L'eterosi per l'accumulo di capsacinoidi negli ibridi di peperoncino dipende dal genitore

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14450 (2022) Citare questo articolo

1092 accessi

4 citazioni

2 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

L’eterosi per i tratti agronomici è un fenomeno diffuso che è alla base della selezione delle colture ibride. Tuttavia, l’eterosi a livello dei metaboliti cellulari non è stata ancora completamente esplorata. Alcuni metaboliti sono molto ricercati, come i capsaicinoidi presenti nei peperoni del genere Capsicum, che conferiscono il caratteristico sapore pungente (“caldo”) dei frutti. Abbiamo analizzato il profilo metabolico della placenta e del pericarpo del frutto di ibridi inter- e intra-specifici di due specie di peperoni Capsicum, C. chinense (cv. Habanero e cv. Biquinho) e C. annuum var. annuum (cv. Jalapeño e cv. Cascadura Ikeda) in croci dialleliche complete con reciproci. I genitori e gli ibridi sono stati coltivati ​​in una serra e il profilo dei metaboliti primari (zuccheri, aminoacidi e acidi organici) e dei capsaicinoidi è stato generato tramite gascromatografia con spettrometria di massa a tempo di volo (GC-TOF-MS) e liquido ultra-performante cromatografia accoppiata rispettivamente ad uno spettrometro di massa (UPLC-MS). Abbiamo riscontrato notevoli effetti eterotici specifici per l'accumulo di capsaicinoidi nella placenta del frutto degli ibridi, compresi quelli derivati ​​da genitori non pungenti. Inoltre, gran parte del metabolismo primario del frutto è stato influenzato dalla specifica combinazione incrociata, con marcati effetti di genitore d'origine, vale a dire se un genotipo specifico è stato utilizzato come genitore pistillato o polline. Le differenze nei livelli di metaboliti tra gli ibridi e i loro genitori forniscono un'istantanea dell'eterosi per i metaboliti primari e secondari e possono contribuire a spiegare la manifestazione di fenotipi eterotici dell'intera pianta.

Capsicum è un genere della famiglia delle solanacee (Solanaceae) che comprende più di 35 specie1. Cinque specie (C. annuum var. annuum, C. chinense, C. baccatum, C. frutescens e C. pubescens) furono addomesticate in modo indipendente nell'America centrale e meridionale e sono oggi coltivate nei climi subtropicali e temperati di tutto il mondo2. I frutti del peperone ("baccelli") mostrano una grande diversità di forma, colore e gusto, per cui esistono diversi tipi di mercato, allevati specificatamente per il consumo fresco (peperoni dolci), la lavorazione fresca (ad esempio salsa, pasta), spezie essiccate3, estrazione di oleoresina4 o scopi ornamentali5. Le preferenze dei consumatori per le diverse proprietà organolettiche hanno anche prodotto un'ampia variazione di livelli pungenti ("calore"), che vanno da frutti proibitivamente piccanti a forme delicate o totalmente dolci6. Il piccante è conferito dai capsaicinoidi, una classe di vanillilammidi, che si accumulano in quantità variabili durante la maturazione nella placenta del frutto delle varietà piccanti7. I capsaicinoidi, i capsinoidi8 e altri metaboliti secondari del pepe hanno una varietà di usi nell'industria agroalimentare, cosmetica e farmaceutica come sostituti degli additivi sintetici9.

I peperoni sono specie naturalmente allogame (cioè incrociate)10, tuttavia, le varietà di peperoni commerciali vengono gestite e allevate come completamente autogame11. L'ibridazione tra varietà o specie di peperone veniva generalmente utilizzata per la ricerca fondamentale per identificare i geni di interesse, ma più recentemente è diventata comune come strumento di selezione di per sé12. L'allevamento tramite ibridazione consente la combinazione di tratti ereditari dominanti, tra cui la resistenza alle malattie e i tratti agronomici13. Un altro vantaggio degli ibridi è che possono mostrare un notevole vigore ibrido, o eterosi14. L’eterosi è un fenomeno complesso, fondamentale nel migliorare la resa di molte colture annuali, come il mais (Zea mays), la barbabietola da zucchero (Beta vulgaris), la colza (Brassica napus var. napus), la segale (Secale cereale), il riso (Oryza spp) e cotone (Gossypium spp), ma i cui meccanismi molecolari sottostanti non possono essere spiegati15.

Sebbene generalmente meno studiata, l'analisi della variazione metabolica può anche evidenziare importanti differenze coinvolte nella manifestazione di fenotipi eterotici16. I modelli metabolici dell'eterosi prevedono che negli ibridi venga raggiunta una concentrazione ottimale di enzimi e metaboliti, a differenza di quanto può accadere nelle linee consanguinee17. In ogni caso, lo studio della variazione dei metaboliti negli ibridi può essere interessante non solo per fornire informazioni meccanicistiche sull'eterosi, ma anche per informare la selezione per un contenuto più elevato di metaboliti di interesse. I capsaicinoidi sono composti secondari di grande valore ma notoriamente inaffidabili nella loro concentrazione, che è fortemente influenzata dall'ambiente18. Sono state proposte nuove piattaforme eterologhe per la produzione di capsaicinoidi7,19, ma il raggiungimento di un livello elevato e costante di piccante nei baccelli di peperoncino rappresenta una strada più immediata e conveniente per i coltivatori.