Quality, nutritional quality and nutraceutical value as a new task for strawberry breeding

In recent times increasing attention has been paid by consumers to the health and nutritional aspects (vitamins contents, mineral elements, antioxidants, etc.) of horticultural products. Fruits and vegetables contain antioxidant compounds, in addition to vitamin C or E and carotenoids, that significantly contribute to their total antioxidant capacity, such as phenolic acids (flavonoids, anthocyanins, tannins ellagitannins ecc.). Berry fruits are one of the richest sources of antioxidant phytochemicals encountered. Among berries strawberry fruit is one of the more attractive, due to its aspects and taste, but lately consumers have also focused their attention on strawberry fruit health-related compounds. For such reason researchers have focus their attention on strawberry fruit nutritional attributes, characterizing fruit bioactive compounds and understanding the physiological development of such compounds. Increasing awareness on multiple genetic and environmental factors affecting production and accumulation of bioactive compounds is observed among agronomic investigators, but these factors are rarely taken in account when fruit is marketed. The assumption underlying the ‘functional fruit’ is that the bioactive compounds in fruit are efficacious for the improvement of health. Rigorous and unprejudiced evaluation of the scientific evidence requires a defined set of criteria and methods of evaluation. The methods available for detecting fruit bioactive compounds can be suggested as fast and reliable tools for screening large breeding populations for high berry nutritional quality. The research carried on in these three years was focused on 1) the development of standardized methods for the evaluation of fruit bioactive compounds of European strawberry fruit germplasm collections, to identify genotypes able to provide new gene sources for increasing fruit nutritional value; 2) the evaluation of fruit nutritional quality of new strawberry genotypes generated by a breeding program based on the comparison of offspring populations originated by inter-specific backcross of F. virginiana spp.glauca and F. x ananassa intra-specific cross, with the aim to produce new genetic material with improved fruit nutritional quality; 3) validation of strawberry fruits antioxidant capacity against oxidative stress in vivo by a strawberry fruit supplementation in a sixteen week long term diet in rats. The results obtained by this multidisciplinary approach state the importance of developing methodologies of fruit nutritional evaluation fast and reliable, because of the main role that nutritional quality is acquiring. The nutritional evaluation of European strawberry collections confirm the importance of genotype in regards to bioactive compounds composition, but also the main role played by environmental conditions and location. Furthermore, the importance of wild genetic resources as new implement in strawberry breeding program aimed to improve fruit nutritional quality, is confirmed. Finally, the efficacy of strawberry antioxidant capacity against oxidative damage in vivo, is stated, even if the effect is strictly linked with the fruit bioactive composition and consequently strawberry genotype. This multidisciplinary approach will allow the release of new varieties able to offer better quality and consumer safety.

Negli ultimi anni i consumatori hanno aumentato l’attenzione rivolta agli aspetti nutrizionali e salutistici (vitamine, sali minerali, antiossidanti, ecc.) legati ai prodotti ortofrutticoli. Il consumo di frutta è stato ampiamente considerata possedere importanti caratteristiche salutari, legate in particolar modo al contenuto di composti antiossidanti, i quali svolgono, all’interno del corpo umano, un’azione protettiva contro le reazioni di ossidazione cellulare. Frutta e verdure contengono composti antiossidanti, oltre alle vitamina C, vitamina E e ai carotenoidi, i quali contribuiscono alla loro capacità antiossidante totale, come i composti fenolici (flavonoidi, antociani, tannini, ellagitannini, ecc). I frutti rossi sono fra i frutti più ricchi in composti fitochimici a carattere antiossidante, tra i frutti rossi la fragola è uno dei più attrattivi, grazie al suo aspetto e alle sue caratteristiche aromatiche, ma ultimamente i consumatori hanno concentrato le loro attenzioni sulle caratteristiche nutrizionali del frutto di fragola. Di conseguenza i ricercatori hanno concentrato il loro interesse verso le caratteristiche nutrizionali del frutto di fragola, allo scopo di caratterizzare i composti bioattivi del frutto per capire come tali composti vengono sintetizzati all’interno della matrice del frutto. È in costante aumento l’interesse rivolto verso i multipli fattori genetici e ambientali che interagiscono sulla produzione e accumulo dei composti nutrizionali del frutto di fragola, anche se tali fattori non sono tenuti in considerazione durante la fase di commercializzazione. Il presupposto di “frutto funzionale” sottolinea che i composti bioattivi presenti nel frutto siano efficaci per la salute del consumatore. La valutazione rigorosa delle prove scientifiche richiede la definizione di un set di criteri e metodi per la valutazione delle caratteristiche nutrizionale del frutto di fragola. Le metodologie per la determinazione dei composti bioattivi dei frutti possono essere considerate strumenti veloci e affidabili per lo screening di larghe popolazioni ottenute da programmi di miglioramento genetico al fine di ottenere genotipi di fragole ad elevato valore nutrizionale. La ricerca sviluppata durante il corso di dottorato è stata incentrata nello 1) sviluppo di metodologie standardizzate di analisi nutrizionale sul frutto di fragola valutata su tre campi di collezione germoplasma fragola; 2)valutazione della qualità nutrizionale di nuovi genotipi di fragola generati da programma di miglioramento genetico utilizzando re-incroci interspecifici di F. virginiana spp. glauca e incroci intra-specifici di F. x ananassa, al fine di produrre nuovo materiale genetico con elevate caratteristiche nutrizionali; 3) validazione della capacità antiossidante del frutto di fragola valutata in vivo su ratti sottoposti ad elevato stress ossidativo. I risultati ottenuti tramite questo approccio multidisciplinare conferma l’importanza dello sviluppo di metodologie di analisi rapide ed efficaci per la valutazione delle componenti nutrizionali del frutto di fragola, grazie al maggior interesse che le caratteristiche nutrizionali stanno acquistando. La valutazione delle caratteristiche nutrizionali nelle collezioni germoplasma fragola europee conferma l’importanza del genotipo riguardo alla composizione dei composti bioattivi nel frutto, ma anche il ruolo importante svolto dalle condizioni ambientali e dalla regionalità. Inoltre è confermata l’importanza delle specie selvatiche come nuovo strumento nello sviluppo di programmi di miglioramento genetico al fine di incrementare la qualità nutrizionale del frutto. In fine è provata l’efficacia del potere antiossidante del frutto di fragola contro il danno provocato dallo stress ossidativo in vivo, ance se efficacia dell’effetto antiossidante è strettamente legato con i composti bioattivi presenti nel frutto e conseguentemente con il genotipo. Questo tipo di approccio multidisciplinare permetterà il licenziamento di nuove varietà capaci di offrire frutti di alta qualità e sicuri per il consumatore.