A heterose para o acúmulo de capsacinóides em híbridos de pimenta malagueta é dependente do genitor

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14450 (2022) Citar este artigo

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A heterose para características agronômicas é um fenômeno generalizado que sustenta o melhoramento de culturas híbridas. No entanto, a heterose ao nível dos metabolitos celulares ainda não foi totalmente explorada. Alguns metabólitos são bastante procurados, como os capsaicinóides encontrados nas pimentas do gênero Capsicum, que conferem o sabor pungente ('quente') característico das frutas. Analisamos o perfil metabólico da placenta e do pericarpo do fruto de híbridos inter e intraespecíficos de duas espécies de pimentas Capsicum, C. chinense (cv. Habanero e cv. Biquinho) e C. annuum var. annuum (cv. Jalapeño e cv. Cascadura Ikeda) em cruzamentos dialélicos completos com recíprocos. Os pais e híbridos foram cultivados em estufa e o perfil de metabólitos primários (açúcares, aminoácidos e ácidos orgânicos) e capsaicinóides foi gerado via cromatografia gasosa-tempo de vôo-espectrometria de massa (GC-TOF-MS) e líquido de ultra-performance cromatografia acoplada a um espectrômetro de massa (UPLC-MS), respectivamente. Encontramos efeitos heteróticos consideráveis ​​especificamente para o acúmulo de capsaicinóides na placenta dos frutos dos híbridos, incluindo aqueles derivados de genitores não pungentes. Além disso, uma grande fração do metabolismo primário da fruta foi influenciada pela combinação cruzada específica, com efeitos marcantes do pai de origem, ou seja, se um genótipo específico foi usado como pai pistilado ou pólen. As diferenças nos níveis de metabólitos entre os híbridos e seus pais fornecem um instantâneo da heterose para metabólitos primários e secundários e podem contribuir para explicar a manifestação de fenótipos heteróticos de toda a planta.

Capsicum é um gênero da família das beladonas (Solanaceae) compreendendo mais de 35 espécies1. Cinco espécies (C. annuum var. annuum, C. chinense, C. baccatum, C. frutescens e C. pubescens) foram domesticadas independentemente na América Central e do Sul e são cultivadas hoje em climas subtropicais e temperados em todo o mundo2. Os frutos da pimenta ('vagens') apresentam uma grande diversidade de forma, cor e sabor, de modo que existem diferentes tipos de mercado, criados especificamente para consumo fresco (pimentão doce), processamento fresco (por exemplo, molho, pasta), tempero seco3, extração de óleo-resina4 ou fins ornamentais5. As preferências dos consumidores por diversas propriedades organolépticas também produziram uma ampla variação de níveis pungentes ('calor'), variando de frutas proibitivamente picantes a formas suaves ou totalmente doces6. A pungência é conferida pelos capsaicinóides, uma classe de vanililamidas, que se acumulam em quantidades variáveis ​​durante o amadurecimento na placenta dos frutos de variedades quentes7. Capsaicinóides, capsinóides8 e outros metabólitos secundários da pimenta têm uma variedade de usos nas indústrias agroalimentar, cosmética e farmacêutica como substitutos de aditivos sintéticos9.

As pimentas são espécies naturalmente alógamas (ou seja, cruzadas)10, no entanto, variedades de pimentas comerciais são manejadas e criadas como totalmente autógamas11. A hibridação entre variedades ou espécies de pimenta foi geralmente usada para pesquisas fundamentais para identificar genes de interesse, mas, mais recentemente, tornou-se comum como uma ferramenta de reprodução per se12. O melhoramento por hibridação permite a combinação de características herdadas dominantemente, incluindo resistência a doenças e características agronômicas13. Outra vantagem dos híbridos é que eles podem exibir considerável vigor híbrido, ou heterose14. A heterose é um fenômeno complexo, que tem sido fundamental para melhorar o rendimento de muitas culturas anuais, como milho (Zea mays), beterraba sacarina (Beta vulgaris), colza (Brassica napus var. napus), centeio (Secale cereale), arroz (Oryza spp) e algodão (Gossypium spp), mas cujos mecanismos moleculares subjacentes desafiaram a explicação15.

Embora geralmente menos investigada, a análise da variação metabólica também pode apontar para diferenças importantes envolvidas na manifestação de fenótipos heteróticos16. Modelos metabólicos de heterose predizem que uma concentração ótima de enzimas e metabólitos é alcançada em híbridos, ao contrário do que pode acontecer em linhagens endogâmicas17. Em qualquer caso, o estudo da variação de metabólitos em híbridos pode ser de interesse não apenas para fornecer informações mecanísticas sobre a heterose, mas também para informar a criação de maior teor de metabólitos de interesse. Os capsaicinóides são compostos secundários altamente valiosos, mas notoriamente não confiáveis ​​em sua concentração, que é fortemente influenciada pelo ambiente18. Novas plataformas heterólogas para a produção de capsaicinóides foram propostas7,19, mas atingir um nível alto e consistente de pungência em vagens de pimenta representa um caminho mais imediato e conveniente para os melhoristas.