Determinación del contenido de K+ durante la maduración del fruto de fresa mediante técnicas electrofisiológicas y espectrometría atómica = Determination of K+ content during strawberry fruit ripening by electrophysiological techniques and atomic spectrometry

Abstract

Trabajo Fin de Máster en Biotecnología Avanzada. Tutores: Dr. D. José Ángel Mercado Carmona; Dra. Dª. Lourdes Rubio Valverde. El ion potasio (K+) es el macronutriente más abundante en la célula vegetal y es fundamental para numerosas funciones de la planta, incluyendo el rendimiento y la calidad del fruto. Por ello, el estudio de su dinámica celular durante el desarrollo tiene una gran importancia, ya que puede ser un factor esencial que determine la vida poscosecha del fruto. El objetivo de este proyecto es determinar y comparar el contenido de potasio en distintos estadios de maduración del fruto de fresa. Para ello, se utilizaron frutos del cv. ‘Chandler’ control sin transformar y dos líneas de fresas (PG29 y 18A37) que contienen un gen de poligalacturonasa (FaPG1) en antisentido (PG29) o editado (18A37). Los frutos de estas líneas transgénicas muestran una vida postcosecha más prolongada que los frutos control. Para la cuantificación del K+ se utilizaron dos procedimientos distintos, a través de técnicas electrofisiológicas y espectrometría atómica (EAT). En el primer caso, se ha optimizado la medida del potencial de membrana de células del fruto de fresa con técnicas electrofisiológicas, se han estimado las concentraciones de potasio citosólico a partir del potencial de difusión, y se ha analizado la concentración de iones por EAT. Los resultados obtenidos muestran que el K+ citosólico disminuye conforme avanza la maduración del fruto en fresas control. Sin embargo, los frutos transgénicos en estadio verde contienen menos K+ citosólico que los frutos control. La concentración de potasio total en el tejido del receptáculo fue similar en fresas control y en transgénicas PG29, y en estos dos genotipos a lo largo de la maduración. Por el contrario, los niveles de Mn, Zn, Ca, Mg, Na, así como el carbono y el nitrógeno total presentan disminuciones significativas en el transcurso de este proceso. Los resultados obtenidos sugieren que hay una posible relación entre firmeza de fruto y contenido interno de K+, y éste a su vez, se ve modificado al inhibir el gen FaPG1. Como posibles perspectivas de investigación futuras, entre otras, sería de gran interés estudiar el papel que tiene la poligalacturonasa en la acumulación del potasio en fases tempranas de la maduración; el mecanismo por el cual el potasio podría viajar durante la maduración a otras partes del tejido del receptáculo, como la vacuola; y la causa de que a medida que progresa este proceso, la mayoría de los iones sufran una disminución.

The potassium ion (K+) is the most abundant macronutrient in the plant cell and is essential for numerous plant functions, including yield and fruit quality. Therefore, the study of its cellular dynamics during development is of great importance, since it can be an essential factor that determines the postharvest life of the fruit. The objective of this project is to determine and compare the potassium content at different stages of ripening of the fruit of cv. ‘Chandler’ untransformed control strawberries and two strawberry lines (PG29 and 18A37) containing an antisense (PG29) or edited (18A37) polygalacturonase (FaPG1) gene. he fruits of these transgenic lines show a longer postharvest life than the control fruits. For the quantification of K+, two different procedures were used, through electrophysiological techniques and atomic spectrometry (EAT). In the first case, the measurement of the membrane potential of strawberry fruit cells has been optimized with electrophysiological techniques, cytosolic potassium concentrations have been estimated from the diffusion potential, and the ion concentration has been analyzed by EAT. The results obtained show that cytosolic K+ decreases as fruit ripening progresses in control strawberries. However, green-stage transgenic fruits contain less cytosolic K+ than control fruits. Total potassium concentration in receptacle tissue was similar in control and transgenic PG29 strawberries, and in these two genotypes throughout ripening. On the contrary, the levels of Mn, Zn, Ca, Mg, Na, as well as carbon and total nitrogen show significant decreases during this process. The results obtained suggest that there is a possible relationship between fruit firmness and internal K+ content, and this, in turn, is modified by inhibiting the FaPG1 gene. As possible future research perspectives, among others, it would be of great interest to study the role of polygalacturonase in the accumulation of potassium in early phases of maturation; the mechanism by which potassium might travel during maturation to other parts of the receptacle tissue, such as the vacuole; and the cause that as this process progresses, most of the ions suffer a decrease.