotto nuove conoscenze soprattutto in termini di QTL che controllano la tolleranza del pomodoro a ridotti apporti di acqua e geni che controllano la qualità  del frutto. Tali risultati aprono, tra l'altro, ad interessanti prospettive di impatto sulla ricerca applicata per lo sviluppo di nuovi genotipi adatti a sistemi di coltivazione sostenibili e produzioni di qualità .