Het klinkt misschien als iets uit een slechte sciencefictionfilm, maar met behulp van een gemuteerde tomaat hebben onderzoekers uit Japan ontdekt dat het ontwikkelingsproces van fruit hun centrale stofwisselingstraject verandert.
In een studie die deze maand werd gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), hebben onderzoekers van de University of Tsukuba onthuld dat vruchtzetting - het ontwikkelingsproces van de vruchten van planten — het centrale stofwisselingstraject van tomaten verandert door een verhoogde gevoeligheid voor het plantenhormoon gibberelline.
Hoewel tomaten meestal als groenten worden beschouwd, zijn ze eigenlijk fruit. Vruchtzetting is het proces waarbij de eierstokken van de plant na bestuiving en bevruchting uitgroeien tot vruchten en bij tomaten wordt dit proces in gang gezet door gibberelline. Maar de rol van dit hormoon in de metabole processen van vruchtzettende eierstokken is nog grotendeels onbekend.
"Bestuiving is meestal de sleutel tot het op gang brengen van de vruchtzetting, omdat het de opbouw van hormonen die verantwoordelijk zijn voor de plantengroei stimuleert binnen bevruchte eierstokken, waaronder gibberelline," zegt de hoofdauteur van de studie, professor Tohru Ariizumi. "Gibberellinen stimuleren aspecten van de ontwikkeling van de plant, zoals de vruchtzetting, en veroorzaken een snelle groei van de eierstokken."
Om de vruchtzetting in tomaten te onderzoeken, gebruikten de onderzoekers multiomics, waarmee ze keken naar alle RNA, eiwitten en metabolieten van kleine moleculen die werden geproduceerd tijdens het metabolisme en in de activiteitsgegevens van de enzymen. Daarnaast gebruikten ze kinetische modellering om te kijken naar de vroegste processen die zich voordoen tijdens de vruchtzetting. De groei van de eierstokken tijdens de vruchtzetting werd gemeten met behulp van wilde en gemuteerde proceratematen, die overgevoelig zijn voor gibberelline.
“Het toepassen van hormonen zoals gibberelline op eierstokken of genetische mutaties in de negatieve regulerende genen van hormooncascades kan parthenocarpie veroorzaken", legt professor Ariizumi uit. "Parthenocarpie is een vruchtzetting die onafhankelijk is van bestuiving.”
Gibberellinen zijn signaalmoleculen die signaaltransductiecascades uitlokken, dat wil zeggen, ze activeren of onderdrukken downstream genen die verantwoordelijk zijn voor het uitvoeren van bepaalde ontwikkelings- en groeiprocessen.
"Onze studie richtte zich op de biochemische mechanismen van de vruchtzetting. Onze analyse wist de genen, eiwitten, enzymen en metabolieten te definiëren die consequent werden beïnvloed door zowel bestuiving als door procera-geïnduceerde parthenocarpie en benadrukte dat het centrale metabolisme voortdurend werd aangepast", zegt professor Ariizumi.
De resultaten van deze studie dragen bij tot een beter begrip van het metabolisme van de vruchtzetting, wat zal leiden tot nieuwe productiestrategieën. Het zal wellicht mogelijk zijn om parthenocarpische vruchten te kweken (die zaadloos zijn) en om de overleving van de vruchten in de vroege ontwikkelingsstadia beter onder controle te houden.
Voor meer informatie:
University of Tsukuba
www.tsukuba.ac.jp