Rendimiento y calidad de fruto en tomates nativos mexicanos (Solanum lycopersicum L.) y análsis de expresión génica en la síntesis de carotenoides.

Abstract

El tomate (Solanum lycopersicum L.) es una de las hortalizas de mayor producción y consumo a nivel mundial. Por ser centro de origen, diversidad, y domesticación de esta hortaliza, México cuenta con una amplia colección de variedades nativas que aún se siembran principalmente para autoconsumo y venta en mercados locales. Con el fin de aprovechar esta diversidad es necesario caracterizar estos materiales desde los puntos de vista agronómico, bioquímico y molecular. En este estudio se evaluó el potencial de una muestra de siete variedades nativas contrastantes y de un híbrido experimental entre dos poblaciones nativas, en comparación con dos híbridos comerciales. Estas variedades provienen de cuatro estados del país, Puebla (P-445, P-256 y P-257), Estado México (M-430 y M-12), Campeche (C-256) y Oaxaca (O-427); el híbrido experimental que se evaluó en este trabajo fue desarrollado en el Colegio de Postgraduados. Las evaluaciones se hicieron en términos de rendimiento de fruto, calidad postcosecha, contenido de compuestos funcionales y niveles de expresión génica en la biosíntesis de carotenoides. La investigación se condujo en tres etapas. En la primera etapa los materiales se caracterizaron en términos de rendimiento por planta y sus componentes, mediante un experimento completamente al azar con 15 repeticiones. En la segunda etapa se evaluó la calidad postcosecha de frutos cosechados en estado rojo maduro, mediante variables como índice de madurez, contenidos de glucosa y fructosa, pH, firmeza, propiedades físicas de la pulpa, y tamaño de frutos. En esta etapa también se midió la tasa de respiración y la pérdida de peso desde el estado verde maduro (madurez fisiológica) hasta el estado de rojo (madurez comercial). En la tercera etapa se evaluó la capacidad antioxidante, el contenido de carotenoides (licopeno y β-caroteno), el contenido de α-tocoferol, y los niveles de expresión génica de los genes E8 (marcador de estado de madurez), PDS, LYC-ε, LYC-β1, CYC-β, involucrados en la biosíntesis de carotenoides. En rendimiento sobresalió la variedad nativa procedente de Puebla, P-256 porque superó a los híbridos testigos (P ≤ 0.5), y también las variedades P-445 y P-257 porque igualaron el rendimiento de los testigos. En índice de madurez, las variedades nativas obtuvieron valores mayores a 12.5, valor que superó ampliamente a los de los híbridos comerciales. En contenido de azúcares sobresalió la variedad tipo “Cherry” M-12 (procedente del Edo. de México) porque registró las concentraciones más altas de glucosa y fructosa, así como de dulzor. En cambio, en firmeza solamente las variedades P-256 y el híbrido experimental O-427×P-445 pudieron igualar a los híbridos comerciales; las demás variedades nativas resultaron inferiores. En la actividad metabólica de los frutos cosechados, las variedades nativas mostraron mayor tasa de respiración que los híbridos comerciales al inicio de la maduración, pero al final de la madurez todas fueron similares a los testigos. En el contenido de licopeno las variedades P-445, M-430, P-257 y O-427×P-445 fueron tan altas como los híbridos comerciales. Pero en contenidos de β-caroteno y α-tocoferol la variedad P-257 fue superior a los testigos. Destaca que todas las variedades nativas superaron a los híbridos comerciales en capacidad antioxidante. En los niveles de expresión génica se encontraron variedades nativas con mayores niveles de expresión que los testigos, como las variedades C-267, M-430 y P-257. Es decir, hay variedades nativas iguales y hasta superiores a los híbridos testigo en características de cantidad y calidad de fruto, excepto en firmeza, por lo que, por sí mismas tales variedades nativas son materiales de interés agronómico e industrial, cuyo valor aún puede ser aumentado mediante mejoramiento genético. _______________ YIELD AND FRUIT QUALITY IN MEXICAN NATIVE TOMATOES (Solanum lycopersicum L.) AND ANALYSIS OF GENE EXPRESSION ON CAROTENOID SYNTHESIS. ABSTRACT: Tomato (Solanum lycopersicum L.) is one of the most produced and consumed vegetables worldwide. Mexico, as a center of origin, diversity, and domestication of this vegetable, has a wide variety of native varieties which are still planted mainly for self-consumption or for sale in local markets. To take advantage of this diversity it is necessary to characterize these materials according to agronomic, biochemical, and molecular traits. In this study the potential of seven native varieties and an experimental hybrid formed between two native populations were evaluated in terms of fruit yield, postharvest quality, content of functional compounds and levels of gene expression in carotenoid biosynthesis, compared to one or two commercial tomato hybrids. This research was conducted across three stages. In the first stage the genetic materials were evaluated for their agronomic behavior under a completely randomized experimental design with 15 repetitions, by measuring fruit yield per plant and the yield components. In the second stage, the same material was studied regarding their postharvest fruit quality in fruits at the ripe red state, with traits such as the maturity index, glucose and fructose concentration, pH, firmness, physical properties of the pulp, and fruit size were measured; the rate of respiration and weight loss were measured from the mature green state (physiological maturity) to the red state (commercial maturity). In the third stage, antioxidant capacity, carotenoid content (lycopene and β-carotene), the α-tocopherol content, and gene expression levels of the E8, PDS, LYC-ε, LYC-β1, CYC-β genes were evaluated. Regarding fruit yield, the local variety P-256 produced a higher yield than the commercial hybrids (P ≤ 0.05), and the native varieties P-445 and P-257 yielded equal as these controls. In the maturity index the native varieties obtained higher values of 12.5, which were higher than the commercial controls. In sugar content, the native variety M12 shows a higher concentration of glucose and fructose than the other varieties including controls. However, in fruit firmness only the native varieties P-256 and the experimental hybrid O-427×P-445 were equal to the commercial hybrids. Besides, the native varieties showed higher respiration rate than the commercial hybrids at the beginning of the fruit maturation process. In lycopene content the local varieties P-445, M-430 and P-257 and the experimental hybrid O-427×P-445 were equal to commercial hybrids, whereas the native tomato P-257 variety overrated the controls in β-carotene and α-tocopherol. Even more, all native varieties were superior to the commercial hybrids in antioxidant capacity. In the levels of gene expression, native varieties such as C-267, M-430 and P-257 showed higher levels of expression than the checks.