Голубика – маржинальная культура, в отношении которой ведется ряд научных изысканий, в том числе, по улучшению качества ягод как со стороны защиты от болезней, так и по увеличению срока хранения. При этом пути биосинтеза, лежащие в основе уникального и сложного профиля восков голубики, ранее никогда не исследовались, несмотря на их значимость для качества плодов. Теперь исследователи проливают свет на этот сложный процесс и подчеркивают важную роль воска, покрывающего ягоды, для вышеозначенных целей.
🔹
Воски являются одним из основных компонентов кутикулы, образуя защитное белесое покрытие на поверхности плода во время его развития. Кутикулярные воски играют решающую роль в ограничении обезвоживания ягод, уменьшая потерю воды, предотвращении заражения патогенами и влияя на цвет поверхности.
Фруктовые кутикулярные воски представляют собой смесь алифатических (например, жирных кислот, спиртов, альдегидов, алканов и β-дикетонов) и циклических (например, тритерпеноидов и стеринов) соединений с очень длинной цепью (VLC).
Относительное содержание каждой группы восков варьируется в зависимости от вида и сорта плодово-ягодных культур, но биосинтез кутикулярного воска консервативен среди видов, при этом алифатические и циклические соединения синтезируются двумя основными путями. Однако их биосинтез и генетическая регуляция недостаточно изучены. Таким образом, необходимо комплексное исследование для изучения транскрипционной регуляции биосинтеза кутикулярного воска и его влияния на качество ягод.
Команда исследователей из Университета Британской Колумбии, Канадского Центра геномных наук Майкла Смита и Совета по голубике Британской Колумбии провела исследование биосинтеза кутикулярного воска в северной высокорослой голубике сортов «Калипсо» (Calypso) и «Последний звонок» (Last Call) с публикацией результатов в журнале Horticultural Research. В работе исследуется, как регуляция транскрипции отложения кутикулярного воска влияет на потерю воды плодами и цвет поверхности во время созревания и послеуборочного хранения.
«В голубике тритерпеноиды являются наиболее распространенными восковыми соединениями у всех исследованных видов и сортов. Интересно, что β-дикетоны, которые обычно не обнаруживаются в восках других фруктов, являются второй по величине группой в восках голубики, тогда как другие алифатические соединения VLC составляют меньшую долю. Из-за полиплоидной природы и размера генома черники идентификация генов, ответственных за отложение воска, становится более сложной задачей у этой плодовой культуры, чем у модельных видов, таких как арабидопсис или томат», — пишут авторы работы.
Анализируя изменения транскриптома и профили метаболитов, исследование было направлено на выявление ключевых генов, участвующих в биосинтезе воска, и предоставление информации об улучшении качества плодов голубики за счет управления воском.
В ходе исследования установлено, что содержание кутикулярного воска в ягодах голубики существенно меняется в процессе созревания и послеуборочного хранения. Первоначально общее содержание воска снижается по мере созревания плодов, что объясняется главным образом расширением ягод. Однако при хранении наблюдается заметное увеличение содержания воска, что указывает на биосинтез de novo.
Ученые выявили выявило 54 различных восковых соединения, наиболее распространенными из которых являются тритерпеноиды, за которыми следуют β-дикетоны. Транскриптомный анализ выявил сеть генов, участвующих в биосинтезе кутикулярного воска. Примечательно, что были идентифицированы пять OSC-подобных генов, кодирующих ферменты, ответственные за выработку тритерпеноидов.
Экспрессия этих генов, наряду с тремя генами, подобными CYP716A, коррелирует с накоплением основных восковых соединений, таких как олеаноловая кислота и урсоловая кислота. Было обнаружено, что экзогенное применение абсцизовой кислоты в целом индуцирует экспрессию генов биосинтеза тритерпеноидов, что приводит к увеличению содержания воска и изменению его состава. Это также привело к уменьшению потерь воды в ягодах и улучшению цвета поверхности.
«В этом исследовании гормон абсцизовой кислоты, связанный со созреванием, был применен к двум сортам голубики в начале созревания плодов, чтобы модулировать выработку воска и впоследствии определить влияние на потерю воды плодами и цвет поверхности. Однако, следует отметить, что экзогенное применение абсцизовой кислоты вызывало изменение цвета, но вместе снижало содержание сахара во время созревания плодов. Процент фиолетовых и синих плодов увеличивался в среднем на 10,2% и 11,1% в обработанных ягодах «Калипсо» и «Последний звонок» соответственно на разных стадиях созревания», подчеркивают исследователи.
Таким образом, исследование обеспечивает всестороннее понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе биосинтеза кутикулярного воска в ягодах голубики, а также подчеркивает потенциал управления путями биосинтеза воска для улучшения качественных показателей, таких как снижение потерь воды и повышение визуальной привлекательности во время послеуборочного хранения.
Результаты исследования имеют важное значение для индустрии голубики. Манипулирование генами биосинтеза воска может улучшить качественные характеристики фруктов, такие как снижение потерь воды и лучший цвет поверхности, продлевая срок хранения и конкурентоспособность. Эти результаты могут также принести пользу другим фруктам. Будущие исследования будут сосредоточены на селекции или генной инженерии для оптимизации состава воска, повышения устойчивости и качества плодов во время хранения.
Источник: Horticulture Research. По статье группы авторов Ифань Ян, Кристина Гагалова, Эрик М. Гербрандт, Симона Д Кастелларин.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
