Perfil metabolómico de tres cultivares de verdolaga (Portulaca oleracea L.) con fertilización nitrogenada en hidroponia, mediante RMN.
Perfil metabolómico de tres cultivares de verdolaga (Portulaca oleracea L.) con fertilización nitrogenada en hidroponia, mediante RMN.
Date
2023-03
Authors
Montoya García, César Omar
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad Autónoma Chapingo
Abstract
La verdolaga (Portulaca oleracea L.) es una planta herbácea consumida en diversas partes
del mundo y México desde tiempos prehispánicos; proporciona aportes sustanciales de
minerales, polisacáridos, ácidos grasos, proteínas, alcaloides, terpenoides, esteroles, fenoles,
flavonoides y vitaminas. Las técnicas metabolómicas basadas en NMR han ampliado el
panorama del potencial alimenticio y medicinal de esta planta. La presente investigación se
divide en tres secciones con los siguientes objetivos: (i) ) mostrar el estado del arte del cultivo
de la verdolaga, con énfasis en el efecto del estrés abiótico, causado por el manejo del cultivo
en condiciones hidropónicas y a campo abierto, sobre el contenido de compuestos bioactivos
con técnicas metabolómicas; (ii) caracterizar el rendimiento y altura, así como, elucidar el
metaboloma de verdolaga de tres cultivares nativos, en función del momento de cosecha (32,
39 y 46 días después de la emergencia) en invernadero; y (iii) elucidar el metaboloma de
verdolaga de tres cultivares nativos, por la aplicación de nitrógeno (0.5, 4.0, 8.0, 12.0 y 16.0
mM N L-1
) en condiciones controladas de hidroponía. El presente estudio se llevó a cabo en
el Estado de México, México (19.491260, -98.872207, 2215 msnm), en condiciones de
invernadero e hidroponía en agosto y septiembre de 2021. Los cultivares de verdolaga
evaluados fueron provenientes de México, de los estados de Morelos, Estado de México y
Ciudad de México, denominados por su zona de producción: Cuautla, Mixquic y
Xochimilco, respectivamente. Se empleó un sistema hidropónico de balsas flotantes. Como
resultado del segundo objetivo se identificaron 5 azucares, 15 aminoácidos, 7 ácidos
orgánicos y 3 isómeros del ácido canfeoilquínico, 2 alcoholes, 3 nucleósidos, entre otros
compuestos; 37 compuestos en los cultivares de verdolaga nativos de Xochimilco y Cuautla,
y 39 en la verdolaga de Mixquic. El análisis de componentes principales (PCA) y el análisis
discriminante de mínimos cuadrados parciales (OPLS-DA) separaron los cultivares en tres
clusters; siendo Mixquic el cultivar con mayor número de compuestos diferenciales
(aminoácidos y carbohidratos) seguido de Xochimilco y Cuautla. Para el momento de
cosecha, se observaron incrementos del metaboloma en las cosechas tardías, los compuestos
diferenciales fueron glucosa, fructosa, galactosa, piruvato, colina y 2-hidroxisobutirato.
Como resultado del tercer objetivo se observaron 41 metabolitos, incluidos 6 carbohidratos,
15 aminoácidos, 11 ácidos orgánicos, 2 alcoholes, 4 nucleótidos, colina, O-fosfocolina y
iii
trigonelina. El análisis de componentes principales (PCA) y el análisis discriminante de
mínimos cuadrados parciales (OPLS-DA) separaron los cultivares en tres clusters de acuerdo
a las dosis de nitrogeno: (i) 8 y 16 mM N; (ii) 0.5 y 4 mM N; y (iii) 12 mM N. Los modelos
de regresión individuales para cada metabolito indicaron efectos crecientes en concentración
en función de la dosis de nitrógeno con excepción del ácido cafeoilquínico; las dosis óptimas
metabolómicas se pudieron encontrar entre 11 y 13 mM N, que a su vez produjo el mayor
rendimiento y altura de la planta. En conclusión (i) la información recabada del estado del
arte de la verdolaga indicó que las técnicas metabolómicas basadas en NMR han contribuido
a dilucidar el metaboloma en condiciones específicas de crecimiento, con hallazgos de
nuevos compuestos bioactivos; (ii), los datos presentados pueden contribuir para seleccionar
el cultivar y el momento cosecha con la finalidad de potencializar el contenido nutricional
de la verdolaga; (iii), con la información generada mediante regresión se logró identificar la
concentración optima metabolómica en función del nitrógeno para producir la mayor
concentración de los metabolitos de interés económico y nutrimental en beneficio de los
productores, consumidores e investigadores.
Description
Tesis (Doctorado en Ciencias en Horticultura)
Keywords
compuestos bioactivos; estrés abiótico; principal component analysis
(PCA); análisis de regresión; concentración optima metabolómica