Il miglioramento genetico per l'aumento del valore nutraceutico del pomodoro.

Phytonutrients are molecules originating from plant secondary metabolism. Through this metabolism the tomato plant is able to produce important molecules in the berry such as carotenoids, polyphenols including flavonols , and phenolic acids. The tomato also contains a small amount of delphinidin, petunidin and malvidin glicosidate, anthocyanins that accumulate in significant concentrations primarily in fruits such as blue-berries and grapes, or vegetables such as eggplant or red cabbage conferring the characteristic colors . Due to their their beneficial effects on human health, anthocyanins have been often the subject of study in order to increase their content in plant through new techniques of cultivation and breeding. In the first reported case study, I analyzed the production of tomatoes enriched in the content of anthocyanins, ' purple tomato ', through the use of genetic engineering. Researchers, from John Innes Centre, isolated two key genes involved in the biosynthesis of anthocyanins from Antirrhinum majus (flower with bright colors tending to violet, known by the name ¿Bocca di Leone¿): delia (Del), and Rosea1 ( Ros1 ). These genes were thus transformed into tomato, leading to the production of a tomato with a purple berry thanks to activity of these transcription factors placed under the control of a fruit specific promoter. In order to demonstrate its potential benefit to human health, the "purple tomato" were included in the diets of laboratory mice, and the analyses showed that anthocyanins were able to inhibit the growth of cancer cells by increasing life expectancy of the animal. In the second case study I analyzed another example of tomatoes enriched in anthocyanins,' SUN Black', obtained through traditional breeding techniques in Italian laboratories. The research started from the analysis of wild varieties of tomato, having the capacity to produce high amounts of anthocyanins in the leaves and fruits. From a first wild variety the gene Anthocyanin fruit (Aft) encoding a MYB transcription factor, able to confer coloration in the epidermis as a result of light stimulation, was identified. Another wild variety produces anthocyanins at the level of the leaves and stem but not at the level of the fruit: this pigmentation is present when the allele (atv) is present in a homozygous recessive condition. Researchers have therefore introduced the traits responsible for the production of anthocyanins in wild varieties within the commercial variety Solanum Lycopersicum . By crossing commercial varieties with Aft and atv alleles they obtained plant with a genotipc combination, AftAft-atvatv , called SUN Black. In SUN Black lines deposition of anthocyanins is present only at the level of the epicarp of the fruit differently from what observed in tomatoes from JIC. In addition, the SUN Black presents improved features compared to commercial varieties: for example it is characterized by an extended shelf life, which is very important fruit and vegetable products, and a better resistance to the fungus Botrytis cinerea . In order to evaluate the bio-medical potential played by anthocyanins present in SUN Black, tests were performed in vitro in order to assess the anti- proliferative activity against human cancer cell. The results obtained showed that the cell proliferation is decreased in a superior manner in the lines to which was administered the extract obtained from the berry of SUN Black.

I fitonutrienti sono molecole che si originano dal metabolismo secondario delle piante. Tramite questo metabolismo la pianta di pomodoro è in grado di produrre molecole che si ritrovano nella bacca quali carotenoidi e polifenoli, tra cui i flavonoli e acidi fenolici. Il pomodoro, inoltre, presenta piccolissime quantità di delfinidina, petunidina e malvidina glicosidate, antociani che si accumulano in concentrazioni significative in frutti come mirtilli e uva, o in verdure come melanzana o cavolo rosso. In considerazione dei loro effetti benefici sulla salute umana gli antociani sono stati spesso oggetto di studio al fine di incrementarne il contenuto in pianta attraverso nuove tecniche di coltivazione e di incrocio varietale. Nel primo caso di studio riportato, ho analizzato la produzione di pomodori arricchiti in antociani mediante l'utilizzo dell'ingegneria genetica. I ricercatori inglesi, del John Innes Centre, hanno isolato da Antirrhinum majus (fiore dai colori accesi tendenti al violaceo conosciuto con il nome 'Bocca di Leone') due geni coinvolti nella biosintesi degli antociani: delia (Del), e Rosea1 (Ros1). Tali geni sono stati inseriti in pomodoro e, grazie a questi fattori di trascrizione, è stata ottenuta una forte produzione di antociani a livello del frutto del pomodoro, in grado di conferire una colorazione violacea all'intera bacca. Al fine di dimostrare il loro potenziale benefico per la salute umana, i 'purple tomato' sono stati inseriti nelle diete di topi di laboratorio e le analisi hanno dimostrato come gli antociani siano in grado di inibire lo sviluppo delle cellule tumorali aumentando le aspettative di vita dell'animale. Nel secondo caso di studio riportato, ho esaminato la produzione di pomodori arricchiti in antociani, ottenuti grazie a tecniche di breeding tradizionale in laboratori italiani. La ricerca è partita dall'analisi di varietà selvatiche di pomodoro, dotate della capacità di produrre elevate quantità di antociani nelle foglie e nei frutti. Da una prima varietà selvatica è stato identificato il gene Anthocyanin fruit (Aft) che codifica per un fattore di trascrizione di tipo MYB, in grado di conferire colorazione nell'epidermide a seguito di stimolazione luminosa. Un'altra linea selvatica, invece, produce antociani a livello di foglie e fusto e la pigmentazione è presente quando l'allele (atv) è in condizione di omozigosi recessiva. Gli studiosi hanno quindi introdotto i tratti responsabili della produzione di antociani dalle varietà selvatiche alla varietà commerciale Solanum Lycopersicum. Incrociando poi le varietà commerciali, dotate degli alleli Aft e atv, sono state ottenute piante con combinazione genotipica AftAft-atvatv, denominate SUN Black. La deposizione degli antociani è presente solo a livello dell'epicarpo del frutto differentemente da quello osservato nei pomodori del JIC. Inoltre il SUN Black presenta caratteristiche migliorative rispetto le varietà commerciali: ad esempio ha una maggiore shelf-life, caratteristica molto apprezzata per un prodotto ortofrutticolo, e una migliore resistenza al fungo Botrytis cinerea. Al fine di valutare il potenziale bio-medico, svolto dagli antociani presenti nel SUN Black, sono stati eseguiti test in vitro per esaminare la capacità anti-proliferativa nei confronti delle cellule tumorali umane. I risultati ottenuti hanno dimostrato che lo sviluppo cellulare è diminuito nelle cellule a cui è stato somministrato l'estratto ottenuto dalla bacca SUN Black.