Análisis transcriptómico del proceso de la maduración de la papaya cultivada en chile (vasconcellea pubescens)

Abstract

Contexto: La papaya de montaña (Vasconcellea pubescens), perteneciente a la familia Caricacea, es un cultivo artesanal en Chile. Su fruto presenta excelentes características organolépticas y nutricionales, además de un alto contenido de vitaminas y antioxidantes. En estado inmaduro presenta elevadas concentraciones de papaína, siendo muy utilizado en la industria farmacéutica. Por lo que se debe consumir de forma procesada como mermelada, conservas, jugos, etc. Este fruto se ha posicionado en el mercado internacional debido a que es considerado un producto gourmet con resultados prometedores. Aumentando las exigencias de calidad del producto, debiendo producir frutos uniformes, de gran color, sabor y aroma, las cuales son obtenidas durante la etapa de maduración frutal. Debido a que la papaya es un fruto climatérico, su maduración continúa durante su poscosecha, aumentando la producción de etileno, principal fitohormona involucrada en el proceso de ablandamiento del fruto. Esto genera pérdidas significativas en la etapa de elaboración del producto final. Con el objetivo de lograr un mejor entendimiento de estos cambios a nivel genético y molecular, se han seleccionado tres estadios tempranos del proceso de maduración de papaya, los cuales fueron secuenciados mediante la tecnología Roche/454,. Resultados: Se realizaron dos medias placas de Roche/454 GS-FLX para los estadios 0, 1 y 3 días poscosecha, obteniendo 1.453.964 reads, ensamblados en 32.161 contigs consensus con un tamaño promedio de 659 pb. Se realizó el mapeo comparativo utilizando como referencia el genoma de Carica papaya, obteniendo un 40,6% de regiones con identidad significativa. Del proceso de anotación comparativa se determinó, por estrategias de identificación de genes ortólogos, la proporción de genes compartidos con V. pubescens. Obteniendo una anotación de un 56% de contigs mediante genoma de referencia C. papaya, 28% de contigs a través de bases de datos NR, UNIPROT y genomas A. thaliana, S. lycopersicum. A su vez, aquellos contigs no anotados, fueron clasificados mediante KOG obteniendo un 2% de contigs y mediante CDD obteniendo un 1% de contigs. Restando finalmente un 13% de contigs sin anotar. Según la descripción obtenida por la anotación funcional, se realizó una clasificación según procesos relevantes en la etapa de maduración, enfocando siete categorías putativamente relacionadas con el proceso de ablandamiento. Conclusión: Se generó una colección de ESTs, que permitieron identificar funciones características para el desarrollo frutal. En base al estudio genómico-computacional, se identificaron procesos asociados a maduración frutal como, por ejemplo, modificaciones post-raduccionales, recambio de proteínas, transducción de señales, metabolismo de fitohormonas, producción de azucares, pigmentación y metabolismo de ésteres volátiles. Confirmando la presencia de genes asociados a la biosíntesis de etileno (ACO, ACS, ETR), constantemente producido durante la etapa de maduración. La información funcional obtenida mediante este estudio será corroborada experimentalmente para proporcionar el rol de cada uno de los genes identificados en el proceso de ablandamiento, con el fin de establecer potenciales marcadores moleculares que permitan la selección de genotipos que presenten bajos niveles de ablandamiento que permitan implementar estrategias de mejoramiento genético de esta especiey así mejorar su calidad comercial de poscosecha. Palabras claves: Papaya de montaña, Vasconcellea pubescens, 454, EST, maduración, ablandamiento. /ABSTRACT: Background: The mountain papaya (Vasconcellea pubescens), member of the Caricacea family, is an artisanal crop in Chile. It’s fruit has excellent organoleptic and nutritional characteristics, and a high content of vitamins and antioxidants. In immature state has high concentration of papain, widely used in the pharmaceutical industry. Should be consumed in processed form as jam, preserves, juices, etc. This fruit has been positioned in the international market because it’s considered a gourmet product with promising results. Increasing the needs for quality product, must produce uniform fruit, great color, flavor and fragrance, which are obtained during the maturation fruit stage. Because papaya is a climacteric fruit, ripening continues during post-harvest, increasing the ethylene production, the main plant hormone involved in the fruit softening process. This results in significant losses in the elaboration of the final product. In order to better understand the genetic and molecular basis of these changes, have selected three primary stages of the ripening process of papaya, which were sequenced by Roche/454 technology. Results: Two half plates of Roche/454 GS-FLX for stages 0, 1 and 3 days postharvest, obtaining 1,453,964 reads, assembled into 32,161 contigs consensus with an average size of 659 bp. Comparative mapping was performed using as reference the genome of Carica papaya, obtaining 40.6% of regions with significant identity. Comparative annotation process was determined by identifying strategies of orthologous genes, the proportion of genes shares with V. pubescens. Getting a score of 56% of contigs in the reference genome C. papaya, 28% of contigs through NR, UNIPROT databases and genomes of A. thaliana, S. lycopersicum. In turn, those contigs not annotated were classified by KOG getting 2% of contigs and by CDD getting 1% of contigs. Finally subtracting 13% of contigs without scoring. According to the description obtained by the functional annotation, classification was made according to relevant processes in the maturation stage, focusing on seven categories putatively related to the softening process. Conclusion: This generated a collection of ESTs, which identified characteristic functions for fruit development. Based on the genomic-computational study, we identified fruit ripening processes associated with, ex, post-translational modification, protein turnover, signal transduction, plant hormones metabolism, sugars production, pigmentation and volatile esters metabolism. Confirming the presence of genes associated with ethylene biosynthesis (ACO, ACS, ETR), consistently produced during the maturation stage. The functional information obtained by this study will be verified experimentally to provide the role of each of the genes identified in the softening process, in order to establish potential markers that allow for selection of genotypes with low levels of softening that allow to implement breeding strategies of this species and improve their quality commercial postharvest. Keywords: Papaya mountain Vasconcellea pubescens, 454, EST, maturation, softening.