Antocyjany są kluczowymi pigmentami roślin zapewniającymi odporność roślin na stres abiotyczny. Może zapewnić fotoprotekcję, potencjalnie absorbując światło widzialne i wychwytując reaktywne formy tlenu (ROS), gdy pojawia się stres biotyczny. Jednakże badania porównawcze funkcji antocyjanów są kwestionowane ze względu na brak izogenicznych modeli roślin o zmiennym poziomie antocyjanów. Postęp genetyczny w pomidorach pozwolił zidentyfikować ANTOCYJANY1 (ANT1) gen, czynnik transkrypcyjny MYB pomidora (Solanum lycopersicum), oferując obiecującą ścieżkę studiów. Krytycznym problemem pozostaje określenie podstawowego mechanizmu ochronnego antocyjanów w fotosyntezie roślin.

W listopadzie 2022 r. Badania ogrodnicze opublikował perspektywę pt. „Wymiana promotora ANT1 indukuje akumulację antocyjanów i wyzwala reakcję unikania cienia poprzez przeprogramowanie rozwojowe, fizjologiczne i metaboliczne u pomidora”.

W tym badaniu najpierw porównano szybkość kiełkowania, aby zbadać wpływ nadprodukcji antocyjanów na wzrost i rozwój roślin. Wyniki wykazały, że nasiona ANT1 rośliny (zamiennik promotora ANT1) o wysokiej zawartości antocyjanów charakteryzowały się znacznie niższym współczynnikiem kiełkowania niż kontrola (MT) i mutanty z niedoborem antocyjanów (A I aa) (Rysunek 1). Wpływ na to miał także czas kwitnienia i wzrost wegetatywny ANT1 wykazujące opóźnione kwitnienie i zmniejszony pionowy wzrost po kwitnieniu. Liczba odgałęzień bocznych i całkowita powierzchnia liści uległy znacznemu zmniejszeniu ANT1 rośliny. Produktywność została oceniona w ANT1 i jego hybrydy z M82, wykazując, że pomimo podobnej zawartości rozpuszczalnych substancji stałych, plon owoców był zmniejszony ze względu na mniejszy rozmiar owoców i mniejszą liczbę owoców na roślinie. Analizy absorbancji światła i struktury liści wykazały, że właściwości spektralne ANT1 liście uległy zmianie, ze zwiększoną absorbancją na niebieskich i czerwonych końcach widma oraz różnicami strukturalnymi, takimi jak zróżnicowane wydłużenie miąższu palisady i zmniejszona grubość obu naskórka, prowadząca do grubości liścia.

Zbadano także właściwości wymiany gazowej, aby poznać wpływ antocyjanów na fotosyntezę. ANT1 rośliny wykazywały niższe tempo fotosyntezy i transpiracji, a także zmniejszone tempo karboksylacji i transportu elektronów. Ponadto wysoki poziom antocyjanów w ANT1 zapewniał fotoprotekcję w warunkach silnego oświetlenia, utrzymując bardziej stabilną wydajność fotosystemu II (Fv/Fm). Analiza transkryptomiczna wykazała, że ​​akumulacja antocyjanów prowadziła do zmienionej ekspresji genów związanych z reakcją unikania cienia (SAR). ANT1 rośliny wykazały zróżnicowaną ekspresję genów fotoreceptorów, regulatorów SAR i innych genów wpływających na morfologię i sygnalizację. Na koniec profilowanie metaboliczne ANT1 Rośliny i ich hybrydy odkryły, że poziom niektórych węglowodanów był podwyższony, podczas gdy stężenie wielu aminokwasów było niższe ANT1z nieznacznie zwiększoną zawartością niektórych kwasów organicznych.

Podsumowując, badanie to nie tylko pogłębia naszą wiedzę na temat roli antocyjanów w fizjologii roślin, ale także zapewnia obiecującą możliwość wykorzystania manipulacji antocyjanami w hodowli roślin uprawnych w celu optymalizacji wzrostu i produktywności roślin.

###

Bibliografia

Autorski

João Victor Abreu Cerqueira^1,†Feng Zhu^2,3,†Karolina Mendes¹Adriano Nunes-Nesi¹Samuel Cordeiro Vitor Martins¹Vagner Benedito⁴Alisdair R. Fernie³ i Agustina Zsögona^1,*

^†Wniósł równy wkład w powstanie rękopisu

Przynależności

1. Departamento de Biologia Vegetal, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa 36570-900 MG, Brazylia

2. Krajowe Centrum Badawczo-Rozwojowe ds. Ochrony Cytrusów, Kluczowe Laboratorium Biologii Roślin Ogrodniczych, Ministerstwo Edukacji, Uniwersytet Rolniczy Huazhong, 430070 Wuhan, Chiny

3. Max-Planck-Instytut Molekularnej Fizjologii Roślin, 14476 Poczdam, Niemcy

4. Wydział Nauk o Roślinach i Glebie, Uniwersytet Zachodniej Wirginii, Morgantown, WV 26506, USA

O Agustina Zsögona

Jest adiunktem w Zakładzie Biologii Roślin UFV. Jego głównym zainteresowaniem badawczym jest analiza genetyczna i funkcjonalna cech udomowionych i hodowlanych u Solanaceae.

Zastrzeżenie: AAAS i EurekAlert! nie odpowiadają za dokładność komunikatów prasowych publikowanych w EurekAlert! przez instytucje wnoszące wkład lub za wykorzystanie jakichkolwiek informacji za pośrednictwem systemu EurekAlert.