La modifica al genoma della lattuga a foglie rosse ha risultati inaspettati
Il colore rosso della lattuga a foglia rossa deriva dalle antocianine, un gruppo di pigmenti polifenolici che hanno attirato l’attenzione per le loro proprietà antiossidanti. Le piante producono antocianine attraverso una serie di reazioni enzimatiche che iniziano con l’amminoacido fenilalanina. Lungo il percorso, si generano diversi flavonoidi, un’ampia categoria di composti vegetali che svolgono molteplici funzioni prima di essere convertiti, in parte, in antocianine.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato la modifica del genoma per disattivare il gene responsabile della produzione della diidroflavonolo 4-reduttasi, un enzima coinvolto in una fase cruciale che precede la formazione delle antocianine nella lattuga rossa. Una volta disattivato questo gene, le piante non hanno più prodotto la loro caratteristica pigmentazione rossa.
Ulteriori analisi della lattuga hanno rivelato un altro importante cambiamento. I livelli di diversi altri flavonoidi sono aumentati, tra cui la quercetina. I risultati suggeriscono che il blocco della produzione di antocianine ha reindirizzato l’attività biochimica della pianta verso l’accumulo di questi altri composti all’interno della via biosintetica dei flavonoidi.
Nessun impatto significativo sulla crescita delle piante
Nonostante le significative modifiche nella composizione di pigmenti e flavonoidi, la lattuga modificata non ha mostrato una riduzione significativa della crescita. Questo risultato suggerisce che potrebbe essere possibile alterare l‘equilibrio dei flavonoidi nella lattuga favorendo l’accumulo di composti precursori anziché di antocianine, mantenendo al contempo una crescita e una produttività normali.
Sebbene i ricercatori non abbiano ancora confrontato direttamente le piante modificate con le varietà convenzionali di lattuga verde, la lattuga rossa è già nota per l‘elevato contenuto di polifenoli. Di conseguenza, questa strategia potrebbe offrire una via promettente per sviluppare varietà di lattuga con componenti funzionali personalizzate.
I ricercatori osservano inoltre che la produzione di flavonoidi è altamente sensibile alle condizioni ambientali, tra cui l’intensità luminosa e la temperatura. Poiché le serre consentono ai coltivatori di controllare con precisione questi fattori, i risultati potrebbero contribuire allo sviluppo di varietà di lattuga specializzate e ottimizzate per i sistemi di coltivazione indoor.
La ricerca del gruppo Ezura è finanziata dai seguenti contributi: Programma sulla piattaforma di innovazione aperta con imprese, istituti di ricerca e università, Agenzia giapponese per la scienza e la tecnologia (JSTOPERA, JPMJOP1851).
Abstract
Lattuga a foglia rossa Lattuga verde L. cv. ‘Red Fire’) è una coltura preferita nelle fabbriche di piante con luce artificiale (PFAL) grazie al suo breve ciclo di coltivazione e all’alto contenuto di antocianine, che ne aumenta sia il valore nutrizionale che l’aspetto visivo. Tuttavia, le antocianine influenzano fortemente la colorazione delle foglie e i profili antiossidanti, e i loro livelli sono altamente sensibili all’ambiente luminoso. Pertanto, la modifica mirata della biosintesi dei flavonoidi può fornire una strategia di miglioramento genetico per diversificare la composizione dei pigmenti e i tratti funzionali associati in condizioni PFAL. In questo studio, abbiamo utilizzato CRISPR/Cas9 per eliminare DFR (diidroflavonolo 4-reduttasi), un enzima chiave nella via metabolica delle antocianine. Le linee con genoma modificato sono state generate tramite un sistema a doppio RNA guida, ottenendo un genotipo a foglia rossa modificato con successo. DFR -le linee knockout hanno mostrato una perdita completa della pigmentazione rossa e un fenotipo verde visibilmente distinto. La profilazione dei metaboliti ha rivelato una diminuzione significativa dei livelli di antocianine, accompagnata da un aumento dei livelli totali di flavonoidi in alcune linee. I tratti di crescita, tra cui il peso secco dei germogli e il numero di foglie, non sono stati influenzati in modo significativo, suggerendo che DFR Il knockout non compromette la crescita in condizioni PFAL. Questi risultati evidenziano DFR come obiettivo promettente per la creazione di linee di lattuga con pigmenti modificati per la coltivazione in ambiente controllato, compresi i sistemi PFAL.
Materiale fornito dall’Università di Tsukuba . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Ai Nagamine, Masaki Ono, Osuke Sato, Eiji Goto, Hiroshi Ezura. CRISPR/Cas9-mediated knockout of DFR alters pigmentation and shifts flavonoid accumulation in red leaf lettuce without detectable growth penalties. Frontiers in Genome Editing, 2026; 8 DOI: 10.3389/fgeed.2026.1755922
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