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The interplay between light and transcriptional profile involved in anthocyanin biosynthesis in tomato fruit tissues

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Saúde
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ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 3: Saúde e bem-estar
ODS 12: Consumo e produção responsáveis

Dados abertos

Resumo

As antocianinas são metabólitos vegetais especializados, conhecidos por sua pigmentação vibrante e potentes propriedades antioxidantes, oferecendo benefícios significativos tanto para a fisiologia das plantas quanto para a saúde humana. Esses compostos fenólicos hidrossolúveis aumentam a tolerância ao estresse nas plantas e desempenham um papel protetor contra doenças crônicas quando incluídos na dieta humana. A via biossintética das antocianinas é altamente conservada entre as espécies vegetais e é regulada por uma complexa rede de genes estruturais e transcricionais, sendo a luz um sinal ambiental crítico. No tomate (Solanum lycopersicum), uma hortícola amplamente consumida e candidata promissora para biofortificação com antocianinas, a fotoregulação da biossíntese de antocianinas ainda não é completamente compreendida. Neste estudo, utilizando linhagens de tomate enriquecidas com antocianinas (MT-Aft/atv/hp2), foi revelado que o acúmulo de antocianinas é restrito à casca (epicarpo) devido à limitada penetração de luz na polpa do fruto. Essa descoberta implica que a exposição à luz de forma específica por tecido e o controle transcricional, particularmente o fator de transcrição bHLH SlAN1, são determinantes. Além disso, esta pesquisa destaca o papel central da proteína COP1 (CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1), uma ligase E3 de ubiquitina, na repressão da biossíntese de antocianinas em condições de escuro, ao direcionar reguladores positivos para degradação. COP1 interage com múltiplos fatores de transcrição de forma evolutivamente conservada em frutos de diversas espécies, incluindo Arabidopsis, maçã, pera, berinjela e tomate. Este estudo aprofunda nossa compreensão da regulação genética e póstraducional da biossíntese de antocianinas, oferecendo insights valiosos para o melhoramento de culturas, aprimoramento nutricional e desenvolvimento de corantes naturais.

Abstract

Anthocyanins are specialized plant metabolites known for their vibrant pigmentation and potent antioxidant properties, offering significant benefits for both plant physiology and human health. These water-soluble phenolic compounds enhance stress tolerance in plants and play a protective role against chronic diseases when included in the human diet. The anthocyanin biosynthetic pathway is highly conserved across plant species and is regulated by a complex network of structural and transcriptional genes, with light serving as a critical environmental signal. In tomato (Solanum lycopersicum), a widely consumed horticultural crop and a promising candidate for anthocyanin biofortification, the photoregulation of anthocyanin biosynthesis remains incompletely understood. In this study, using anthocyanin-enriched tomato lines (MT-Aft/atv/hp2), it was revealed that anthocyanin accumulation is restricted to the peel (epicarp) due to limited light penetration into the fruit pulp. This finding implies that tissue-specific light exposure and transcriptional control, particularly the bHLH transcription factor SlAN1, are key determinants. Furthermore, the research highlights the central role of the COP1 (CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1) protein, a ubiquitin E3 ligase, in repressing anthocyanin biosynthesis under dark conditions by targeting positive regulators for degradation. COP1 interacts with multiple transcription factors in an evolutionarily conserved manner across fruits of various species, including Arabidopsis, apple, pear, eggplant, and tomato. This study deepens our understanding of the genetic and post-translational regulation of anthocyanin biosynthesis, offering valuable insights for crop improvement, nutritional enhancement, and the development of natural colorants.

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REIS, Gabriel Lasmar dos. The interplay between light and transcriptional profile involved in anthocyanin biosynthesis in tomato fruit tissues. 2025. 96 p. Tese (Doutorado em Entomologia)- Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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