Son múltiples los factores, tanto bióticos como abióticos, que influyen en la acumulación de antocianinas. Por ejemplo, nutrición, temperatura, luz y daños. Entre estos, la temperatura cumple un rol crucial al regular la acumulación de antocianinas, ya que bajas temperaturas pueden inducir biosíntesis de estos pigmentos y la expresión de genes relacionados, en tanto que las altas temperaturas aceleran la degradación de las antocianinas y son inhibidoras de su biosíntesis.

Durante el desarrollo del tejido vegetal la adaptación a las variaciones del medioambiente provoca cambios de color. Periodo en el que el clima puede presentar fluctuaciones rápidas e intensas, las que tendrán un impacto significativo en el color de la fruta. Ante el calentamiento global y un escenario de mayores temperaturas, este será un problema prevalente en el cultivo de la cereza, puesto que viene a afectar directamente el color y calidad de la fruta.

En el estudio ejecutado por investigadores del Instituto de Pomología de Shandong y la Universidad Agrícola de Shandong, en China se utilizaron técnicas fisiológicas y transcriptómicas para examinar antocianinas, azúcares y hormonas vegetales, así como la expresión de genes relacionados de modo de determinar los efectos de las altas temperaturas en la toma de color de la fruta y los mecanismos subyacentes.

El ensayo tuvo como objetivo probar dos regímenes diferentes de temperaturas, en ramas similares, contando desde el día 25 luego de plena flor. Temperatura normal (TN: 24°C día/14°C noche) y Alta temperatura (AT:34°C días/24°C noche). Los resultados demostraron que las altas temperaturas inhiben la acumulación de antocianinas en la piel de la fruta y ralentizan el proceso de toma de color.

Después de 4 días de exposición, a temperatura normal el contenido de antocianinas en la epidermis de la fruta se incrementó en un 455%, en tanto que a alta temperatura solo se incrementó en un 84%. Asimismo, el contenido de ocho monómeros de antocianina fue significativamente mayor a temperatura normal que a alta temperatura.

La alta temperatura también alteró la concentración de polisacáridos y hormonas de la planta. El contenido total de sólidos solubles a temperatura normal y a alta temperatura se incrementó en 29,49% y 16,88% respectivamente luego de los 4 días de tratamiento.

Si bien las auxinas, el ácido giberélico y el ácido abscísico (ABA) se incrementaron en ambos tratamientos, el proceso fue más lento a alta temperatura. En contraste, los niveles de ácido jasmónico y cis-zeatinas decrecieron más rápidamente en un ambiente de alta temperatura que a temperatura normal.

El rol de las fitohormonas en la inhibición de la coloración inducida por altas temperaturas
Las hormonas vegetales son importantes reguladores de la biosíntesis de antocianinas. El ácido abscísico (ABA) juega un papel importante en la maduración y coloración de las frutas no-climatéricas tales como frutilla, cereza y uva (Setha et al., 2005; Jia et al., 2011; Wang et al., 2022). 

Los tratamientos con ABA inducen una significativa acumulación de antocianinas en tanto que los tratamientos con inhibidores de la biosíntesis de ABA bloquean la producción de antocianinas (Ren and Leng, 2010; Shen et al., 2014). En el estudio, las altas temperaturas inhibieron severamente el incremento de los niveles de ABA en la piel de la cereza. Se regularon positivamente más genes implicados en la transducción de señales ABA a temperatura normal
que a alta temperatura.

Los niveles de ABA presentaron una correlación significativa respecto de los niveles de antocianinas. Ese descubrimiento indica que ABA es un regulador clave de la biosíntesis de antocianinas en la piel de la cereza que ha sido inhibida por altas temperaturas. Estudios previos demostraron que el ácido giberélico (GA) ejerce -principalmente- un rol negativo en el proceso de maduración y coloración de la cereza.

Las aplicaciones de GA3 retrasan la acumulación de ABA, el crecimiento del fruto y la maduración, reduciendo los niveles de antocianinas y generando frutos de menor color (Kondo and Danjo, 2001; Usenik et al., 2005; Kuhn et al., 2021). Así mismo, el GA4 está significativa e inversamente correlacionado con los parámetros de madurez de la cereza (Teribia et al., 2016). En el estudio se observó que solo el contenido de GA20 se correlaciona significativamente con los niveles de antocianinas en la piel de la cereza.

Sin embargo, el GA20 es un intermediario en la biosíntesis de GA y no tiene actividad hormonal (Hedden, 1999). Por esto, se puede inferir que el GA no está relacionado con la biosíntesis de antocianinas inhibida por alta temperatura.

Aunque se sabe que fitohormonas tales como ácido indolacético (IAA), citoquininas y jasmonatos también inciden en la biosíntesis de antocianinas (Shan et al., 2009; An et al., 2015; Ji et al., 2015), son todavía escasos los estudios al respecto en cerezo.

En el presente estudio, en la piel de la cereza los niveles de ácido indolacético (auxina), de citoquininas tales como cZ (ciszeatina) y cZR (ribósido cis-zeatina), el ácido jasmónico y el ácido salicílico fueron diferentes a temperatura normal respecto de las altas temperaturas, pero no presentaron una correlación significativa con los niveles de antocianinas, indicando que cumplen un rol menor en la biosíntesis de antocianinas inhibida por altas temperaturas.

Acumulación diferencial de monómeros de antocianinas en piel de cereza

Los monómeros de antocianinas fueron visualizados como mapa de calor basado en log2 (cambio de pliegue) obtenido de la comparación entre los diferentes tratamientos. La variedad y el nivel de los monómeros de antocianinas fueron analizados más en profundidad usando UPLC-MS/MS para revelar detalles de los cambios de antocianinas.

Un total de 511 metabolitos, incluyendo 48 metabolitos acumulados diferencialmente (DAMs, por sus siglas en inglés), pudieron ser detectados a temperatura normal y alta temperatura. Los DAMs principalmente incluyen flavonoides, ácidos fenólicos, lípidos y alcaloides.

En los DAMs, la mayoría de los lípidos y flavonoides son más abundantes a temperatura normal (TN), en tanto que la mayoría de los ácidos fenólicos y alcaloides son más abundantes a alta temperatura (AT). Entre los metabolitos detectados, se identificó a 21 como monómeros de antocianinas, 8 de los cuales eran significativamente menos abundantes en AT que en TN.

El contenido de los 8 monómeros de antocianinas osciló entre 18,01% y 49,06% en aquellos en NT. El nivel de los restantes 13 monómeros de antocianinas no presentó diferencias entre AT y TN. Antes del tratamiento = AdT.

ABA: REGULADOR CLAVE EN LA INHIBICIÓN DE LA COLORACIÓN

Un análisis de correlación mostró una conexión significativa entre la concentración de ácido abscísico y la concentración total de antocianinas, indicando que la presencia de dicha fitohormona lleva a la inhibición de la biosíntesis de antocianinas.

Las altas temperaturas -además- inhiben la activación de genes estructurales de la biosíntesis de antocianinas, así como reprimen genes que dominan el catabolismo e inactivación del ácido abscísico, con la consecuente ralentización de la toma de color de la fruta.

Estos hallazgos sugieren que el ABA es un regulador clave en la inhibición de la coloración de la cereza ante elevadas temperaturas. Tratamientos con ABA pueden incidir significativamente en la acumulación de antocianinas en la fruta de cerezo, en tanto que tratamientos con inhibidores de biosíntesis de ABA bloquean la producción de estos pigmentos (Ren and Leng, 2010; Shen et al., 2014).

En el estudio, las altas temperaturas inhibieron severamente el incremento de los niveles de ABA en la piel de las cerezas. El ácido abscísico, un regulador positivo clave en la maduración y coloración de frutas no-climatéricas, al parecer juega un rol crucial en el proceso de coloración de la fruta.

El estudio concluye que el aumento de la temperatura retrasa la regulación negativa de la expresión de genes cruciales durante la coloración de la fruta, lo que lleva al incremento del catabolismo del ácido abscísico y a la inactivación de ABA. Esto incide en la reducción de la cantidad de ABA en la piel de la fruta, retrasando o inhibiendo la cloración.

Diferencias en contenidos de azúcar y acidez

La figura muestra el contenido de azúcar, ácidos totales y pH de la piel de las cerezas en los diferentes tratamientos. Los valores representan las medias ± SDs, n = 3. Letras diferentes indican diferencias significativas entre los diferentes tratamientos de acuerdo con el test de Duncan (p < 0.05).

Las altas temperaturas inhiben la acumulación de azúcar en la
piel de la cereza

En concordancia con los cambios en las antocianinas, la acumulación de azúcar en la piel de la fruta a alta temperatura (AT) fue menor que a temperatura normal (TN). El contenido de sólidos soluble totales se incrementó en un 29,49% y un 16,81% en TN y AT, respectivamente, luego de 4 días de tratamiento. El contenido total de sólidos solubles de la piel de cereza en el grupo AT fue 9,79% más bajo que en el grupo de TN.

Análisis más acuciosos mostraron diferencias principalmente en glucosa, fructosa, sorbitol y galactosa. El contenido de las 4 azúcares fue de 10,04%, 16,83%, y 3,40% más bajo en AT que en TN, respectivamente. Por su parte, la sacarosa no representó más del 2% de los SST y no mostró diferencias significativas entre los tratamientos. No se encontraron diferencias entre el contenido de ácido total o pH entre los tratamientos.