Estudio del transcriptoma de rubus spp. Var loch ness y expresión génica de la ruta de flavonoides durante la maduración de frutos. Mejora biotecnológica de la producción y la calidad mediante bioefectores

• Autores: Daniel García Seco de Herrera
• Directores de la Tesis: Beatriz Ramos Solano (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad CEU San Pablo ( España ) en 2015
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Javier Gutiérrez Mañero (presid.), M. Jose Pozo Jiménez (secret.), Juan Imperial Ródenas (voc.)
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  • Tesis en acceso abierto en: TESEO
• Resumen

  • En la presente memoria se ha realizado un estudio sobre los frutos de mora de la especie Rubus sp Var. Loch Ness y de la mejora de su calidad mediante bacterias beneficiosas, abarcando desde la investigación básica hasta la aplicación de los conocimientos obtenidos para desarrollar varios productos biotecnológicos de inmediata aplicación en el mercado, para mejorar la producción intensiva de mora de forma sostenible medioambientalmente, con el fin de obtener frutos de alto valor añadido por su efecto sobre la salud.

    La hipótesis de trabajo sobre la que se asienta el presente estudio es la capacidad de ciertas bacterias, y/o de sus productos metabólicos, para inducir el metabolismo secundario de las plantas. Por lo tanto, el empleo de dichas bacterias para estimular la producción de metabolitos secundarios parece una buena alternativa para incrementar tanto la producción primaria de forma sostenible como para mejorar sus cualidades funcionales. Así, se plantearon tres objetivos concretos. En primer lugar se ha caracterizado el fruto de Rubus sp Var. Loch Ness desde el punto de vista nutricional y de compuestos bioactivos (fitonutrientes). Dado que estos bioactivos son metabolitos secundarios, y éste es un metabolismo de adaptación, se realizó la caracterización de la producción de la zarzamora a lo largo de todo su ciclo productivo en contraestación. Así mismo, se estudió la mejora de la ya alta calidad de estos frutos mediante la aplicación de Pseudomonas fluorescens N21.4, capaz de provocar una inducción del metabolismo secundario que podía extenderse al fruto, mejorando la composición de bioactivos. Esta mejora resultó ser mayor en las condiciones más adversas para la planta, consiguiendo además una estabilización de los compuestos bioactivos durante el año. Una vez demostrado el efecto de la cepa, en un segundo objetivo, se estudió la ruta metabólica de flavonoides y antocianos, bioactivos de interés mayoritarios en la mora. Para ello, y dado que el genoma de Rubus no está secuenciado, se estudió el transcriptoma mediante RNAseq, identificando los genes principales de las rutas y los factores transcripcionales más importantes, y relacionándolo con el contenido en bioactivos a nivel metabólico. A continuación se realizó un estudio de los cambios de expresión génica en la biosíntesis de flavonoides y antocianos durante la maduración y de los cambios inducidos mediante elicitación con Pseudomonas fluorescens N21.4, mediante RT-qPCRs, lo que ha permitido identificar los mecanismos de expresión genética diferencial y los genes moduladores de la ruta. El tercer y último objetivo fue estudiar la elicitación post-cosecha de frutos de zarzamora con diferentes elicitores bióticos y abióticos tanto para mejorar las propiedades nutricionales como para incrementar la vida útil media del producto y por tanto, su valor comercial.

    Como resultados más relevantes hemos demostrado la capacidad de la cepa N21.4 para mejorar de forma repetitiva el rendimiento de producción y el contenido en bioactivos de los frutos, consiguiendo niveles más altos de flavonoles especialmente, que además, permanecen dentro de un rango de concentración estrecho durante todo el año. La estimulación de los genes de la ruta de flavonoles y antocianos está coordinada, conduciendo a una mayor concentración de kaempferol glucósido y (-)-epicatequina en las moras maduras que presumiblemente redundará en mayor beneficio para la salud.

    La presentación del trabajo experimental de esta Memoria se presenta en el apartado titulado ¿Trabajo experimental¿ organizado en cuatro apartados. En el primero se caracteriza el material de trabajo. En el segundo se evalúa el efecto de la bacteria en la planta y se compone de dos artículos ya publicados. Los apartados 1 y 2, corresponden al desarrollo del objetivo 1. En el tercer apartado se presenta el estudio de elicitación postcosecha (objetivo 3), y se presenta como articulo enviado a publicar. Por último, en el apartado 4 se realiza el estudio de expresión génica y su relación con la composición metabólica de frutos de zarzamora y como se altera por efectos de la inoculación (objetivo 2); este apartado se presenta como dos artículos científicos enviados a publicar y corresponde con el trabajo realizado en Reino Unido para optar al Doctorado Internacional. En estos apartados, se mantiene el formato de la revista donde se ha publicado o enviado a publicar; los artículos publicados se incluyen en el Anexo I, así como la Patente presentada pendiente de resolución titulada ¿Extracto de Rubus sp variedad Loch Ness, como reductor de peso de tejido adiposo y estimulador de la sensibilidad insulínica con efecto hipoglucemiante¿. Para dar una visión de conjunto, se presenta un apartado de Discusión General, que permite relacionar todos los capítulos y definir las conclusiones del trabajo. En la bibliografía general se recogen todas las referencias utilizadas en esta Memoria.

    Esta tesis se ha desarrollado gracias al apoyo económico del Ministerio de Ciencia e Innovación (AGL 2009-08324 y la beca FPI BES-2010-038057) y la comunidad de Madrid (CM S2009/AMB-1511). Además, las estancias han sido financiadas mediante becas del Ministerio de Ciencia e Innovación, la Universidad San Pablo CEU y el Banco Santander. Además el centro de investigación John Innes Center (Norwich, Reino Unido) proporcionó todas las instalaciones, el equipamiento y los materiales de laboratorio necesarios durante la estancia en su centro. Agrícola El Bosque cedió los campos de cultivo para los experimentos de campo.