La maduración de la fresa está regulada por una serie de proteínas reguladoras llamadas factores de transcripción (FT), incluidos los de tipo MYB

En el grupo BIO-278 de la Universidad de Córdoba, recientemente se ha identificado y caracterizado el factor de transcripción FaMYB123 (Martínez-Rivas et al., Plant J. 2023) que, como la mayoría de los genes asociados con las propiedades organolépticas de los frutos, su patrón de expresión se correlaciona con la maduración, es específica del fruto y está controlada por las hormonas ácido abscísico y auxinas.

La eliminación de la expresión de FaMYB123 mediante la tecnología de ARN interferente conllevó una disminución en el contenido total de antocianinas y flavonoides, que fue especialmente marcada en los derivados malonílicos de pelargonidina y cianidinas. En conjunto, nuestros resultados demuestran que FaMYB123 regula los últimos pasos de la ruta de los flavonoides.

La fresa (Fragaria × ananassa) contiene compuestos bioactivos nutritivos (azúcares, vitaminas, minerales) y compuestos bioactivos no nutritivos (flavonoides, antocianinas, ácidos fenólicos); además, tiene un agradable sabor que la convierten en una de las frutas más apreciadas. Los tipos de compuestos anteriores se han relacionado con la promoción de la salud humana, y también con la prevención de enfermedades degenerativas y metabólicas (Giampieri et al., 2015). Entre ellos son especialmente conocidos los fenoles, que tienen una potente acción antioxidante y antiinflamatoria. Los flavonoides (particularmente las antocianinas), que son los polifenoles más abundantes en la fresa, se presentan principalmente como derivados de pelargonidina y cianidina, seguidos de elagitaninos, flavonoles, flavanoles y ácidos fenólicos (Giampieri et al., 2015).

La mayoría de los compuestos anteriores se sintetizan durante la maduración como una estrategia de reproducción para atraer a los depredadores para que coman los frutos y esparzan las semillas. Las antocianinas identificadas hasta la fecha en la fresa incluyen los 3-glucósidos y 3-rutinósidos de cianidina y pelargonidina, y dos derivados acilados de pelargonidina [3-(malonil) glucósido y 3-(6-acetil)-glucósido]. También se han encontrado pequeñas cantidades de complejos de flavanol-antocianina que consisten en pelargonidina 3-glucósido conectado a catequina, epicatequina, afzelequina y epiafzelequina. La composición de antocianinas varía entre cultivares (Aaby et al., 2012). Pelargonidin-3-glucósido, que es el principal compuesto responsable de su color rojo, es el componente más abundante de las antocianinas, contribuyendo entre 60–95% al contenido total de antocianinas. El pelargonidin-3-malonilglucósido ha sido identificado como la segunda antocianina más abundante, con una contribución que varía de 0% a 33,5%, según el cultivar (Aaby et al., 2012).

La maduración de la fresa está regulada por una serie de proteínas reguladoras llamadas factores de transcripción (FT), incluidos los de tipo MYB, que son una gran familia cuyos miembros se encuentran en todos los organismos eucariotas (Kranz et al., 2000). Para desempeñar sus funciones reguladoras, los FT de tipo MYB interactúan con otros FT y proteínas involucradas en los procesos de transcripción. Se han descrito funciones de algunos genes MYB en la fresa. Por ejemplo, FaMYB1 es un represor de genes estructurales de la vía fenilpropanoide/flavonoide/antocianina (Aharoni et al., 2001). Además, FaMYB10 participa en la biosíntesis de los compuestos anteriores en frutos maduros activando genes estructurales de la vía (Medina-Puche et al., 2014). Además, FaMYB9/FaMYB11 se han considerado reguladores positivos de la biosíntesis de proantocianidinas, que son los principales flavonoides producidos en la fresa inmadura (Schaart et al., 2013).

Utilizando análisis transcriptómicos identificamos un TF de tipo MYB relacionado con la maduración, al que en adelante llamamos FaMYB123, que exhibe un patrón de expresión relacionado con la maduración de la fruta bien definido (Medina-Puche et al., 2016). Estudios moleculares y fisiológicos han demostrado que este FT está involucrado en la regulación de genes estructurales en los últimos pasos de la producción de antocianinas y flavonoles (Martínez-Rivas et al., 2023). Como se muestra aquí, FaMYB123 regula la expresión de una enzima de tipo maloniltransferasa, involucrada en la biosíntesis de derivados malonilo de cianidina y pelargonidina, el segundo grupo de compuestos más abundante en los receptáculos maduros (Aaby et al., 2012).

Un análisis filogenético con secuencias de proteínas de tipo MYB con función previamente descrita reveló que FaMYB123 es muy similar a MYB como AtTT2 de A. thaliana, VvMYBPA2 de V. vinifera y AcMYB123 de A. chinensis (Martínez-Rivas et al., 2023). Los factores de transcripción TT2, incluidos AtTT2 y VvMYBPA2, se han asociado con la regulación de genes estructurales vinculados a la producción de proantocianidinas. Sin embargo, otros FT similares a TT2, como AcMYB123 y MdMYB9, se consideraron recientemente reguladores de la producción de antocianinas en frutas (Wang et al., 2019).

La mayoría de los genes que codifican enzimas que influyen en las propiedades sensoriales de los receptáculos de fresa comparten un modelo de expresión génica general común. Dichos genes son inducidos a lo largo de la maduración del fruto, exhiben una expresión específica del fruto y tienen su expresión activada por ácido abscísico pero reprimida por auxinas (Medina-Puche et al., 2016). FaMYB123 se expresa fundamentalmente en las últimas etapas de maduración (Fig. 1). El patrón de expresión es paralelo otros FT involucrados en la biosíntesis de flavonoides. Esto, junto con la relación filogenética con FT similares, sugirió que FaMYB123 puede regular los genes implicados en la vía biosintética de los flavonoides.

Figura 1. Análisis de expresión de FaMYB123 en frutos (a) y tejidos vegetativos de fresa (b) (F. × ananassa cv. Camarosa). La expresión en el receptáculo G1 (verde inicial) se usó como referencia y se le dio valor 1. G1, fruto verde de tamaño pequeño; G3, fruto verde de tamaño completo; W, fruto blanco; R, fruto rojo; OR, fruto sobremaduro; SE, fruto senescente; Fl, flor; PE, pétalos; Ru, estolón; Le, hoja. Las letras indican diferencias significativas (p < 0,05) según la prueba post-hoc de Scheffe. Adaptada de Martínez-Rivas et al. 2023.

Los cambios metabolómicos observados en los frutos transgénicos donde la expresión del gen FaMYB123 fue reducida mediante la tecnología de ARN interferente mostraron una reducción sustancial en el contenido total de antocianinas y un aumento en el contenido de proantocianidinas (Fig. 2A). En frutos de fresa, las antocianinas se sintetizan durante la maduración y las proantocianidinas en las primeras etapas de crecimiento y desarrollo. Encontramos una marcada disminución la pelargonidina-3-glucosa, la cianidina-3-glucosa y sus derivados de malonilo, la pelargonidina 3-(6″-malonilglucósido) y la cianidina 3-(6″-malonilglucósido) (Fig. 2B-C).

Estudios previos de locus de rasgos cuantitativos (QTL) que comparan diferentes poblaciones de fresas han mostrado un QTL asociado con la presencia o ausencia de pelargonidina 3-(6″-malonilglucósido) y siete genes candidatos que codifican para enzimas de tipo maloniltransferasa (Davik et al., 2020). Dos de estos siete genes, FaMT1 y FaMT5, se encontraron reprimidos es los frutos transgénicos, lo que sugiere que este FaMYB123 podría controlar la biosíntesis de pelargonidina 3- (6 "-malonilglucósido) mediante la regulación de las maloniltransferasas en fresas maduras.

En este trabajo, hemos propuesto que FaMYB123 es un regulador que controla la expresión de genes FaMT. Mediante un ensayo de doble híbrido en levaduras (Y2H) y transactivación en la planta usada como sistema heterólogo N. benthamiana, se demostró la capacidad de FaMYB123 de unión y activación de la expresión sobre el promotor FaMT1(Martinez-Rivas et al., 2023).

Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado por los proyectos AGL2014-55784-C2-2-R y AGL2017-86531-C2-2-R y del Ministerio de Ciencia e Innovación de España. El análisis de metabolitos fue realizado en el laboratorio del Dr. Alisdair Fernie, del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas, en Postdam-Golm (Alemania).

Referencias

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Aharoni A, De Vos CHR, Wein M, Sun ZK, Greco R, Kroon A, et al. (2001) The strawberry FaMYB1 transcription factor suppresses anthocyanin and flavonol accumulation in transgenic tobacco. Plant Journal, 28, 319-332.

Davik J, Aaby K, Buti M, Alsheikh M, Šurbanovski N, Martens S, et al. (2020) Major-effect candidate genes identified in cultivated strawberry (Fragaria × ananassa Duch.) for ellagic acid deoxyhexoside and pelargonidin-3-O-malonylglucoside biosynthesis, key polyphenolic compounds. Horticulture Research, 7.

Giampieri F, Forbes-Hernandez TY, Gasparrini M, Alvarez-Suarez JM, Afrin S, Bompadre S, et al. (2015) Strawberry as a health promoter: an evidence based review. Food & Function journal, 6, 1386-1398.

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Martínez-Rivas FJ, Blanco-Portales R, Serratosa MP, Ric-Varas P, Guerrero-Sánchez V, Medina-Puche L, el al. (2023) FaMYB123 interacts with FabHLH3 to regulate the late steps of anthocyanin and flavonol biosynthesis during ripening. Plant Journal 14:683-698.

Medina-Puche L, Blanco-Portales R, Molina-Hidalgo FJ, Cumplido-Laso G, García-Caparrós N, Moyano E, el al. (2016) Extensive transcriptomics studies on the roles played by abcisic acid and auxins in the development and ripening of strawberry fruits. Functional and Integrative Genomics 16: 671-692.

Medina-Puche L, Cumplido-Laso G, Amil-Ruiz F, Hoffmann T, Ring L, Rodríguez-Franco A, el al. (2014) MYB10 plays a major role in the regulation of flavonoids/phenylpropanoid metabolism during ripening of Fragaria × ananassa fruits. Journal of Experimental Botany 65: 401-417.

Schaart JG, Dubos C, Romero De La Fuente I, van Houwelingen A, de Vos RCH, Jonker HH, et al. (2013) Identification and characterization of MYB-bHLH-WD40 regulatory complexes controlling proanthocyanidin biosynthesis in strawberry (Fragaria x ananassa) fruits. New Phytologist, 197, 454-467.

Wang L, Tang W, Hu Y, Zhang Y, Sun J, Guo X, et al. (2019) A MYB/bHLH complex regulates tissue-specific anthocyanin biosynthesis in the inner pericarp of red-centered kiwifruit Actinidia chinensis cv. Hongyang. Plant Journal, 99, 359-378.