Perfil metabolómico de tres cultivares de verdolaga (Portulaca oleracea L.) con fertilización nitrogenada en hidroponia, mediante RMN.

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.