Analisi molecolare delle risposte di Solanum lycopersicum L. ad ambienti con pH alcalino

Soil pH represents one of the main factors influencing the health of cultivated plants since it determines the bioavailability of elements in the soil. Very high or very low pH values can lead to reduced yields. In particular, very high (alkaline) pH levels can be caused by salinization and salt wedging phenomena. The possibility of cultivating in areas with high soil pH can provide new opportunities for agriculture without taking away from green spaces. Tomato (Solanum lycopersicum L.) is one of the most consumed and cultivated horticultural crop worldwide. This crop, like most horticultural crops, is sensitive to extreme pH levels. In this study, two tomato genotypes with opposing responses to alkaline pH were analyzed: the Moresco genotype, sensitive to alkaline pH, and the Blue genotype, naturally tolerant to alkaline pH. Both genotypes were grown under different pH conditions, from optimal (pH 5.2) to more alkaline (pH 7.2, 8.2, and 9.2), with the aim of identifying genes responsible for alkaline pH tolerance. Transcriptomic data analysis identified different Differentially Expressed Genes (DEGs) (raw p-value < 0.05; |log2(Fold Change)| > 1) in the two genotypes in response to pH. The Moresco genotype had few genes involved in the response to high pH (DEGs=42), and Gene Ontology (GO) and KEGG pathway analysis highlighted that the pathways primarily involved were related to circadian rhythms. In contrast, the Blu genotype, tolerant to alkaline pH, showed many genes involved in stress response (DEGs=383), responsible for significantly enriched GO terms and KEGG pathways related to membrane transport, hormonal response, and root development. In particular, some genes involved in ethylene regulation (ERF, ERF4, and EIN3) were found to be particularly significant in the response of the Blue genotype to pH, and could be valuable candidates for selecting of tomato varieties tolerant to alkaline pH. These results and the genes identified in this study have important implications for tomato cultivation, as well as, more broadly, for the productivity and protection of other crops.

Il pH del suolo è uno dei fattori principali che condizionano la salute delle piante coltivate in quanto da esso dipende la biodisponibilità di elementi. Valori di pH molto alti o molto bassi possono causare una riduzione delle rese. In particolare, pH alcalini possono essere causati da fenomeni di salinizzazione e dal cuneo salino. La possibilità di coltivare anche in aree dove il suolo presenta pH elevato può dare nuovi spazi all’agricoltura senza toglierne alle aree verdi. Il pomodoro (Solanum lycopersicum L.) è una delle colture orticole più consumate e coltivate al mondo. Questa coltura, come la maggior parte delle orticole, è sensibile a pH estremi. In questo studio, sono stati analizzati due genotipi di pomodoro con comportamento opposto in risposta a pH alcalini: il genotipo Moresco, sensibile a pH alcalini mentre il genotipo Blu è naturalmente tollerante a pH alcalini. Entrambi i genotipi sono stati allevati in diverse condizioni di pH, da ottimali (pH 5.2) a più alcalini (pH 7.2, 8.2, e 9.2), con lo scopo di identificare geni responsabili per la tolleranza a pH alcalini. L’analisi dei dati trascrittomici ha identificato geni differenzialmente espressi DEGs (p grezzo < 0.05; |log2(Fold Change)| > 1) molto diversi nei due genotipi in risposta al pH. Il genotipo Moresco presentava pochi geni coinvolti nella risposta a pH elevati (DEGs=42), e l’analisi delle ontologie geniche (GO) e dei pathway di KEGG hanno evidenziato come i pathway principalmente coinvolti fossero relativi ai ritmi circadiani. Il genotipo Blu, invece, tollerante al pH alcalino, presentava molti geni coinvolti nella risposta allo stress (DEGs=383), significativamente coinvolti in categorie GO pathway relativi al trasporto di membrana, alla risposta ormonale e allo sviluppo radicale. In particolare, alcuni geni coinvolti nella regolazione dell’etilene (ERF, ERF4, e EIN3) sono risultati particolarmente significativi nella risposta del genotipo Blu al pH e possono quindi costituire validi candidati da selezionare nello sviluppo di varietà di pomodoro tolleranti a pH alcalini. Questi risultati e i geni identificati in questo studio possono avere importanti implicazioni per la coltivazione dei pomodori, ma anche in un contesto più generale, per la produttività e la protezione di altre colture.