Com aconsegueix un tomàquet la gran quantitat d’energia i substrats necessaris per passar de verd a vermell? Els tomàquets són el model universal de fruit climatèric, és a dir, experimenten una explosió de respiració a l’inici de la seva maduració. Aquest pic metabòlic és vital per produir etilè, l’hormona que dona l’ordre de madurar, i els pigments carotenoides que li donen color. Tot i això, ara es revelen els detalls de com el fruit aconsegueix assolir aquest gran canvi metabòlic.

L’equip, liderat pel investigador de l’IRTA al CRAG Igor Florez-Sarasa i amb Ariadna Iglesias-Sanchez com a primera autora, ha publicat a Plant Physiology el descobriment que una ruta mitocondrial específica, coneguda com la via de l’oxidasa alternativa (AOX), és el motor principal que fa possible aquesta transformació.

Tecnologia de precisió per mesurar la respiració del fruit

Mesurar com respira un fruit per dins, així com la contribució de la via AOX, és especialment difícil pel volum i gruix del fruit. Per superar-ho, els científics van utilitzar una tècnica d’alta precisió basada en isòtops d’oxigen (¹⁸O). Així van descobrir que l’activitat de la via AOX es dispara just en el moment exacte en què el tomàquet comença a canviar de color, convertint-se en el principal suport de la respiració del fruit.

Per demostrar que aquesta via és essencial, l’equip va utilitzar tecnologia d’edició genètica CRISPR-Cas9 per desactivar el gen AOX1a en plantes de tomàquet. Els tomàquets mutants resultants van trigar molt més a madurar. Mitjançant un perfil metabòlic i molecular complet, els investigadors van observar una alteració dels metabòlits relacionats amb la maduració en els tomàquets mutants. En concret, el fruit amb deficiència en la via AOX era incapaç d’acumular els aminoàcids clau, com l’aspartat i la metionina, essencials per sintetitzar etilè. A més, els mutants mostraven una limitació en els esquelets de carboni necessaris per a la biosíntesi de carotenoides, cosa que va provocar nivells inusualment baixos de pigments com el fitoè i el licopè durant les primeres etapes de la maduració.

Una nova perspectiva sobre la qualitat de la fruita i la millora agrícola

Aquest descobriment aporta un context completament nou sobre com les fruites gestionen la seva energia: a mesura que els sucres de la planta es descomponen a l’inici de la maduració, els intermediaris metabòlics resultants activen al·lostèricament la via AOX. És a dir, la ruta AOX actua com un motor extra que permet al tomàquet cremar sucres per fabricar els compostos de maduració sense estar limitat pels frens energètics habituals de la cèl·lula.

La rellevància més àmplia d’aquestes vies respiratòries alternatives en el desenvolupament del fruit ha estat destacada també en una revisió exhaustiva recent publicada a New Phytologist pel mateix equip del CRAG, consolidant el lideratge del centre en el desxiframent del metabolisme energètic vegetal.

Comprendre aquest motor metabòlic obre les portes a l’agricultura per modular aquestes vies respiratòries alternatives, ja que es podran dissenyar estratègies per obtenir varietats més nutritives i de més qualitat, anant més enllà dels enfocaments agrícoles tradicionals que depenen de la manipulació de l’etilè.

Article de referència

Ariadna Iglesias-Sanchez, Nestor Fernandez Del-Saz, Miguel Ezquerro, Elisenda Feixes-Prats, Miquel Ribas-Carbo, Alisdair R Fernie, Manuel Rodríguez-Concepción, Igor Florez-Sarasa. Activation of alternative oxidase ensures carbon supply for ethylene and carotenoid biosynthesis during tomato fruit ripening. Plant Physiology (2025), https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf516

Iglesias-Sanchez, A., García-Carbonell, S., Fernie, A.R., Pujol, M. and Florez-Sarasa, I. Fruit respiration: putting alternative pathways into perspective. New Phytolgist (2026), https://doi.org/10.1111/nph.70882

Sobre els autors i el finançament de l’estudi

Aquest treball va ser finançat per les subvencions PID2020-120229RA-I00 i PID2024-163099NB-I00 a IF-S, i PID2021-125998OB-C21 a MP, totes finançades per MICIU/AEI/10.13039/501100011033 i per ‘ERDF/EU’, Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades–Agencia Estatal de Investigación (MCIU/AEI, Spain). També agraïm el suport de les subvencions Plant Genetics-2021SGR00756 finançada per la Generalitat de Catalunya, RedoxPlant-RED2022-134072-T finançada per MICIU/AEI/10.13039/501100011033 (MCIU/AEI, Spain), així com CEX2019-000902-S finançada per MICIU/AEI/10.13039/501100011033 (MCIU/AEI, Spain) i pel CERCA Programme (Generalitat de Catalunya) al CRAG. AI-S va rebre una beca predoctoral (PRE2018-083610) finançada per MICIU/AEI/10.13039/501100011033 i per ‘ESF Investing in your future’. SG-C va rebre una beca predoctoral (PRE2021-097127) finançada per MICIU/AEI/10.13039/501100011033 i per ‘ESF Investing in your future’. IF-S va rebre finançament del contracte ‘Ramon y Cajal’ RYC2019-028030-I finançat per MCIN/AEI/10.13039/501100011033 i per ‘ESF Investing in your future’.