L'uso delle piante per indirizzare la sintesi di metaboliti secondari con proprietà salutari ha mostrato diversi vantaggi rispetto ad altre tecnologie di produzione disponibili. L'ingegneria genetica è lo strumento più comunemente usato per generare linee di piante con le concentrazioni di sostanze chimiche desiderate. Tuttavia, l'uso di queste piante geneticamente modificate è limitato, perché nella maggior parte dei casi vengono considerate come potenziali rischi biologici. Tenendo conto di ciò, è necessario trovare tecnologie alternative per la produzione di composti bioattivi. L'applicazione di stress abiotici in post-raccolta a frutta e verdura fresca, induce l'accumulo di antiossidanti. Questo approccio può essere sfruttato come valida alternativa alla manipolazione genetica, anche se sappiamo ancora poco sulla base fisiologica e molecolare per l'accumulo di antiossidanti come una risposta allo stress. Ampliare le conoscenze scientifiche in questo settore è fondamentale per applicare le strategie migliori al fine di utilizzare le colture come biofabbriche di composti desiderati. L'uso di stress abiotici in post-raccolta sulle colture per la produzione di metaboliti secondari con proprietà salutari, è di interesse scientifico, economico e sociale.
Un gruppo di ricerca ha già dimostrato che le carote rispondono allo stress da ferita con la produzione di composti fenolici accumulando principalmente acidi idrossicinnamici. È stato anche osservato che che l'accumulo indotto dalla ferita dei singoli composti fenolici, può essere influenzato dall'applicazione di uno stress abiotico supplementare provocando modificazioni nella quantità totale e nel tipo di composti fenolici accumulati. Questa strategia viene oggi proposta come alternativa all'ingegneria genetica.
Le informazioni ottenute dalle ricerche in questo settore sono utili per i coltivatori interessati a trovare usi alternativi per i loro raccolti. Ad esempio, i contadini potrebbero utilizzare i prodotti freschi che non soddisfano gli standard di qualità (che vengono quindi, usualmente, scartati), come materiale di partenza per la produzione di composti fenolici. Negli ultimi anni, l'uso di piante per la produzione di composti chimici con proprietà salutari è in forte aumento. Numerose colture, come la patata, il riso, il pomodoro, sono stati geneticamente modificati per produrre alti livelli di antiossidanti. Tuttavia, l'ingegneria metabolica è tecnicamente complessa e la vasta coltivazione di colture geneticamente modificate è stata messa in discussione a causa di potenziali problemi ambientali e di sicurezza. L'utilizzo di stress abiotici è invece una tecnologia pratica ed efficace che permette l'accumulo di antiossidanti nelle piante. Tra questi, i composti fenolici sono stati identificati come quelli con il più alto potenziale per la protezione contro le malattie degenerative.
L'effetto dei diversi stress abiotici post-raccolta (ferimento, luce UV, iperossia, applicazione esogena di etilene) sull'accumulo di composti fenolici in frutta e verdura è stato oggetto di vari studi.
Reyes e Cisneros-Zevallos hanno valutato l'accumulo di composti fenolici nelle patate viola sottoposte a vari stress. Gli autori hanno determinato che le sole ferite hanno indotto un accumulo di polifenoli totali il 60% maggiore rispetto al controllo. Tuttavia, le basi fisiologiche e molecolari di questa risposta allo stress rimangono sconosciute.
Da diversi altri studi, è stato determinato che la carota possiede un tessuto che risponde a diversi stress abiotici. Pertanto, la carota è stata utilizzata in numerose indagini come sistema modello per studiare in dettaglio l'effetto dell'applicazione di diversi stress abiotici. Gli autori hanno determinato che aumentando l'entità della ferita, aumenta di pari passo l'accumulo di composti fenolici nei tessuti.
Jacobo-Velázquez et al. hanno studiato un approccio per valutare l'uso potenziale di carote come biofabbriche di composti fenolici. Questo metodo prevede l'applicazione di condizioni estreme di stress in frutta e verdura per produrre alti livelli di composti fenolici come risposta allo stress. I composti fenolici prodotti come risposta allo stress possono essere sottoposti a lavorazione successiva e utilizzati dalle industrie farmaceutiche per l'inserimento in integratori alimentari.
Al momento, dopo aver inferto delle ferite, l'applicazione di etilene (ET), acido jasmonico (JA) e di specie reattive dell'ossigeno (ROS) è stata dimostrata incentivare la produzione e l'accumulo di composti fenolici. Il ruolo metabolico di questi promotori, tuttavia, non è ancora chiaro. L'attivazione del metabolismo primario può essere cruciale per la biosintesi di metaboliti secondari, poiché genera gli scheletri di carbonio (amminoacidi aromatici) necessari per la produzione di metaboliti secondari.
La ferita regola l'espressione dei geni connessi con la biosintesi di metaboliti secondari con proprietà salutari. Il coinvolgimento di ET, JA, e ROS sull'accumulo di questi metaboliti è anch'esso evidente. Il corpus degli studi ha dimostrato che queste molecole di segnalazione giocano un ruolo importante nella produzione e l'accumulo di composti nei tessuti vegetali feriti.
Tuttavia, per il futuro sfruttamento commerciale di questa scoperta c'è bisogno di affrontare diverse questioni e fattori tra cui la comprensione dei meccanismi molecolari dei segnali di stress, gli effetti sulle diverse categorie di composti bioattivi, la risposta alle sollecitazioni delle varie colture, l'eventuale crescita microbica durante le applicazioni di stress. Si tratta di una nuova area di studi indubbiamente affascinante, dove è ancora necessaria molta ricerca.
