Genomica strutturale e funzionale applicata ad una varieta' di melanzana priva di antociani (Green Beauty) per l'analisi della regolazione del colore nella buccia.

Nelle melanzane (Solanum melongena L.) a frutto viola, gli antociani sono sintetizzati a livello della buccia del frutto. In un precedente studio (Gisbert et al., 2016, Hortscience 51: 793–798), è stata identificata e selezionata una melanzana a frutto verde generatasi in seguito a mutazioni spontanee insorte in una varietà a frutto viola ('Black Beauty', BB). Questo mutante, poi chiamato 'Green Beauty' (GB), è stato caratterizzato dal punto di vista trascrizionale e la mancanza di pigmentazione violacea a livello della buccia è stato associato alla sotto-espressione di geni strutturali che portano alla sintesi degli antociani e a geni regolatori di MybC e/o Myc. Con l'obiettivo di far luce sui meccanismi molecolari responsabili del fenotipo “frutto verde”, è stata condotta un’analisi RNAseq della buccia di entrambe le varietà (BB e GB) e, in parallelo, è stato condotto il risequenziamento genomico (30X) di entrambi i genotipi. I dati RNAseq hanno evidenziato un insieme di 7.458 geni espressi in modo differenziale (DEG, ± 1 fold) nella buccia di GB rispetto a quella di BB, di cui il 68,76% risultava up-regolato, mentre il 31,24% down-regolato. I dati di ri-sequenziamento genomico hanno permesso di identificare in ‘Green Beauty’ un totale di 842 SNP/indel ad impatto moderato (mutazioni senso), di cui 59 in DEG, e 97 SNP/indel deleterie (mutazioni non senso), di cui 4 in DEGs. L'analisi delle variazioni strutturali (SV) eseguita con il software Pindel (https://github.com/genome/pindel) ha permesso di identificare 20.528 SV, di cui 2.249 in DEG, mentre l'analisi con il software Delly (https://github.com/dellytools/delly) ha permesso di evidenziare 268 SV, di cui 77 in DEG. Per identificare il gene responsabile del fenotipo a frutto verde, sono state considerate esclusivamente le mutazioni (SNPs/SVs) deleterie in omozigosi e in geni che mostravano una espressione differenziale tra BB e GB. Con tale criterio il numero delle mutazioni candidate è stato ridotto ad un totale di 5 SNPs e 1 SV. La variazione strutturale di 591 bp, presente in ‘Green Beauty’, è stata localizzata a valle del gene che codifica per SUVH5 (un’istone-lisina N-metiltransferasi, specifica per H3 lisina-9). Il gene SUVH5 contribuisce al mantenimento della metilazione dell'istone H3 a livello della lisina in posizione 9 (H3K9me1/me2) e alla metilazione mediata da CMT3 del DNA genomico di siti non CG. Questo gene è stato considerato come candidato potenziale per il ruolo chiave svolto dalla metilazione istonica (H3) in posizione K9 nella regolazione degli antociani, come precedentemente dimostrato in pioppo (Fan et al. 2018, Plant J., 96:1121-1136). In GB la delezione del gene, nella sua porzione terminale, causa la perdita del codone di stop e l'ablazione di una delle quattro cisteine chiave a livello C-terminale della proteina, come evidenziato dall'analisi di modellizzazione proteica 3D. La sostituzione della cisteina mancante con un residuo di serina può abolire l’attività metiltransferasica di SUVH5, con conseguente perdita di metilazioni in H3K9me2 e di metilazioni del DNA in altri geni regolatori bersaglio specifici (es.: MYB-like). I risultati attuali suggeriscono che SUVH5 potrebbe contribuire alla regolazione del colore della buccia in melanzana attraverso un meccanismo epigenetico. Future analisi saranno indirizzate alla generazione di piante di 'Black Beauty' knock-out per il gene SUVH5 (via CRISPR-Cas9) per confermare il suo ruolo nella regolazione antocianica.