Phenotypic variability of myrtle (Myrtus communis L.) and seasonal accumulation of phenolic compounds

This thesis investigates the variability of chemical composition in Myrtus communis L. under different biological and environmental contexts, with a particular focus on phenolic compounds in berries and mineral and bioactive constituents in leaves. By integrating post-harvest studies, phenotypic characterisation, and multi-environment field trials, the work aims to provide a comprehensive understanding of how genotype, developmental stage, and environmental conditions shape the accumulation and stability of key phytochemicals in myrtle. Chapter 1 aimed to evaluate the effects of different post-harvest storage conditions on the quality of myrtle berries, with a specific focus on changes in phenolic compounds. In particular, the study investigated how three storage temperatures influenced weight loss and the evolution of total phenols, tannins, and anthocyanins in four cultivars with pigmented and unpigmented berries, in order to identify optimal storage conditions and to better understand the potential metabolic changes of phenolic compounds during shelf-life. The second chapter focuses on the phenotypic characterization of two contrasting cultivars through the profiling of specialized metabolites, mainly flavonols and anthocyanins, across different ripening stages and growing seasons. Using chromatographic techniques, this section investigates how genotype, developmental stage, and interannual variability affect phenolic accumulation, highlighting the distinct nutritional and nutraceutical potential of pigmented and unpigmented berries over fruit development. Chapter 3 aimed to investigate the expression of the main genes involved in flavonoid biosynthesis in pigmented and unpigmented myrtle berries, with the purpose of linking molecular data to the phenotypic and chemical differences observed between the two berry types. In particular, the study examined the relationship between gene expression and the accumulation of flavonoids and anthocyanins across sampling dates and years, in order to clarify the molecular mechanisms underlying berry pigmentation and the distinct biochemical profiles of the two cultivars. The work presented in Chapter 4 examines the influence of cultivar, season, growing site, and thermal regime on the mineral and chemical composition of myrtle leaves. Based on multi-environment field trials, this analysis identifies seasonal and thermal drivers of variability in mineral nutrients, polyphenols, and chlorophyll content, while also considering the valorisation potential of leaf biomass as a sustainable source of bioactive compounds for industrial applications.

Questa tesi esamina la variabilità della composizione chimica di Myrtus communis L. in diversi contesti biologici e ambientali, concentrandosi in particolare sui composti fenolici delle bacche e sui costituenti minerali e bioattivi delle foglie. Integrando studi post-raccolta, caratterizzazione fenotipica e prove in campo in diversi ambienti, il lavoro mira a fornire una comprensione approfondita di come il genotipo, lo stadio di sviluppo e le condizioni ambientali influenzino l'accumulo e la stabilità dei principali fitocomposti nel mirto. Il Capitolo 1 ha avuto l'obiettivo di valutare gli effetti di diverse condizioni di conservazione post-raccolta sulla qualità delle bacche di mirto, focalizzandosi in particolare sulle variazioni dei composti fenolici. Nello specifico, lo studio ha analizzato l'influenza di tre temperature di conservazione sulla perdita di peso e sull'evoluzione di fenoli totali, tannini e antociani in quattro cultivar caratterizzate da bacche pigmentate e non pigmentate, al fine di individuare le condizioni di conservazione ottimali e comprendere meglio le potenziali modificazioni metaboliche dei composti fenolici durante la shelf-life. Il secondo capitolo è incentrato sulla caratterizzazione fenotipica di due cultivar contrastanti attraverso la profilazione di metaboliti specializzati – principalmente flavonoli e antociani – in diversi stadi di maturazione e annate agrarie. Mediante tecniche cromatografiche, questa sezione indaga come il genotipo, lo stadio di sviluppo e la variabilità interannuale influenzino l'accumulo di fenoli, evidenziando il diverso potenziale nutrizionale e nutraceutico delle bacche pigmentate e non pigmentate nel corso dello sviluppo del frutto. Il Capitolo 3 ha mirato a studiare l'espressione dei principali geni coinvolti nella biosintesi dei flavonoidi nelle bacche di mirto pigmentate e non pigmentate, con lo scopo di correlare i dati molecolari alle differenze fenotipiche e chimiche osservate tra le due tipologie di bacca. In particolare, lo studio ha esaminato la relazione tra l'espressione genica e l'accumulo di flavonoidi e antociani nelle diverse date di campionamento e annate, al fine di chiarire i meccanismi molecolari alla base della pigmentazione della bacca e dei distinti profili biochimici delle due cultivar. Il lavoro presentato nel Capitolo 4 esamina l'influenza della cultivar, della stagione, del sito di coltivazione e del regime termico sulla composizione minerale e chimica delle foglie di mirto. Basandosi su prove in campo condotte in diversi ambienti, tale analisi identifica i fattori stagionali e termici responsabili della variabilità dei nutrienti minerali, dei polifenoli e del contenuto di clorofilla, valutando al contempo il potenziale di valorizzazione della biomassa fogliare come fonte sostenibile di composti bioattivi per applicazioni industriali.