Lepsze odmiany pomidora, których owoce dłużej zachowują jędrność
Pomidor (Solanum lycopersicum L.) jest jedną z najczęściej uprawianych roślin na świecie, a jednocześnie jednym z lepiej zbadanych modeli owoców mięsistych. Dużą jego zaletą jest wysoka zawartość przeciwutleniaczy, takich jak witamina C, flawonoidy, beta-karoten czy likopen, jednak już mniej optymistyczny jest fakt, że około 25–42 % plonów pomidora marnuje się po zbiorach z powodu przedwczesnego mięknięcia i chorób wywołanych patogenami roślin, takimi jak grzyb z gatunku Colletotrichum coccodes(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Strategie mające na celu zwiększenie trwałości owoców mięsistych, do których należy pomidor, są głównym wyzwaniem uwzględnianym w programach uprawy owoców. Poprawa integralności ściany komórkowej i właściwości mechanicznych stanowi pierwszą linię obrony przed mięknięciem owoców”, stwierdza Yoselin Benitez-Alfonso, kierowniczka finansowanego przez UE projektu CallMechanics. W ramach projektu Candelas Paniagua-Correa, stypendystka działań „Maria Skłodowska-Curie”, przeanalizowała grupę enzymów rozkładających ścianę komórkową, zwanych beta-1,3-glukanazami, które mogą stanowić potencjalne cele badań nad ulepszeniem właściwości owoców. Pierwszym założeniem projektu było zidentyfikowanie enzymów modyfikujących ścianę komórkową w okresie dojrzewania pomidora, a kolejnym krokiem było zbadanie, jak te enzymy wpływają na cechy owoców, jak na przykład jędrność i turgor komórkowy(odnośnik otworzy się w nowym oknie), po zmodyfikowaniu ich ekspresji za pomocą metod genetycznych. Z powodu pandemii COVID-19 i restrykcji ograniczających dostęp do laboratoriów prace w projekcie CallMechanics trwały tylko sześć miesięcy. Niemniej jednak osiągnięto znaczne postępy w zakresie realizacji tego pierwszego celu.
Odkrycie roli enzymów rozkładających kalozę
„Beta-1,3-glukanaza rozkłada kalozę(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – beta-1,3-glukan (polisacharyd występujący w ścianie komórkowej roślin), który hamuje inwazję i rozprzestrzenianie się patogenów oraz kontroluje międzykomórkowy transport cząsteczek, między innymi sygnałowych, poprzez kanały ściany komórkowej zwane plazmodesmami”, wyjaśnia Paniagua-Correa. Przeprowadzając analizę filogenetyczną, Paniagua-Correa zidentyfikowała 50 obiecujących beta-1,3-glukanaz występujących w pomidorach, rozmieszczonych w trzech kladach(odnośnik otworzy się w nowym oknie) o wspólnym przodku (α, β i γ), zgodnie z podobieństwami w procesie wyrównania sekwencji. Analiza danych z mikromacierzy wykazała różne wzorce ekspresji w różnych fazach rozwoju owoców: ekspresja podzbioru enzymów w klastrze α zmniejszyła się w fazie dojrzewania, podczas gdy dwa enzymy w klastrach β i γ wykazywały wyższą ekspresję w fazach od białej do czerwonej. Badania metodą ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkrypcją (qRT-PCR)(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w czasie rzeczywistym potwierdziły zróżnicowane wzorce ekspresji beta-1,3-glukanaz, co sugeruje, że te ewolucyjne rozbieżności mogą korelować z różnicami w ich przewidywanej lokalizacji i funkcji. Różnice te są istotne przy wyborze odpowiednich celów, które będą wykorzystane do wydłużenia trwałości owoców. Wyniki badań zostały opublikowane tutaj(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Nowy kierunek badań nad wydajnością plonów pomidora
Postępy poczynione w ramach projektu CallMechanics w zakresie fizjologii roślin i rolnictwa w dużej mierze można zawdzięczać połączeniu wiedzy z różnych dziedzin, takich jak biotechnologia, biochemia, biologia molekularna, genetyka i biofizyka, oraz użyciu najnowszych narzędzi o najwyższym stopniu zaawansowania. „Modyfikując stężenie kalozy w roślinie, dążyliśmy do optymalizacji nie tylko jędrności pomidora, ale poprawy także innych parametrów związanych z procesem mięknięcia owoców, takich jak przepuszczalność ściany komórkowej i podatność na przenikanie patogenów”, podkreśla Benitez-Alfonso. „Nasza technika może mieć znaczący wpływ na okres przydatności owoców do spożycia”. Benitez-Alfonso dodaje: „Ściany komórkowe są uznawane za kluczowy cel, jeśli chodzi o ulepszanie właściwości owoców. W ostatnich badaniach wykorzystano narzędzie do edycji genomu, metodę CRISRP/Cas9, w celu mutagenizacji innego enzymu rozkładającego ścianę komórkową – poligalakturonazy – który rozkłada substancje pektynowe w pomidorze, co prowadzi do opóźnienia procesów mięknięcia owoców. Z posiadanych przez nas informacji wynika, że nasz projekt był pierwszym, który celował w kalozę. Biorąc pod uwagę różne funkcje, jakie kaloza pełni w okresie wzrostu roślin, nasze podejście do edycji genomu może okazać się skuteczne nie tylko w opóźnianiu procesów mięknięcia, ale także w poprawie innych ważnych parametrów, takich jak wzrost/wielkość owoców, smak i odporność na choroby”.
