Aquaporins involvement in the regulation of melon (Cucumis melo L.) fruit cracking under different nutrient (Ca, B and Zn) treatments

Resumo

O craqueamento do melão é uma fisiopatia que está associada a alterações internas e externas pela alteração do equilíbrio hídrico e da homeostase de nutrientes no fruto. As aquaporinas são canais para água e outros pequenos solutos e estão potencialmente envolvidas na regulação do craqueamento do melão. Neste trabalho, estudamos a concentração mineral e a expressão de todas as aquaporinas em polpa de melão não fissurada e fissurada no controle e após aplicação de tratamentos minerais foliares (Ca+B+Zn e B+Zn) em condições de campo. Além disso, medimos o transporte mineral de algumas aquaporinas para conectá-lo ao craqueamento. Os resultados mostraram que ambos os tratamentos poderiam melhorar a incidência de fissuras. A determinação dos elementos minerais mostrou aumento nos teores de B, Ca, Si e Zn em melões não craqueados tratados com Ca+B+Zn. Nas condições de controle, apenas NIP2;2 e NIP5;1 tiveram um aumento significativo na expressão em melões rachados em comparação com os não rachados, apontando para o seu envolvimento na fissuração. Além disso, pudemos verificar que a alta expressão de PIP1;1, PIP1;2 e TIP1;1, que são canais de água eficientes, esteve envolvida nas alterações observadas na incidência de fissuras. Por fim, ensaios de transporte em oócitos foram realizados com isoformas selecionadas, destacando-se a atividade do canal de água de NIP2;2 e NIP5;1, a atividade do canal B de TIP1;3, TIP1;2, NIP1;1 e NIP2;2, e o Si atividade do canal de NIP2;2. Concluindo, ambos os tratamentos foliares eficazes para evitar rachaduras apontam para as aquaporinas PIP1;1, PIP1;2, TIP1;1 e NIP5;1 e NIP2;2 como possíveis marcadores moleculares.

Abstract

Melon cracking is a physiopathy that is associated with both internal and external changes by the alteration of the water balance and nutrient homeostasis in the fruit. Aquaporins are channels for water and other small solutes, and they are potentially involved in the regulation of melon cracking. In this work, we studied the mineral concentration and expression of all aquaporins in non-cracked and cracked melon pulp in control and after the application of foliar mineral treatments (Ca+B+Zn and B+Zn) in field conditions. Also, we measured the mineral transport of some aquaporins to connect it to cracking. The results showed that both treatments could ameliorate the incidence of cracking. Mineral elements determination showed increases in B, Ca, Si and Zn content in non-cracked Ca+B+Zn treated melons. In control conditions, only NIP2;2 and NIP5;1 had a significant increase in expression in cracked melons compared with non-cracked ones pointing to their involvement in cracking. Furthermore, we were able to verify that the high expression of PIP1;1, PIP1;2 and TIP1;1, which are efficient water channels, was involved in the changes observed in cracking incidence. Finally, transport assays in oocytes were performed with selected isoforms, highlighting the water channel activity of NIP2;2 and NIP5;1, the B channel activity of TIP1;3, TIP1;2, NIP1;1 and NIP2;2, and the Si channel activity of NIP2;2. In conclusion, both effective foliar treatments for avoiding cracking point to the PIP1;1, PIP1;2, TIP1;1 and NIP5;1 and NIP2;2 aquaporins as possible molecular markers.