Что заставляет перцы краснеть
Впервые команда под руководством профессора Саши Багинского с кафедры биохимии растений Рурского университета расшифровала на белковом уровне процесс покраснения болгарского перца при созревании. В основе — превращение хлоропластов в хромопласты, при котором хлорофилл разрушается, а производятся каротиноиды. Результаты опубликованы в The Plant Journal 30 ноября 2020 года.
От хлорофилла к каротиноидам
Созревание перца (Capsicum annuum) идёт от фотосинтетически активных зелёных плодов с высоким содержанием хлорофилла и крахмала к не фотосинтезирующим красным плодам, богатым каротиноидами. Ключевые этапы этого превращения происходят в пластидах.
Сначала недифференцированные пропластиды превращаются в фотосинтетически активные хлоропласты. По мере созревания плода из них развиваются окрашенные хромопласты: разрушается хлорофилл и аппарат фотосинтеза, накапливаются каротиноиды.
Ключевое отличие от томатов
Томаты также образуют хромопласты, но они — климактерические плоды, продолжающие созревать после сбора, с резким увеличением дыхательной активности (климактериком). Перец — не климактерический плод. Зелёный перец в магазинах — незрелый, с хлорофиллом и крахмалом.
Исследование выявило молекулярные различия в дифференцировке хромопластов у перца и томата, отражающие разный метаболизм климактерических и не климактерических плодов.
Пример — энергетический метаболизм:
- Белок PTOX (пластидная терминальная оксидаза), который образует воду, перенося электроны на кислород при производстве каротиноидов, присутствует в перце в малых количествах.
- Это может вести к меньшему потреблению кислорода и быть связано с усиленным синтезом АТФ.
- Хромопласты перца используют модули фотосинтетического транспорта электронов для синтеза АТФ, что частично осуществляется через комплекс цитохрома b6/f и пластоцианин (его в перце много, в отличие от томатов).
- Малое количество PTOX может означать, что больше электронов от производства каротиноидов идёт по этому пути к неизвестной оксидазе, что позволяет производить больше АТФ.
Перспективы применения
Полученные данные дают новый подход к пониманию дифференцировки хромопластов. В дальнейшем команда планирует использовать систему индукции этого процесса в листьях с помощью одной ферментативной реакции, описанную испанскими коллегами. Это может указать пути для более эффективного и устойчивого производства каротиноидов в растениях.
Все собранные данные общедоступны через базу данных Pride.