Ο μεταβολισμός του άνθρακα στον καρπό της τομάτας

Abstract

Carbon metabolism in tomato fruit is highly dependent on carbon influx, aswell as CO2 contribution. It is well established that CO2 inside fruit is plentiful.The key enzyme of converting CO2 to bicarbonate is cabonic anhydrase (CA).For this reason, CA activity and immunohistolocalization was studied throughouttomato fruit tissues. In addition, the expression pattern of three alreadycharacterized CA isozymes LeCA1, LeCA2, LeCA3 was studied in all tomatotissues during day as well as in tomato fruit tissues, specifically, during day andnight. In daytime, the mature green fruit is able for photosynthesis, though atminimal rates, through Rubisco. During night, however, the enzyme responsiblefor CO2 recapturing is PEPC. This was the reason for the studying of PEPCactivity, protein and transcripts as well as PEPCk gene expression pattern in adiel cycle. There is evidence that PEPC is active during night, thus,incorporating CO2 into malate and/or citrate. Followingly, the concentrations ofmalic and citric acid, that account for the bulk of organic acids in tomato fruitwas examined. Both metabolites had the highest accumulation during day at13:00, while the minimum was recorded at 03:00. There were also studiedsome of the enzymes that correlate with malate and citrate metabolism, such asthe two isoforms of malate dehydrogenases (NADP-MDH), malic enzymes(NADP-ME), the isoforms of citrate synthases, the pyruvate orthophosphatedikinase, the triose phosphate transporter and the circadian-related gene. Someof the previous mentioned genes are C4 related. Moreover, it is suggested thatthe three tomato tissues adopt a different kind of metabolism and the fate ofmalate and citrate during night is discussed. This is the first time that certaingene expression patterns are studied diurnally, as well as it is the firstquantitative experiment evaluating concentrations and accumulation of malateand citrate in tomato fruit tissues.

Ο μεταβολισμός του άνθρακα στον καρπό της τομάτας εξαρτάται σε μεγάλοβαθμό από τις εισροές του άνθρακα σε αυτόν αλλά και από τη συσσώρευση τουCO2. Αναφέρεται, μάλιστα, ότι η συγκέντρωσή του CO2 μέσα στον καρπό είναιαρκετά υψηλή. Tο πρωταρχικό ένζυμο μετατροπής του CO2 σε δισανθρακικάκαι αντίστροφα, είναι η αφυδατάση των ανθρακικών (CA). Για το λόγο αυτόμελετήθηκε η ενζυμική της δραστηριότητα και πραγματοποιήθηκεανοσοανίχνευση της πρωτεΐνης στους ιστούς του καρπού. Επιπρόσθετα,μελετήθηκε το πρότυπο έκφρασης των ήδη χαρακτηρισμένων τριών ισοτύπων,LeCA1, LeCA2 και LeCA3, σε όλους τους ιστούς ή όργανα της τομάτας κατά τηδιάρκεια της ημέρας, καθώς και της έκφρασης κατά τη διάρκεια του 24ώρου.Την ημέρα, ο ώριμος πράσινος καρπός έχει την ικανότητα να φωτοσυνθέτει,έστω και σε χαμηλά επίπεδα, και να αφομοιώνει CO2 μέσω της Rubisco. Τηνύχτα, όμως, το CO2 που εκλύεται πρέπει να επαναδεσμεύεται μέσω τηςκαρβοξυλάσης του φωσφοενολοπυροσταφυλικού οξέος (PEPC). Για το λόγοαυτό εξετάστηκαν, η ύπαρξη, η δραστηριότητα, και τα μεταγραφήματά τηςPEPC, καθώς και τα μεταγραφήματα της PEPCk κατά τη διάρκεια του 24ώρου.Υπήρξαν ενδείξεις ότι το ένζυμο της PEPC πιθανώς επάγεται τη νύχτα και ότι τοCO2 ενσωματώνεται σε μηλικό και κατ’ επέκταση σε κιτρικό οξύ. Βρέθηκε ότι οιδύο αυτοί μεταβολίτες είχαν μέγιστη συσσώρευση την ημέρα στις 13:00, ενώελάχιστη ήταν η συσσώρευση και των δύο στις 03:00. Μελετήθηκαν επίσης καιάλλα ένζυμα που σχετίζονται με τον μεταβολισμό του άνθρακα, όπως οι δύοισότυποι των μηλικών αφυδρογονασών (ΝΑDP-MDH), των μηλικών ενζύμων(NADP-ME), των συνθασών του κιτρικού οξέος, ο ισότυπος της φωσφορικήςδικινάσης του πυροσταφυλικού, ένας μεταφορέας φωσφορικών τριοζών, και έναγονίδιο ημερήσιου ρυθμού. Επιπλέον, βρέθηκε ότι οι τρεις ιστοί της τομάτας(περικάρπιο, ζελατινώδες παρέγχυμα, πλακούντα) υιοθετούν ένα διαφορικόμεταβολισμό και συζητείται η τύχη του μηλικού και του κιτρικού οξέος. Στηνεργασία αυτή, παρουσιάζονται για πρώτη φορά πρότυπα έκφρασης ορισμένωνγονιδίων ανά ιστό καθώς και η δραστηριότητα της PEPC σε επίπεδο 24ώρου,όπως επίσης για πρώτη φορά μελετάται η συγκέντρωση και η συσσώρευση τωνκυριότερων οργανικών οξέων.