• Investigadors del CRAG han descobert que augmentar els nivells d’esterols glicosilats en tomàquet millora la tolerància al fred mitjançant l’estabilització de les membranes cel·lulars i l’activació de vies de senyalització hormonal.
• Les plantes modificades genèticament mostren una resposta anticipada a l’estrès per fred, amb major activació d’enzims antioxidants, gens de defensa contra estrès abiòtic i biosíntesi de poliamines.
• L'estratègia no afecta negativament el creixement de les plantes, obrint noves possibilitats biotecnològiques per al desenvolupament de varietats de tomàquet més resistents al fred.

Investigadors del CRAG han fet un pas crucial per millorar la producció de tomàquet en climes freds. Han identificat i potenciat els nivells d’unes molècules clau en les membranes cel·lulars, conegudes com a esterols glicosilats (GS), que no només doten la planta de tolerància a les baixes temperatures, sinó que ho fan sense frenar el seu desenvolupament ni el seu creixement.

L’estudi, liderat pels científics de la Universitat de Barcelona al CRAG Albert Ferrer i Teresa Altabella, i publicat a la revista Plant Physiology, obre la porta al desenvolupament de varietats de tomàquet (Solanum lycopersicum) més robustes.

El Taló d’Aquil·les del tomàquet

El tomàquet, a causa del seu origen tropical, és notòriament sensible a les temperatures fredes, especialment les que es troben en el rang de 0 a 12 °C. La temperatura òptima de cultiu del tomàquet està entre 20 i 28 °C, i la caiguda per sota dels 10-12 °C afecta negativament el seu desenvolupament.

Fins ara, la majoria d’estudis sobre resistència al fred s’havien centrat en plantes on els esterols glicosilats eren minoritaris. Però en el tomàquet, i en general en la família Solanaceae, els GS són la forma d’esterol predominant en les seves membranes. Els investigadors del CRAG han demostrat que aquests GS actuen com a sensors clau que detecten l’estrès per fred i activen mecanismes moleculars protectors.

El secret del “pre-condicionament”

Per provar aquesta funció, l’equip va treballar amb línies transgèniques de la varietat MicroTom®. Van augmentar la producció de GS mitjançant la sobreexpressió de l’enzim SlSGT2 (plantes SGT2ox) i van disminuir els GS silenciant l’expressió de l’enzim SlSGT1 (plantes SGT1ami). Aquests dos enzims són els responsables de sintetitzar els GS. El resultat va ser clar i, segons Albert Ferrer, investigador del CRAG i coautor de l’estudi, “no és habitual observar fenotips antagònics tan clars”:

• Les plantes que sobreexpressen l’enzim SGT2 (SGT2ox), amb nivells augmentats de GS, van mostrar una tolerància al fred significativament superior.
• Les plantes amb l’enzim SlSGT1 silenciat (SGT1ami), que reduïa els nivells de GS, van mostrar una sensibilitat accentuada al fred.

La clau de la resistència rau en què els alts nivells de GS aconsegueixen estabilitzar la membrana plasmàtica. Però, a més, aquests esterols glicosilats confereixen a la planta un “estat pre-condicionat” de resposta a l’estrès, és a dir, una resposta anticipada fins i tot abans que s’exposin al fred.

Aquest estat protector implica l’activació molecular anticipada de defenses:

1. Activació hormonal: S’activa la senyalització de jasmonats (com JA i JA-Ile), hormones crucials en la resposta a l’estrès. Les plantes tolerants SGT2ox van acumular fins a 3,5 vegades més jasmonats que les de control.
2. Mecanismes de defensa: Aquesta senyalització hormonal prepara la planta activant gens de resposta al fred (SlCBF1 i SlDRCi7) i potenciant la capacitat per gestionar el dany oxidatiu, augmentant l’activitat d’enzims com la catalasa (CAT), peroxidasa (POD) i glutatió S-transferasa (GST). També es va observar una major acumulació de poliamines com la putrescina, que contribueixen a la protecció cel·lular.

Implicacions agronòmiques

El gran potencial biotecnològic de la investigació rau en què, a diferència d’altres modificacions genètiques, l’augment de GS no va tenir cap efecte negatiu sobre el creixement ni el desenvolupament de les plantes en condicions normals de cultiu.

“Hem demostrat que els esterols glicosilats no només protegeixen la membrana, sinó que activen una resposta molecular completa que prepara la planta per resistir el fred”, explica Teresa Altabella, investigadora del CRAG i coautora de l’estudi.

La modificació d’aquestes vies metabòliques podria ser una estratègia viable per a l’agricultura, ja que permetria desenvolupar varietats de tomàquet més resistents per al seu cultiu en camps exposats a baixes temperatures o en hivernacles que no requereixen calefacció, la qual cosa es traduiria en un benefici important en termes de rendiment i productivitat.

Article de referència

Cuiyun Deng, Antoni Garcia-Molina, Aurelio Gómez-Cadenas, Vicente Vives-Peris, Rubén Alcázar, Albert Ferrer, Teresa Altabella. Glycosylated sterols enhance cold tolerance in tomato via membrane stabilization and jasmonate signaling. Plant Physiology (2025), https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf420

Sobre els autors i el finançament de l’estudi

Aquest treball ha estat finançat per les subvencions PID2021-126591OB-I00 del FEDER/Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats–Agència Estatal d'Investigació (MCIN/AEI Espanya), 2021-SGR-00875 del Programa CERCA de la Generalitat de Catalunya; CEX2019-000902-S del MCIN/AEI/10.13039/501100011033 (Espanya). La recerca als laboratoris del Dr. A. Gómez-Cadenas i del Dr. Rubén Alcázar ha estat finançada per les subvencions UJI-B2022-18 (Universitat Jaume I, Castelló, Espanya) i PID2021-126896OB-I00 (FEDER/Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, Espanya), respectivament. Cuiyun Deng va rebre una beca de doctorat (CSC202109110067) del Consell de Beques de la Xina (Xina).