Metabolism and Signaling in Plants

Summary

Availability of plant genome sequences and the development of high-throughput technologies for global analyses have allowed addressing our studies to the plant metabolic and signalling systems. Tomato (Solanum lycopersicum L.) is an important crop worldwide, especially as a food for humans. Our lab is involved in the search of associations between the metabolic composition and the nutritional and organoleptic properties related with the flavour of tomato varieties from Argentine Andes. We are interested in identifying the tomato varieties that better adapt to extreme environmental conditions to characterize at molecular level the postharvest chilling injury and contribute to design new technologies to avoid it. We are also interested in the signalling molecules involved in gene expression under adverse environmental conditions and activation of adaptation responses using Arabidopsis thaliana as model plant.

Research Lines

Análisis funcional del metabolismo vegetal desde una perspectiva de biología de sistemas

El objetivo principal de esta línea de investigación es comprender los mecanismos de regulación del metabolismo de compuestos que confieren calidad a especies de interés hortícola a partir de la utilización de la planta de tomate (Solanum lycopersicum) como modelo. Los tomates que se consumen en Argentina son de baja calidad organoléptica y nutricional, ya que han sido seleccionados por otros atributos como el tamaño, la forma y el buen comportamiento postcosecha para su mejor comercialización. Sin embargo, los consumidores demandan cada vez más frutos de tomate que tengan mayor y mejor sabor y con alto contenido de compuestos vitamínicos y antioxidantes. Recientemente, en la región de Cuyo y en los valles andinos del noroeste de la Argentina se han colectado semillas de variedades criollas conservadas por los pobladores para su propia alimentación. Estas nuevas variedades han sido estudiadas en su fenotipo y características morfo-agronómicas. Sus frutos también fueron sometidos a análisis químicos y organolépticos en paneles de degustación. Dentro de estas 68 nuevas accesiones, hemos podido identificar variedades con excelente sabor y aroma. Uno de nuestros objetivos es el de fomentar el consumo de estas variedades de tomate, con cualidades organolépticas exclusivas e importantes propiedades alimenticias y nutricionales generando al mismo tiempo la oportunidad comercial para el desarrollo de un mercado "gourmet" para los frutos de tomate fresco. Uno de los objetivos de esta línea es establecer las condiciones de crecimiento controlado que aseguren la expresión y el mantenimiento de la alta calidad de los frutos, así como la producción durante todo el año de variedades de tomate criollos. Los conocimientos generados son aplicables a la valorización y mejoramiento de otros tipos de productos vegetales.

Daño por frío postcosecha en frutos: factores que lo determinan y diseño de tecnologías para minimizarlo

Una de las principales limitantes que presentan las cadenas de comercialización de frutas y hortalizas, es en la etapa de poscosecha, donde se producen pérdidas de hasta el 20-25%. Las tecnologías disponibles para evitarlas se basan fundamentalmente en el uso de productos químicos y en la refrigeración. Esta última se encuentra asociada al desarrollo de daño por frío, un desorden fisiológico que limita su uso y cuyo mecanismo de generación es tema de discusión. En este estudio se plantea obtener conocimientos acerca de los mecanismos generadores del daño por frío y contribuir a desarrollar nuevas tecnologías para el manejo de esta enfermedad fisiológica que condiciona el almacenamiento y el transporte de frutas. Para este estudio se seleccionó tomate, de gran interés en la región. La problemática se aborda evaluando las diferencias entre cultivares con diferente susceptibilidad al daño por frío desde el punto de vista del sistema antioxidante, de la generación de “heat shock proteins” (HSPs),de transcriptoma, del metaboloma y del proteoma. Se pretende entender a nivel molecular los cambios sufridos por los frutos en cada etapa de conservación e identificar variedades tolerantes a la conservación en frío.

Caracterización de genes de función desconocida inducidos por especies reactivas de oxígeno en plantas vasculares

Los cambios ambientales causan variaciones drásticas en el crecimiento, fisiología y metabolismo de las plantas. Las respuestas moleculares de las plantas a estrés abiótico son procesos complejos los cuales a pesar de intensos estudios todavía no han sido totalmente dilucidados. Por ello, entender los mecanismos por los cuales una planta transmite las señales para activar respuestas adaptativas es de fundamental importancia. Las vías de transducción de señales son el nexo entre los mecanismos de detección y las respuestas las cuales tienen que ser controladas y coordinadas para lograr la necesaria adaptación al cambio ambiental. Una vía general de señales de transducción frente a estreses abióticos implica la generación de segundos mensajeros que incluyen calcio,especies reactivas de oxigeno (EROs) y derivados de inositol fosfatos. Las EROs juegan un rol dual en la biología de plantas actuando como moléculas importantes en las cascadas de transducción de señales pero también como productos tóxicos del metabolismo aerobio que pueden acumularse en diferentes condiciones de estrés. Se estima que entre el 20 y el 40% de los genes presentes en los organismos eucariotas secuenciados son proteínas sin función asignada. Por lo tanto, el proyecto propone estudiar el rol en la tolerancia a estreses de un grupo de genes seleccionados para los cuales sus funciones aún no están establecidas. La selección se basa en resultados obtenidos previamente utilizando las técnicas de análisis global de perfiles transcripcionales y "activation tagging" en hojas incubadas con un agente propagador de ión superóxido en luz.

Selected Publications

  • Ré MD, Gonzalez C, Escobar MR, Sossi ML, Valle EM, Boggio SB (2016) Small Heat Shock Proteins and the postharvest chilling tolerance of tomato fruit. PhysiologiaPlantarum, en prensa.
  • Di Paola Naranjo RD, Otaiza S, Saragusti A, Baroni V, Carranza AV, Peralta IE, Valle EM, Carrari F, Asis R (2016) Hydrophilic antioxidants from Andean Tomato Landraces assessed by their bioactivities in vitro and in vivo. Food Chemistry 206, 146-155
  • Gonzalez C, Ré MD, Sossi ML, Valle EM, Boggio SB (2015) Tomato cv. ‘Micro-Tom’ as a model system to study postharvest chilling tolerance. ScientiaHorticulturae, 184:63–69
  • Ferraro G, D'Angelo M, Sulpice R, Stitt M, Valle EM (2015) Reduced levels of NADH-dependent glutamate dehydrogenase decrease the glutamate content of ripe tomato fruit but have no effect on green fruit or leaves. J Exp Bot.66(11):3381-9.
  • Lopez M, Zanor MI, Pratta GR, Stegmayer G, Boggio SB, Conte N, Bermudez L, ColuccioLeskow C, Rodriguez GR, Picardi LA, Zorzoli R, Fernie AR, Milone D, Asis R, Valle EM, Carrari F (2015) Metabolic analyses of interspecific tomato recombinant inbred lines for fruit quality improvement. Metabolics DOI10.1007/s11306-015-0798-3
  • Scarpeci TE, Zanor MI, Mueller-Roeber B, Valle EM (2013) Overexpression of AtWRKY30 enhances abiotic stress tolerance during early growth stages in Arabidopsis thaliana. Plant Molecular Biology, 83:265–277
  • Sorrequieta A, Abriata LA, Boggio SB, Valle EM (2013) Off-the-Vine ripening of tomato fruit causes alteration in the primary metabolite composition. Metabolites, 3:967-978 (doi: 10.3390/metabo3040967).
  • Ré MD, González C, Sdrigotti MA, Sorrequieta A, Valle EM, Boggio SB (2012) Ripening tomato fruit after chilling storage alters protein turnover” Journal of the Science of Food and Agriculture, 92: 1490-1496
  • Ferraro G, Bortolotti S, Mortera P, Schlereth A, Stitt M, Carrari F, Kamenetzky L, Valle EM (2012) Novel glutamate dehydrogenase genes show increased transcript and protein abundances in mature tomato fruits. Journal of Plant Physiology, 169:899-907
  • Sorrequieta, A., Ferraro, G., Boggio, S.B., Valle, E.M. (2010) Free amino acid production during tomato fruit ripening: a focus on L-glutamate. Amino Acids 38, 1523–1532.