Роль аутофагии в метаболизме и росте плодов томата

Аутофагия — механизм деградации клеточных компонентов у эукариот — играет ключевую роль в ответах растений на дефицит питательных веществ, стресс и влияет на урожайность. Хотя её роль в метаболизме таких культур, как рис и Arabidopsis, изучена, значение для метаболизма томата оставалось неясным.

В июне 2022 журнал Horticulture Research опубликовал исследование, где с помощью РНК-интерференции (RNAi) была подавлена экспрессия гена протеазы ATG4, регулирующей аутофагию. Это привело к раннему старению растений и снижению урожайности плодов.

Ключевые результаты анализа:

• Метаболиты: В плодах линий ATG4-RNAi снизился уровень первичных метаболитов (пролин, триптофан, фенилаланин), но повысилось содержание вторичных (хинная кислота, 3-trans-кофеоилхинная кислота).
• Транскриптомика и протеомика: Выявлена повышенная экспрессия генов, связанных с деградацией органелл и везикуляцией хлоропластов. Уровень хлоропластных белков был снижен.
• Липидный профиль: На стадии зелёных плодов обнаружены значительные изменения в составе липидов.
• Сетевой анализ: Выявил сильную связь между липидами, генами и белками, участвующими в метаболизме липидов, связывании хлорофилла и биосинтезе хлоропластов.
• Метаболический поток: Анализ с использованием ¹⁴C- или ¹³C-глюкозы в зрелых плодах показал снижение скорости синтеза белков и эволюции ¹⁴CO₂ при недостатке аутофагии.

Изменения в перераспределении метаболитов были незначительны, что указывает на специфическое, а не общее нарушение метаболических путей.

Вывод: Исследование впервые показывает ключевую роль ATG4-зависимой аутофагии в метаболизме перикарпия (мякоти) плода томата, отличая её от известной функции в листьях Arabidopsis. Это открывает новые возможности для селекции и улучшения сельскохозяйственных культур.