Regolazione delle risposte molecolari al basso ossigeno e all’etilene in mele (Malus domestica Borkh.) cv. 'Granny Smith'

Controlled Atmosphere (CA) storage, with reduced O2 and increased CO2 compared to atmospheric levels, is an effective and widely used postharvest strategy to preserve the quality of apples, which have significant economic importance in the Italian market. However, prolonged storage, beyond three months, can promote the occurrence of specific physiological disorders, often related to low O2 levels, high CO2 levels and/or low temperatures. To investigate the role of low oxygen and ethylene in the biological processes occurring during CA storage, physiological and molecular changes in apples stored under under hypoxic or normoxic conditions at low temperatures (1°C) were analyzed. Specifically, the expression of certain genes involved in metabolism and the regulation of molecular responses was examined in the peel of ‘Granny Smith’ apples, treated or not with 1-MCP, and stored for 3 days and 1 month at different O2 levels (21%, normoxia, and 0,4%, extreme hypoxia). Among these genes, the role of MdbHLH061 (MD08G0171100), encoding a basic Helix-Loop-Helix (bHLH) transcription factor, which is not yet characterized, was further investigated. RNAseq and Real Time PCR data showed that its expression is induced by low oxygen independently of ethylene. MdbHLH061 is a homologous of AtbHLH093 (AT5G65640) from Arabidopsis thaliana. Previous studies have shown that AtbHLH093 encodes for a transcription factor involved in promoting flowering under short-day conditions and in gibberellin signaling. However, its expression has not yet been linked to low oxygen. In this study, phenotyping experiments were conducted on the Arabidopsis thaliana insertional mutant bhlh093-1. Additionally, two Arabidopsis thaliana lines were selected, overexpressing MdbHLH061 and a mutated form of MdbHLH061, in which four codons coding for lysines were mutated to codons coding for arginines. These sites are potential SUMOylation sites. The future goal is to genotype the selected plants and conduct phenotyping and gene expression studies, also investigating the possibility that the MdbHLH061 transcription factor may be involved in post-translational SUMOylation modifications, similar to other bHLH factors. Overall, the data suggest that MdbHLH061 could play a role in regulating molecular responses to low oxygen in apples. The phenotyping experiments on the bhlh093-1 mutant did not yield significant results; however, further studies are necessary to exclude a potential regulatory role in low oxygen responses in Arabidopsis thaliana as well.

La conservazione in Atmosfera Controllata, con abbassamento dell’O2 e innalzamento della CO2 rispetto al livello atmosferico, è una strategia efficace ed ampiamente impiegata in postraccolta per preservare la qualità delle mele, la cui produzione è di grande importanza economica nel mercato italiano. Tuttavia la conservazione prolungata, oltre i tre mesi, può promuovere l’insorgenza di disordini fisiologici, spesso correlati ai bassi tenori di O2, agli elevati tenori di CO2 e/o alle basse temperature. Con lo scopo di indagare sul ruolo del basso ossigeno e dell’etilene nei processi biologici che si manifestano durante la conservazione in Atmosfera Controllata, sono stati analizzati i cambiamenti fisiologici e molecolari che si verificano nelle mele conservate in condizioni di ipossia o normossia a basse temperature (1°C). In particolare è stata analizzata l'espressione di alcuni geni coinvolti nel metabolismo e nella regolazione delle risposte molecolari, nella buccia di mele cv. 'Granny Smith', trattate o meno con 1-MCP, conservate per 3 giorni ed 1 mese a diversi livelli di O2 (21%, normossia, e 0,4%, ipossia estrema). Tra questi geni, è stato approfondito il ruolo di MdbHLH061 (MD08G0171100), codificante per un fattore di trascrizione del tipo basic Helix-Loop-Helix (bHLH) ancora non caratterizzato. I dati risultanti da RNAseq e Real Time PCR mostrano che la sua espressione risulta indotta dal basso ossigeno indipendentemente dall’azione dell’etilene. AtbHLH093 (AT5G65640) è un omologo di MdbHLH061 nella specie modello Arabidopsis thaliana. È stato dimostrato in studi precedenti che AtbHLH093 codifica per un fattore di trascrizione coinvolto nella promozione della fioritura in condizioni brevidiurne e nel signaling delle gibberelline. Tuttavia la sua espressione non è stata ancora correlata in nessun modo al basso ossigeno. In questo studio sono stati condotti alcuni esperimenti di fenotipizzazione sul mutante inserzionale di Arabidopsis thaliana bhlh093-1. Inoltre sono state selezionate due linee di Arabidopsis thaliana, sovraesprimenti rispettivamente MdbHLH061 ed una forma mutata di MdbHLH061, in cui 4 triplette codificanti per lisine sono state mutate in triplette codificanti per arginine. Tali siti rappresentano dei possibili siti di SUMOilazione. L’obiettivo futuro è quello di genotipizzare le piante selezionate e condurre studi di fenotipizzazione ed espressione genica, indagando anche sull’eventuale possibilità che il fattore di trascrizione MdbHLH061 sia coinvolto in modifiche post-traduzionali di SUMOilazione, come altri bHLH. Nel complesso, i dati suggeriscono che MdbHLH061 potrebbe avere un ruolo nella regolazione delle risposte molecolari al basso ossigeno in mela. Le prove di fenotipizzazione sul mutante bhlh093-1 non hanno portato a risultati significativi; tuttavia sono necessari ulteriori studi per escluderne un eventuale ruolo di regolazione delle risposte al basso ossigeno anche in Arabidopsis thaliana.