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 umożliwił zidentyfikowanie genu ANTHOCYANIN1 (ANT1), czynnika transkrypcyjnego MYB pomidora (Solanum lycopersicum), co stanowi obiecującą drogę badań. Krytycznym problemem pozostaje określenie podstawowego mechanizmu ochronnego antocyjanów w fotosyntezie roślin.

Badania ogrodnicze opublikowali perspektywę zatytułowaną „Zastąpienie ANT1 promotorem 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 roślin ANT1 (zastąpienie promotora ANT1) o wysokiej zawartości antocyjanów charakteryzowały się znacznie niższą szybkością kiełkowania niż kontrola (MT) i mutanty z niedoborem antocyjanów (a i aa).

Miał to również wpływ na czas kwitnienia i wzrost wegetatywny, przy czym ANT1 wykazywał opóźnione kwitnienie i zmniejszony pionowy wzrost po kwitnieniu. U roślin ANT1 liczba odgałęzień bocznych i całkowita powierzchnia liści uległy znacznemu zmniejszeniu. Oceniono produktywność ANT1 i jej hybryd 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 roślinę.

Analizy absorbancji światła i struktury liści wykazały, że właściwości widmowe liści ANT1 uległy zmianie, ze zwiększoną absorbancją na niebieskim i czerwonym końcu 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. Rośliny ANT1 wykazywały niższe tempo fotosyntezy i transpiracji, a także zmniejszone tempo karboksylacji i transportu elektronów. Co więcej, 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). Rośliny ANT1 wykazywały zróżnicowaną ekspresję genów fotoreceptorów, regulatorów SAR i innych genów wpływających na morfologię i sygnalizację. Wreszcie, profilowanie metaboliczne roślin ANT1 i ich hybryd odkryło, że poziom niektórych węglowodanów był podwyższony, podczas gdy w ANT1 stężenie wielu aminokwasów było niższe, a niektóre kwasy organiczne nieznacznie wzrosły.

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.