Introducción: La enfermedad del hígado graso no alcohólico (NAFLD) es la alteración hepática de mayor prevalencia en los países occidentales y se caracteriza principalmente por la acumulación de lípidos en el hígado en ausencia de un consumo excesivo de alcohol. La obesidad, diabetes tipo 2, dislipemia e hipertensión suponen importantes factores de riesgo, hasta tal punto que la NAFLD es considerada la manifestación hepática del síndrome metabólico. La fisiopatología de la NAFDL comprende alteraciones tales como la acumulación de triglicéridos en el hígado -consecuencia de la resistencia a la insulina-, que junto con procesos de estrés oxidativo, peroxidación lipídica y aumento de la producción de citoquinas proinflamatorias pueden conducir a complicaciones como esteatohepatitis (NASH), fibrosis o incluso cirrosis. Los factores dietéticos pueden modular la esteatosis hepática. De hecho, la modificación del estilo de vida, incluyendo dieta y ejercicio, es crucial para conseguir importantes mejoras. En este sentido, la dieta mediterránea se ha propuesto como estrategia dietética para esta enfermedad por su abundancia en frutas y verduras y menor ingesta de grasas saturadas y azúcares refinados. Entre los alimentos que forman parte de esta dieta, los tomates son una importante fuente natural de antioxidantes, especialmente de licopeno. Estudios previos han mostrado que el consumo de tomates y productos derivados fortalecen el sistema antioxidante e inhiben la peroxidación lipídica en humanos. Además, se ha observado un efecto preventivo del desarrollo de NASH inducida por la ingesta de una dieta alta en grasa en modelos animales, así como un efecto inhibitorio de la peroxidación lipídica en el hígado de los mismos, tras la ingesta de licopeno. Objetivo: El principal objetivo de la presente Tesis Doctoral fue evaluar el efecto del consumo de zumo de tomate sobre el metabolismo lipídico en el hígado para explicar los posibles mecanismos de acción del licopeno procedente del tomate in vivo. Para ello, se llevaron a cabo 2 experimentos empleando ratas Sprague Dawley. El primero se llevó a cabo con ratas normocolesterolémicas, y el segundo en ratas con esteatosis inducida mediante el consumo de una dieta de alto contenido en grasa y colesterol. Diseño experimental: En el estudio 1, 24 ratas macho de 12 semanas fueron divididas aleatoriamente en tres grupos (n=8) y alimentadas durante 3 semanas con dieta estándar de roedor y diferentes bebidas: agua (grupo control), zumo de tomate comercial con bajo contenido en licopeno (grupo 1) y zumo de tomate comercial con alto contenido en licopeno (grupo 2). Tras el sacrificio se extrajeron muestras de sangre e hígado. Además, se recogieron muestras de heces al inicio y final del periodo experimental. En el segundo estudio, 24 ratas macho de 8 semanas de edad fueron divididas aleatoriamente en cuatro grupos (n=6) y alimentadas durante 5 semanas del siguiente modo: dieta estándar y agua (NA) o zumo de tomate (NL), dieta alta en grasa y colesterol y agua (HA) o zumo de tomate (HL). Tras este periodo, los animales fueron sacrificados y se extrajeron muestras de sangre, tejido adiposo, aorta e hígado. Además, se recogieron muestras de orina y heces semanalmente. Resultados: En el estudio 1, se observó un aumento de las concentraciones de colesterol HDL tras el consumo de tomate. A pesar de que las concentraciones de colesterol en el hígado fueron muy similares en los tres grupos, se observó una menor actividad de la enzima HMG-CoA –enzima limitante de la síntesis de colesterol- en hígado en el grupo 2. Respecto a los ácidos grasos de cadena corta analizados en heces, únicamente se halló una concentración de butirato significativamente mayor en el grupo 2. En el estudio 2, se observó esteatosis en grado 2 en las muestras de hígado de los grupos alimentados con dieta grasa (HA, HL), que se confirmó por las elevadas concentraciones de las enzimas alanina aminotransferasa y aspartato aminotransferasa, el examen histológico y la presencia de dislipemia. Tras el consumo de tomate se observó una mejoría en la concentración de colesterol HDL en el grupo HL en comparación con HA y una disminución del estrés oxidativo, revelada por la reducción de isoprostanos en orina. En el grupo HL se observó una sobreexpresión de varios genes relacionados con el transporte de ácidos grasos, la hidrólisis lipídica y la β-oxidación mitocondrial y peroxisomal, lo que sugiere una mejoría en el metabolismo lipídico hepático asociada a la ingesta de tomate. Por otra parte, se observó una interesante modificación del perfil peptidómico urinario en el grupo HL, quedando este en una situación intermedia entre los grupos N y el grupo HA, lo cual evidencia que el consumo de zumo de tomate mejora el patrón metabólico en el grupo alimentado con dieta alta en grasa, dirigiéndolo hacia un estado más fisiológico Conclusiones: Estos resultados sugieren que el licopeno procedente del zumo de tomate ejerce un efecto protector frente a la NAFLD y por tanto, el tomate y derivados deberían ser considerados dentro de las estrategias dietéticas recomendadas para su tratamiento. Sin embargo, se necesitan más estudios para elucidar los mecanismos de acción del licopeno en el metabolismo lipídico del hígado, así como para desarrollar un panel de biomarcadores específicos que permitan el diagnóstico y prevención de NAFLD. / ABSTRACT Background: Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is the most common liver disorder in Western countries with a high prevalence. It covers a spectrum ranging from hepatic steatosis to steatohepatitis (NASH), fibrosis and cirrhosis. Obesity, type 2 diabetes, dyslipidaemia and hypertension are most important risk factors; in fact, NAFLD is considered the hepatic manifestation of metabolic syndrome. The hallmark of NAFLD is hepatic lipid accumulation in the absence of significant ethanol consumption. Two steps or hits have been proposed for the pathophysiology of NAFLD and NASH: the first hit is owed to the triglycerides accumulation as consequence of insulin resistance. The second hit includes oxidative stress, lipid peroxidation, increased cytokine production and inflammation, resulting in NASH. Dietary factors may modulate liver steatosis. Indeed, lifestyle modification including diet and exercise are crucial to achieve significant improvements. In this regard, the Mediterranean diet has been suggested as the dietary strategy for this disease due to the high consumption of plant-based foods and low intake of saturated fats and refined sugars. Tomato products are a dietary source of natural antioxidants, especially, lycopene. Previous studies have shown the consumption of tomatoes and tomato products strengthened the antioxidant system and inhibited lipid peroxidation in humans. Moreover, lycopene has displayed to have a preventive effect on the development of NASH induced by a high fat diet in animal models, as well as, an inhibitory effect of lipid peroxidation in the liver tissues. Objective: On this basis, the main objective of the present Doctoral Thesis was to evaluate the effect of tomato juice on liver lipid metabolism in order to elucidate the possible mechanisms of action of tomato lycopene in vivo, using a Sprague Dawley rat model. For that, we carried out 2 experiments involving the intake of tomato juice; firstly with rats fed a standard rodent diet and secondly with rats with diet-induced hepatic steatosis (high-fat and high cholesterol diet). Experimental design: In study 1, 24 male Sprague Dawley rats (12 weeks old) were randomly divided in three groups (n=8) fed to standard diet for rodents and different drink as follows: control group (tap water as drink), group 1 (commercial tomato juice with a low content of lycopene) and group 2 (commercial tomato juice with a high content of lycopene). After three weeks, rats were sacrificed and blood and liver samples were collected. Furthermore, faeces samples were collected and the beginning and at the end of the experimental period. In study 2, 24 male Sprague Dawley rats (8 weeks old) were randomly divided in four groups (n=6) fed to standard diet (N) or hypercholesteraemic and high fat diet (H) for 5 weeks and were provided water (A) or tomato juice (L) as drink. After this period, rats were sacrificed and blood, adipose tissue, aorta and liver samples were collected. Moreover, urine and faeces samples were collected weekly. Results: In study 1, significant differences were found in HDL-cholesterol between control and experimental groups, being higher in latter groups. Despite of cholesterol levels in liver were very similar in three groups, an inhibitory effect of the activity of HMG-CoA-R in liver was shown in group 2. Finally, regarding short chain fatty acids (SCFA) analysed in the faeces, only a significantly higher concentration of butyrate was observed in group 2. In study 2, steatosis grade 2 was observed in groups H which was confirmed by the levels of plasma alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST), histological examination and presence of dyslipidaemia. A significant improvement of HDL-c was observed in HL compared with HA, as well as an alleviation of oxidative stress through reduction of urine isoprostanes. In relation to fatty acid gene expression analysed in liver, an overexpression of several genes related to fatty acid transport, lipid hydrolysis and mitochondrial and peroxisomal β-oxidation was observed in HL. Interestingly, tomato juice intake partially reverted the metabolic pattern from a high-fat diet to a standard diet even in metabolites not related to the redox state. Furthermore, tomato juice consumption originated an interesting modification in patterns of urinary peptidomic biomarkers in group HL, staying in an intermediate position between group N and HA. Conclusions: In summary, these results suggest that lycopene from tomato juice has a protective effect on NAFLD and therefore, tomato and tomato products should be taken into consideration in the dietary strategies of treatment of NAFLD. However, further researches should be carried out to elucidate the mechanisms of lycopene in liver lipid metabolism in NAFLD and to develop a panel of specific peptidomic biomarkers to lead an early diagnosis and prevention of NAFLD.

La salinidad está considerada como uno de los principales factores limitantes de la producción agrícola. Ante las predicciones del aumento de la población a nivel mundial con el consiguiente incremento de la demanda de alimentos, y los efectos negativos del cambio climático sobre la productividad de los cultivos de interés agronómico, como tomate (Solanum lycopersicum), un objetivo prioritario en la investigación en biología vegetal en la actualidad es avanzar en el conocimiento de los mecanismos y genes implicados en la tolerancia a la salinidad. Una de las estrategias más interesantes para abordar el anterior objetivo es el análisis de mutantes. Esta tesis se enmarca dentro del programa de mutagénesis insercional llevado a cabo por los grupos de investigación del IBMCP (Valencia), UAL (Almería) y CEBAS (Murcia), donde se han generado colecciones de mutantes de tomate cultivado y silvestre. Uno de los objetivos de este trabajo ha sido la identificación y caracterización de mutantes de la especie silvestre Solanum pennellii. La identificación de mutantes en una especie filogenéticamente relacionada con tomate, y que presenta características morfológicas muy diferentes al tomate cultivado y altos niveles de tolerancia al estrés abiótico, puede ser la mejor elección para identificar genes y procesos determinantes de la tolerancia a la salinidad. Respecto a los mutantes de S. pennellii, los cambios morfológicos y fisiológicos observados en el mutante sl-1 (succulent leaves-1) en ausencia de estrés están asociados a una menor perdida de agua por transpiración, y a un mantenimiento de la homeostasis de Na+ y K+ frente al estrés salino. Por el contrario, el mutante hipersensible a sal shp-1 (salt hypersensitive pennellii-1) experimentaba una mayor pérdida de agua por transpiración y una elevada acumulación de Na+ en las hojas durante el periodo de exposición a la sal. La caracterización de ambos mutantes ha puesto de manifiesto que la regulación de la pérdida de agua es un mecanismo clave en la tolerancia a la salinidad. En este trabajo también se ha abordado la caracterización de mutantes de tomate generados a partir del cultivar Moneymaker. A nivel fenotípico y fisiológico, el mutante hipersensible a la salinidad she-1 (salt hypersensitive esculentum-1) mostraba una respuesta similar a la observada en el mutante shp-1 de S. Pennellii, con alta acumulación de Na+ en sus hojas. Sin embargo, la sensibilidad a la sal del mutante she-1 parece estar relacionado con la alteración en los niveles de expresión de los genes SlHKT1s implicados en el transporte de Na+ a la parte aérea. Además, mediante injertos recíprocos se observó que la raíz es el órgano responsable de la sensibilidad a la sal del mutante she-1. Finalmente, se ha abordado la caracterización de un mutante que tiene anulada la expresión del gen CBL10 (CALCINEURIN B-LIKE PROTEIN 10) de tomate. El mutante cbl10 es hipersensible al estrés salino a pesar de que la acumulación de Na+ en las plantas del mutante es menor que en las plantas no transformadas de Moneymaker y mantiene mayores niveles de K+ con la salinidad, lo que sugiere que la capacidad de acumular Na+ en vacuolas está alterada en el mutante y por tanto se alcanzan antes niveles citotóxicos del ion en el citoplasma. Además, el mutante tiene alterada la distribución de Na+ entre hojas jóvenes y adultas, produciéndose un mayor transporte de Na+ a los tejidos en desarrollo, que puede causar el colapso apical detectado en el mutante tras su exposición a la salinidad. Otra alteración fisiológica provocada por la anulación del gen SlCBL10 es una reducción de la pérdida de agua vía transpiración en condiciones de estrés. Además, la menor transpiración está asociada a una alteración en la homeostasis de Ca2+ y a cambios en el perfil de expresión del transportador de Ca2+ vacuolar SlCAX1, tanto en condiciones salinas como en ausencia de las mismas. Mediante injertos se ha demostrado que el principal órgano responsable de la sensibilidad del mutante cbl10 al estrés salino es la parte aérea, ya que solo muestran sensibilidad a sal las plantas injertadas con el mutante cbl10 como esqueje, pero no cuando éste es utilizado como portainjerto. Este resultado sugiere que SlCBL10 podría tener una función diferente en parte aérea y raíz, siendo su función en la parte aérea la implicada en la tolerancia a la salinidad en tomate. Además, la alteración de la homeostasis de Ca2+ en la parte aérea nos lleva a proponer como papel del gen SlCBL10 su participación en la regulación de la homeostasis de Ca2+, siendo esta función crucial para la tolerancia del tomate al estrés salino. / ABSTRACT Salinity is considered as one of the major limiting effects on agriculture production. Keeping in mind the predictions about the rise of world population resulting in an increase in food demand, and the negative effects of climate change on the productivity of plants of agronomic interest, such tomato (Solanum lycopersicum), one current critical aim in plant biology research is to advance in the knowledge of genes and mechanisms involved in salt tolerance in plants. One of the most interesting strategies to approach this goal is the analysis of mutants. This PhD thesis is framed within the insertional mutagenesis programme carried out by the Spanish research groups from IBMCP (Valencia), UAL (Almeria) and CEBAS (Murcia), where mutant collections have been generated in domesticated tomato and in wild-related species. One of the objectives of this research work has been the identification and characterization of mutants of the tomato wild species Solanum pennellii. The identification of mutants in a species phylogenetically related with tomato that exhibits so different morphological characteristics and high levels of tolerance to abiotic stress could be the best choice to identify genes and processes determining tolerance to salinity. Regarding S. pennellii mutants, the morphological and physiological alterations observed in the sl-1 (succulent leaves-1) mutant in absence of stress are associated to a lower transpirational water loss and a better maintenance of Na+ and K+ homeostasis when confronted to salt stress. On the contrary, the salt hypersensitive shp-1 (salt hypersensitive pennellii-1) mutant suffered a higher transpirational water loss and an elevated accumulation of Na+ in leaves during the period of exposition to salt stress. The characterization of both mutants has revealed that regulation of water loss is a key mechanism in salt stress tolerance. In this research work it has also been approached the characterization of tomato mutants generated in Moneymaker commercial cultivar. At phenotypical as well as physiological level the salt hypersensitive she-1 (salt hypersensitive esculentum-1) mutant showed a similar response to the one observed in shp-1 S. pennellii mutant: a remarkable increase in Na+ accumulation in leaves. However, the susceptibility to salt of she-1 mutant seems to be related to the alteration in the levels of expression of SlHKT1 genes involved in the Na+ transport from root to shoot. Moreover, it was observed by reciprocal grafting that the root was the responsible organ for the salt sensitivity of she-1 mutant. Finally, it has been approached the characterization of a mutant that exhibits a knock-out expression of CBL10 (CALCINEURIN B-LIKE PROTEIN 10) tomato gene. The cbl10 mutant is hypersensitive to salt stress in spite of the fact that Na+ accumulation in mutant plants is lower than in untransformed WT ones and it upholds higher levels of K+ in salt stress condition. These observations suggest that ability to accumulate Na+ in vacuoles is compromised in the mutant and therefore cytotoxic levels of the ion in the cytoplasm are reached earlier in cbl10 than in WT. What is more, the distribution of Na+ between young and adult leaves is altered in the mutant, since a higher transport of the ion to developing tissues occurred in cbl10. This behavior could be the cause of the apical meristem collapse detected in the mutant plant after exposition to salt stress. Another physiological alteration induced by knocking out SlCBL10 gene is the reduction of water loss via transpiration in stressful conditions. Moreover, the lower transpiration is associated with a perturbation in Ca2+ homeostasis and with changes in the gene expression profile of the vacuolar Ca2+ carrier SlCAX1, in salt stress as well as in non-stressful conditions. Grafting experiments demonstrated that the main responsible organ for the salt stress sensitivity in cbl10 mutant is the shoot, as only grafted plants using cbl10 as scion exhibited such sensitivity, which is not observed when cbl10 is used as rootstock. This result suggests that SlCBL10 could have a different function in shoot and in root, being the function in shoot the one involved in salt tolerance in tomato. Also the alteration of the Ca2+ homeostasis in the shoot of cbl10 mutant lead us to propose a role for SlCBL10 in the regulation of Ca2+ homeostasis, being this potential function a crucial one for tolerance of tomato to salt stress.

El tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) es uno de los frutos más ampliamente consumidos, siendo España el segundo productor de tomate de Europa. La calidad de los tomates viene principalmente determinada por la apariencia, la firmeza, el sabor y el valor nutritivo. Después de la cosecha, la maduración del fruto continua, pudiendo provocar una pérdida de calidad, por esta razón es muy importante determinar el momento óptimo del corte del fruto. La gestión de una agricultura sostenible, implica la aplicación de materia orgánica al suelo como alternativa a la fertilización mineral, esto requiere un mejor conocimiento de los procesos que ocurren después de incorporar los fertilizantes orgánicos al suelo. Además, el acolchado de polietileno para cultivo permite mejorar la producción temprana, controlar las malas hierbas, reducir la lixiviación de nutrientes y favorecer la temperatura del suelo y la humedad. En zonas áridas y semiáridas, como en la que se ha llevado a cabo el estudio, el agua de riego es un factor de producción importante, de manera que su uso eficaz es vital. El ensayo se realizó sobre tres variedades de tomate para industria, estudiando la influencia de la aplicación de enmienda orgánica, el empleo de plástico de cultivo y el uso de distintas dosis de riego sobre el sistema suelo-planta-fruto, como base para una gestión sostenible de dichos agrosistemas. Se estudió la influencia del cultivo en las propiedades del suelo en todos sus horizontes; la disponibilidad de nutrientes en la solución del suelo en función del abonado efectuado; el estado nutricional del cultivo a partir del contenido foliar de nutrientes a lo largo del ciclo de desarrollo; los parámetros físicos y químicos más importantes para la caracterización adecuada de la calidad del fruto y para definir el momento de recolección más adecuado. Por último, se evaluó la producción de los distintos ensayos efectuados, para determinar los factores más influyentes. En base a los resultados obtenidos, desde el punto de vista morfológico, el perfil del suelo se ha visto alterado como consecuencia de las labores de cultivo, aumentando el contenido de nutrientes en todos los perfiles, en especial en el horizonte Ap, mejorando su fertilidad. Podemos afirmar que el uso de enmiendas orgánicas no supone ningún déficit de nutrientes en la solución del suelo y, por tanto, en la capacidad de absorción de nutrientes por parte de las plantas, más bien todo lo contrario, ya que incrementa la concentración de algunos macronutrientes. La concentración foliar de nutrientes no se ve afectada de forma significativa, lo que demuestra una correcta asimilación de los nutrientes por la planta, sin evidencias de déficit nutricional en ningún tratamiento. El contenido de nutrientes en el fruto de tomate (var. Nautilus), presentan valores óptimos para su desarrollo en todos los tratamientos estudiados. El aumento del nivel de riego produce un efecto dilución, disminuyendo la concentración de sólidos solubles totales y la acidez en los frutos de tomate, mostrando esta misma tendencia el índice de madurez. La utilización de fertilizantes orgánicos aumenta el contenido de sólidos solubles totales y la acidez del fruto, obteniéndose frutos de alta calidad y con buenas características organolépticas. Se ha comprobado que, los frutos con valores de masa más elevados son los sometidos a un nivel de riego óptimo y fertilizante orgánico mezcla de turba y estiércol. El resto de parámetros físicos, aumentan con la dosis riego y con el uso de enmiendas orgánicas. Los valores más elevados para las tres coordenadas CIELAB (L*, a* y b*) y los atributos cromáticos (H*, C* y S*), corresponden a los frutos con un cuaje más temprano, siendo estos los cultivados con enmienda orgánica mezcla de estiércol-turba. La variedad Ercole es la más productiva de las tres variedades ensayadas. El nivel de riego afecta de forma positiva a la producción de tomate para industria, de tal manera que aumenta conforme lo hace el nivel de riego en ambas campañas de cultivo. Para los tres niveles de riego, la mayor producción corresponde a los tratamientos con enmienda orgánica y con acolchado. / Tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) is one of the most widely consumed fruit, being Spain the second largest producer of tomatoes in Europe. The quality of tomatoes is mainly determined by appearance, firmness, flavor and nutritional value. After harvest, fruit ripening continues, which may cause a loss of quality, and for this reason, it is very important to determine the optimum ripening time. The management of a sustainable agriculture, involves the application of organic matter to the soil as an alternative to mineral fertilization, this needs a better knowledge of the processes that happen after incorporating the organic fertilizers into the soil. In addition, polyethylene mulch improves early production, weed control, reduce nutrients leaching and it encourages soil temperature and moisture. In arid and semi-arid areas, such as the one in which has been carried out the study, the efficient use of irrigation water is essential. This assay was conducted on three varieties of processing tomato, studying the influence of the application of organic fertilizers, the use of black polyethylene mulches and three different levels of drip irrigation on the soil-plant-fruit system, as a basis for a sustainable management of these agroecosystems. In this trial, we had studied the influence of the crop in soil properties; the availability of nutrients in the soil solution based on the type of fertilizer; the nutritional status of the plant, knowing the foliar nutrient content during crop development; the most important physical and chemical parameters for the characterization of the fruit quality and to define the optimum ripening time. Finally, it was studied the production of the different treatments in three varieties of processing tomato to determine the most influential factors. Based on the results obtained, from the morphological point of view, the soil profile has been altered as a result of the work of cultivation, increasing the nutrient content in all profiles, especially in the Ap horizon, improving its fertility. We can say that the use of organic matter does not mean a deficit of nutrients in the soil solution and, therefore, in the nutrients absorption capacity of the plants, rather the opposite, because that increases the concentration of some macronutrients. The foliar concentration of nutrients is not affected in a significant way, which shows a correct assimilation of the nutrients for the plant, no evidence of nutritional deficit in any treatment. The nutrient content in the tomato fruits (cv. Nautilus), presents optimum values for their development in all of the treatments studied. Concerning the chemical properties, the total soluble solids content and total acidity were lower for superior irrigation levels, showing the maturity index this same trend. The use of organic fertilizers increases the content of total soluble solids and the acidity of the fruit, resulting a high quality fruits, with good organoleptic properties It was found that fruits with higher mass values are those with an optimum level of drip irrigation and a mixture organic fertilizer with peat and manure. The values of the rest of physical properties increased with the irrigation doses and the use of organic matter. For the three CIELAB co-ordinates (L*, a*, and b*) and the chromatic attributes (H*, C*, and S*), the highest values corresponded to the treatment with mixed sheep manure and peat fertilizer, which had an earlier fruit-set. The variety Ercole is the most productive of the three varieties tested. The irrigation level positively impacts the production of processing tomato, in such a way that increases as does the level of irrigation, in both growing seasons. The highest production corresponded, for all irrigation levels, to the treatments with organic matter and polyethylene mulches.