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- Biochemical markers to predict internal browning disorders in ‘Rocha’ pear during storage under high CO2Publication . Deuchande, Teresa; Larrigaudière, Christian; Guterres, Umbelina; Carvalho, Susana M. P.; Vasconcelos, Marta W.BACKGROUND: The aim of this studywas to identify biochemical markers to predict internal browning disorders (IBD) in 'Rocha' pear. Fruits from five orchards were stored for 45 days under cold air followed by 100 days in browning-inducing controlled atmosphere (CA) conditions (1 kPaO(2) + 10 kPaCO(2)). RESULTS: Relationships between concentrations of ethanol (EtOH), acetaldehyde (AcDH) and ascorbic acid (AA), activities of peroxidase (POX) and polyphenoloxidase (PPO) and IBD incidence were established. The partial least square (PLS) model using the most promising markers, EtOH and AcDH, explained 89% of the variance in IBD incidence, whereas the univariate models based on the same markers explained between 89 and 94%. In contrast, the models based on AA levels and AA depletion rate only explained 57 and 82% of the variance in IBD incidence respectively. Model validation confirmed the robustness of EtOH for the prediction (R-2 = 0.91, RMSE= 11.1) and allowed proposing a threshold level of 30 mu L EtOH L-1 above which IBD may occur. Using this threshold value, the storage time limit associated with the occurrence of the first IBD symptoms was predicted with an acceptable RMSE of 9 days. CONCLUSION: Thiswork clearly identifies biochemical IBDmarkers for ` Rocha' pear and shows that dynamic changes in ethanol concentration during the beginning of storagemay be used to predict IBD development. Therefore the results presented herein represent a major step forward in the prediction of IBD in 'Rocha' pear.
- Impact of elevated CO2 and restricted iron supply on soybean (Glycine max) and common bean (Phaseolus vulgaris) growth and nutritionPublication . Deuchande, Teresa; Soares, Jose; Nunes, Fabio; Pinto, Elisabete; Vasconcelos, Marta
- Dynamic controlled atmosphere for prevention of internal browning disorders in ‘Rocha’ pearPublication . Deuchande, Teresa; Carvalho, Susana; Guterres, Umbelina; Fidalgo, Fernanda; Isidoro, Nelson; Larrigaudière, Christian; Vasconcelos, Marta W.This study aimed to evaluate the potential of two dynamic controlled atmospheres, DCA-CF (chlorophyll fluorescence sensor) and DCA-EtOH (ethanol sensor) when compared to controlled atmosphere (CA), in the prevention of internal browning disorders (IBD) in ‘Rocha’ pear stored under commercial conditions. Pears harvested at optimal maturity were stored for 145 days at 0.5 C and 95% relative humidity, under three atmospheres: (1) CA (3 kPa O2 þ 0.5 kPa CO2), (2) DCA-CF and (3) DCA-EtOH. At the end of storage, fruits in DCA-CF did not develop IBD while fruits in DCA-EtOH had an IBD incidence of 15 and 20% after 125 and 145 days of storage, respectively. The higher incidence of IBD under DCA-EtOH may be related to the higher levels of fermentative metabolites and to the lower ascorbate content. In contrast, the higher levels of ascorbate in DCA-CF showed that this technology contributes to maintaining the fruit's antioxidant potential. Collectively our results suggest that DCA-CF is an effective strategy to prevent IBD in ‘Rocha’ pear. On the contrary, the DCA-EtOH is not suitable to prevent the induction of fermentation and IBD development. The results also suggest that the IBD development in ‘Rocha’ pear is related to fermentative metabolism.
- Growth and nutritional responses of bean and soybean genotypes to elevated CO2 in a controlled environmentPublication . Soares, José; Deuchande, Teresa; Valente, Luísa M. P.; Pintado, Manuela; Vasconcelos, Marta W.In the current situation of a constant increase in the atmospheric CO2 concentration, there is a potential risk of decreased nutritional value and food crop quality. Therefore, selecting strong-responsive varieties to elevated CO2 (eCO2) conditions in terms of yield and nutritional quality is an important decision for improving crop productivity under future CO2 conditions. Using bean and soybean varieties of contrasting responses to eCO2 and different origins, we assessed the effects of eCO2 (800 ppm) in a controlled environment on the yield performance and the concentration of protein, fat, and mineral elements in seeds. The range of seed yield responses to eCO2 was −11.0 to 32.7% (average change of 5%) in beans and −23.8 to 39.6% (average change of 7.1%) in soybeans. There was a significant correlation between seed yield enhancement and aboveground biomass, seed number, and pod number per plant. At maturity, eCO2 increased seed protein concentration in beans, while it did not affect soybean. Lipid concentration was not affected by eCO2 in either legume species. Compared with ambient CO2 (aCO2), the concentrations of manganese (Mn), iron (Fe), and potassium (K) decreased significantly, magnesium (Mg) increased, while zinc (Zn), phosphorus (P), and calcium (Ca) were not changed under eCO2 in bean seeds. However, in soybean, Mn and K concentrations decreased significantly, Ca increased, and Zn, Fe, P, and Mg concentrations were not significantly affected by eCO2 conditions. Our results suggest that intraspecific variation in seed yield improvement and reduced sensitivity to mineral losses might be suitable parameters for breeders to begin selecting lines that maximize yield and nutrition under eCO2.
- Intraspecific variation in the response of bean (Phaseolus vulgaris L.) and soybean (Glycine max L.) genotypes to elevated CO2 in an indoor farming environmentPublication . Soares, Jose; Deuchande, Teresa; Pintado, Manuela; Vasconcelos, Marta
- Internal browning disorders of 'Rocha' pear during long-term storagePublication . Deuchande, Teresa Maria Martins; Vasconcelos, Marta Wilton Pereira Leite de; Larrigaudière, Christian; Beça, Maria Fernanda da Silva Fidalgo Ferro deA pera 'Rocha' (Pyrus communis L.) é uma cultivar Portuguesa que pode ser armazenada em atmosfera controlada (AC) durante 10 meses. No entanto, sabe-se que é suscetível ao acastanhamento interno (AI), uma das principais causas de perdas económicas durante o armazenamento prolongado. Embora muitos estudos tenham sido realizados para melhor compreender o AI em peras, os mecanismos subjacentes não permanecem por elucidar. O objetivo desta tese é investigar os mecanismos fisiológicos, bioquímicos e moleculares envolvidos no desenvolvimento do AI em pera 'Rocha', estabelecendo a base científica para o desenvolvimento de modelos preditivos para o AI e recomendações de manuseio pós-colheita, visando reduzir a incidência de AI em um ambiente regulatório em que as ferramentas químicas convencionais já não se encontram disponíveis. O AI em pera pode ter vários sintomas e foi demostrado que a suscetibilidade da pera para desenvolver este acidente fisiológico é afetada pela maturação dos frutos à colheita. Neste trabalho, os AIs em pera 'Rocha' foram classificados em duas categorias: decomposição necrótica húmida e cavidades secas, que podem coexistir no mesmo fruto. A ocorrência de cavidades foi associada a períodos de armazenamento mais prolongados e à exposição dos frutos a alto CO2. Os resultados mostraram claramente que as peras colhidas tardiamente eram mais suscetíveis ao AI do que as colhidas num estado de maturação precoce ou ótimo. Para o estudo da base bioquímica do AI foram conduzidos três ensaios em três anos consecutivos. Na nossa primeira avaliação, realizada numa base de longo prazo, a fermentação desempenhou um papel importante no AI, mas o sistema antioxidante não. No entanto, no segundo ensaio, realizado numa base de curto prazo, os resultados sugeriram que o AI em pera 'Rocha' era desencadeado por stress oxidativo. Finalmente, no terceiro ensaio, a base bioquímica do AI relacionado com o CO2 em pera 'Rocha' foi estabelecida. Os resultados mostraram que o mecanismo subjacente ao AI em pera 'Rocha' envolve a conjugação de ambos os metabolismos, antioxidante e fermentativo. A partir dos resultados obtidos um mecanismo o para o desenvolvimento do AI relacionada com o CO2 foi proposto. Neste estudo também se analisou pela primeira vez a regulação molecular de genes que codificam enzimas antioxidantes e fermentativas. As diferenças encontradas na regulação da transcrição destes genes apoiaram os dados bioquímicos. Os resultados também mostraram que o armazenamento dos frutos em alto CO2 leva a uma disfunção do sistema antioxidante e que, quando o alto CO2 é combinado com níveis muito baixos de O2 a fermentação é altamente induzida, com ambos os fatores a atuar sinergicamente no desenvolvimento de IBD. Também trabalhamos para identificar marcadores de predisposição dos frutos para desenvolver AI, o que poderá ser útil para uma avaliação precoce do risco de desenvolvimento de AI. Entre os marcadores bioquímicos, os resultados evidenciaram o acetaldeído, o etanol e o ácido ascórbico como os mais promissores, ao passo que, entre os minerais, o cobre (Cu) era o melhor candidato. Em geral, modelos de previsão do AI em pera 'Rocha' foram desenvolvidos e validados neste trabalho, representando um importante passo na previsão do AI em pera 'Rocha'. De forma a encontrar estratégias de controlo eficazes para prevenir o AI em pera 'Rocha' foram realizados três ensaios em dois anos consecutivos. Dois dos ensaios foram realizados no primeiro ano e o outro no ano seguinte. No primeiro ensaio, atmosferas controladas dinâmicas monitorizadas por fluorescência da clorofila (ACD-FC) e etanol (ACD-EtOH) foram avaliadas para a prevenção do AI. Pela primeira vez mostramos que o armazenamento dos frutos em ACD-FC conduz a uma incidência reduzida de AI, sendo esta uma metodologia promissora para o armazenamento prolongado de pera 'Rocha'. Pelo contrário, mostramos também que o armazenamento em ACD-EtOH poderá não ser adequado para prevenir o AI. No segundo e terceiro ensaios, a eficácia do tratamento com 1-metilciclopropeno (1-MCP) e do armazenamento em atmosfera controlada diferida na prevenção do AI foi avaliada. Pela primeira vez, mostrámos que a eficácia do 1-MCP depende da maturidade dos frutos à colheita e que, quando aplicado em frutos tardios, induz uma maior incidência de AI. Os resultados também mostraram que o armazenamento de frutas atmosfera controlada diferida, em contraste com o observado para outras cultivares de pera, não foi eficaz na prevenção do AI em pera 'Rocha', podendo mesmo induzir a sua incidência. Em geral, os resultados obtidos no decorrer desta tese proporcionaram novo conhecimento e uma melhor compreensão do AI em pera 'Rocha'. Os mecanismos bioquímicos subjacentes foram estabelecidos e pistas moleculares foram desvendadas; novas perspetivas para a modelação preditiva do AI foram dadas; uma nova e promissora metodologia para a prevenção do AI foi revelada e as limitações das estratégias de controlo atualmente usadas, quando aplicadas à pera 'Rocha', foram evidenciadas.
- Transcriptional and biochemical regulation of internal browning disorder in 'Rocha' pear as affected by O-2 and CO2 concentrationsPublication . Deuchande, Teresa; Carvalho, Susana M. P.; Giné-Bordonaba, Jordi; Vasconcelos, Marta W.; Larrigaudière, ChristianThe biochemical basis of internal browning disorders (IBD) in ‘Rocha’ pear has been linked to alterations in the antioxidant and fermentative metabolism. In order to further elucidate the involvement of these metabolic pathways on IBD development, we investigated their regulation at a metabolic and transcriptional level in pears that were stored under four distinct conditions: i) cold air (−0.5 °C); ii) standard controlled atmosphere (CA; 2 kPa O2 + 0.5 kPa CO2); iii) high CO2 (2 kPa O2 + 10 kPa CO2), and iv) high CO2 + low O2 (O2-switch: 60 d under high CO2 + 80 d under high CO2 and 1 kPa O2). Only the fruit stored under high CO2 were affected by IBD. The faster depletion of ascorbate in high CO2-stored fruit was associated with the down-regulation of glutathione reductase (PcGR) and ascorbate peroxidase (PcAPX) as well as a down-regulation of monodehydroascorbate reductase (PcMDHAR). The O2-switched fruit had the highest IBD incidence. Increased incidence in this sample was associated to a sharp increase in fermentation immediately after transfer to lower O2 atmosphere suggesting a synergistic effect between high CO2 and low O2 concentrations in IBD development. Overall, our results suggest that biochemical and transcriptional regulation of the antioxidant system affects IBD occurrence in ‘Rocha’ pear, and that fermentation, resulting from fruit exposure to low O2 concentrations, may further promote the browning process.
- Biochemical basis of CO2-related internal browning disorders in pears (Pyrus communisL. cv. Rocha) during long-term storagePublication . Deuchande, Teresa; Larrigaudière, Christian; Giné-Bordonaba, Jordi; Carvalho, Susana; Vasconcelos, Marta W.This study aimed at understanding the biochemical basis of internal browning disorders (IBDs) in 'Rocha' pear. For this purpose, the effects of storage under normal controlled atmosphere (CA) (3 kPa of O2 + 0.5 kPa of CO2) and IBD-inducing CA (1 kPa of O2 + 10 kPa of CO2) on the antioxidant and fermentative metabolisms and polyphenol oxidase (PPO) activity and phenolics concentration were studied. The higher IBD incidence in high CO2-stored fruits was positively correlated with fermentative metabolites and negatively with ascorbate and H2O2 concentrations, and it was linked to PPO activation. These results indicate that both the antioxidant and fermentative metabolisms are involved in the occurrence of IBD in 'Rocha' pear. From the integration of the biochemical and enzymatic data, a schematic model illustrating the effects of high CO2 and low O2 in 'Rocha' pears during long-term storage was constructed.
- Leaf photosynthesis and yield components of several bean genotypes under free-Air CO2 enrichmentPublication . Soares, Jose; Deuchande, Teresa; Muller, Onno; Vasconcelos, Marta
- Mineral concentrations at harvest as novel markers to predict internal browning disorders in ‘Rocha’ pear during storage under high CO 2Publication . Deuchande, Teresa; Carvalho, Susana M. P.; Larrigaudière, Christian; Vasconcelos, Marta W.This study aimed to identify mineral markers at harvest capable of predicting internal browning disorders (IBDs) in pear (Pyrus communis L. cv Rocha) during storage, and develop an IBD predictive model. Fruit from five orchards harvested at two different maturity stages were stored for 45 days in cold air (−0.5 °C) followed by 100 days under controlled atmosphere (CA) (1 kPa O2 + 10 kPa CO2 at −0.5 °C). Concentrations of ten minerals were measured at harvest and a multivariate predictive model using this data was developed. The model explained 78% of variance in IBD incidence during storage and after validation it showed high accuracy (R2 = 0.97; RMSEP = 7.7%). Amongst the ten analysed minerals, copper (Cu), being significantly correlated to IBD incidence during storage, was the most promising IBD marker. This type of model may be a very useful tool to predict at harvest fruit’s sensitivity to IBD during storage allowing the selection of the most adequate storage conditions for the long-term storage of a fruit batch