Um dos principais objetivos da biologia da fruta é entender os fatores que influenciam o crescimento e a qualidade da fruta, com o objetivo de manipulá-los para melhorar as características da fruta. Melhoria não é uma questão simples. As frutas estão sendo atacadas por fatores ambientais em constante mudança à medida que as temperaturas aumentam e os patógenos se espalham. Em uma revisão de acesso livre em Annals of Botany, Bertrand Beauvoit e colegas observe também que as mudanças nos gostos dos consumidores também impõem demandas distintas aos criadores por colheitas melhoradas com base em fatores como sabor e durabilidade.

Eles argumentam que os biólogos deveriam examinar metabolismo, os processos químicos que executam e constroem as células da fruta. O metabolismo é um processo diverso nas plantas com flores, mas eles argumentam que a maioria das diferenças se deve ao metabolismo especializado e que o metabolismo primário é semelhante entre as plantas. Escrevendo no artigo, eles dizem: “[C] caracteres como doçura, acidez, teor de nitrogênio e as propriedades antioxidantes das frutas, bem como o rendimento da fruta, são o resultado de uma complexa interação entre transporte, compartimentalização e transformação de metabólitos .”

Diagrama de metabolismo
Representação simplificada do metabolismo primário da fruta. As principais vias primárias e compostos envolvidos no crescimento e qualidade da fruta são representados. Sacarose e aminoácidos representam os principais pools importados. A sacarose é primeiro metabolizada via metabolismo do açúcar, que produz amido e precursores de componentes da parede celular, e o principal antioxidante ascorbato. Uma grande fração de sacarose e/ou hexoses é armazenada no vacúolo. Os fosfatos de hexose, que são intermediários do metabolismo da sacarose, são degradados via glicólise para liberar energia e produzir precursores do ciclo TCA e metabolismo de ácidos graxos. Alternativamente, os fosfatos de hexose são metabolizados via via da pentose fosfato, que produz precursores de nucleotídeos e metabólitos especializados. O ciclo TCA acoplado à respiração libera energia e fornece precursores para a síntese de aminoácidos. Aminoácidos importados, dos quais glutamina, glutamato, aspartato e asparagina são frequentemente as formas dominantes, fornecem esqueletos de nitrogênio e carbono para a síntese de mais aminoácidos. Os principais compostos que influenciam principalmente a qualidade da fruta estão em negrito. Abreviações: P, fosfato; UDP, difosfato de uridina; acetil-CoA, acetil-coenzima A. Imagem Beauvoit et al. 2018. Clique para ampliar.

Observar as plantas em nível celular reverte o processo usual de melhoramento de frutas. As pessoas observaram o fenótipo, a expressão física dos genes, para ver quais são as características mais desejáveis ​​em uma fruta e escolheram as melhores frutas para reprodução. Se você entender a interação entre genes, metabolismo e produto, então é possível entender como as características que você está selecionando interagem.

Beauvoit e seus colegas também argumentam que esse entendimento pode ajudar a melhorar as abordagens de modelagem para o desenvolvimento de frutas. Eles concluem: “Enquanto as abordagens estatísticas são agora amplamente utilizadas na pesquisa de frutas para modelar conjuntos de dados pós-genômicos de alta dimensão, os modelos mecanicistas de metabolismo estão apenas surgindo. É quase certo que, uma vez que esses modelos mecanísticos tenham incorporado fatores ambientais, eles se tornarão extremamente úteis para o avanço do conhecimento do metabolismo de frutas. No entanto, a experimentação em culturas produtoras de frutas costuma ser cara e demorada, especialmente quando se estudam frutas de crescimento lento. Consequentemente, antecipar o máximo possível as necessidades futuras em termos de modelagem pode ser muito útil.”