Φυσιολογικός και βιοχημικός χαρακτηρισμός του μεταβολισμού του ασκορβικού οξέως σε ένσπερμους και παρθενοκαρπικούς καρπούς τομάτας τύπου cherry

Abstract

The auxin treatment in tomato plants is often been used to overcome problems in fruit seting caused by low temperatures. In order to evaluate the effects of this agronomical practice on the fruit physiology and on the dietary value of "cherry" tomato fruits, in the first section of this study, the concentration of free and total ascorbic acid had been evaluated in developing seeded and parthenocarpic fruits. Moreover, the expression of the gene and the immunolocalization of galactono-1,4 lactone dehydrogenase and the expression of GDP-mannose 3 ,5 -epimerase gene, two key enzymes in ascorbic acid biosynthesis, had been also studied. The immunolocalization signal was stronger in vascular bundles and in the embryos of seeded fruits. The results of this section suggested that even differences had been found in the gene expression of ascorbate biosynthesis and in the immunolocalization of galactono 1,4 lactone dehydrogenase, no significant differences in ascorbic acid had been found between seeded and parthenocarpic fruits induced by auxin. In the second section, the metabolism of ascorbic acid was examined in seeded and parthenocarpic fruits. For this purpose, the activity of ascorbate peroxidase and of dehydroascorbate reductase, the expression of all characterized genes of ascorbic acid metabolism, as well as the immunolocalization of ascorbate peroxidase, were all examined in developing cherry tomato fruits, both parthenocarpic and seeded. Significant differences were found in the expression of the isoenzymes 5 and 7 of ascorbate peroxidase, in the expression of cytosolic monodehydro ascorbate reductase and on the plastidial glutathione reductase. The activity of ascorbate peroxidase was higher in the maturing parthenocarpic fruits. However, no major differences were found in dehydroascorbate reductace activity. The immunolocalization signal of ascorbate peroxidase was heavy in the embryos. The results of this section suggested that induced parhenocarpy caused some differences in ascorbic acid metabolism. In the third part of this study the behavior concerning ascorbate biosynthesis and metabolism of seeded and parthenocarpic fruits was studied under temperatures simulating the conditions those of popular postharvest treatments for five days. Almost all genes were up-regulated during cold storage in 5oC and 10oC. Reduced and total ascorbate was considerable lower and ascorbate peroxidase was higher in fruits stored next to plants under the same conditions to the red ripe fruits, especially in seeded fruits. These results indicate that while fruits stored in low temperatures were probably stressed and exhibeted lower Ascorbate levels. However, the fruits stored next to plants suffered heavier losses of ascorbate fact that indicates that also in this case the fruits were significantly stresed.

Στην τομάτα, η παρθενοκαρπία προκαλείται συχνά με την επίδραση αυξινών για να ξεπεραστούν τα εμπόδια της γονιμοποίησης που προκαλούνται από τις χαμηλές θερμοκρασίες. Για να εκτιμηθούν τα αποτελέσματα της αγρονομικής αυτής πρακτικής στη φυσιολογία του καρπού και τη διαιτητική αξία της τομάτας τύπου “cherry” στην πρώτη ενότητα αυτής της διατριβής προσδιορίστηκε η συγκέντρωση του ανηγμένου και ολικού ασκορβικού οξέος σε παρθενοκαρπικούς και ένσπερμους καρπούς. Επιπλέον ανοσοεντοπίστηκε η αφυδρογονάση της γαλακτονολακτόνης και μελετήθηκε η έκφραση των γονιδίων της αφυδρογονάσης της γαλακτονολακτόνης, και της επιμεράσης της GDP-μαννόζης, δύο ενζύμων κλειδιών της βιοσύνθεσης του ασκορβικού οξέος τόσο στους ένσπερμους όσο και στους παρθενοκαρπικούς καρπούς. Το σήμα εντοπισμού της αφυδρογονάσης της γαλακτονολακτόνης ήταν εντονότερο στις σπερματικές βλάστες και στα ώριμα έμβρυα των ένσπερμων καρπών. Τα αποτελέσματά αυτής της ενότητας προτείνουν ότι αν και υπήρχαν διαφορές στην έκφραση των γονιδίων της βιοσύνθεσης του ασκορβικού καθώς και στον ανοσοεντοπισμό της αφυδρογονάσης της γαλακτονολακτόνης, αυτές δεν προκάλεσαν σημαντικές διαφορές στη συγκέντρωση του ασκορβικού οξέος των καρπών μεταξύ ένσπερμων και παρθενοκαρπικών καρπών που παρήχθησαν με την εφαρμογή της αυξίνης.Στη δεύτερη ενότητα εξετάστηκε ο μεταβολισμός του ασκορβικού οξέος σε παρθενοκαρπικούς και ένσπερμους καρπούς. Για το σκοπό αυτό εξετάστηκε η δραστικότητα της υπεροξειδάσης και της ρεδουκτάσης του δεϋδροασκορβικού οξέος, ανοσοεντοπίστηκε η υπεροξειδάση του ασκορβικού και μελετήθηκε η έκφραση όλων των γνωστών γονιδίων που σχετίζονται με την οξείδωση και την αναγωγή του ασκορβικού οξέος κατά την ανάπτυξη και ωρίμανση των καρπών. Σημαντικές διαφορές εντοπίστηκαν κυρίως στην έκφραση των γονιδίων των ισοενζύμων 5 και 7 της υπεροξειδάσης του ασκορβικού οξέος, του κυτοπλασματικού ισοενζύμου της ρεδουκτάσης του μονοδεϋδρο ασκορβικού οξέος και του πλαστιδιακού ισοενζύμου της ρεδουκτάσης της γλουταθειόνης. Η δραστικότητα της υπεροξειδάσης του ασκορβικού οξέως ήταν ελαφρώς αυξημένη στους παρθενοκαρπικούς καρπούς κατά την ωρίμανση του καρπού ενώ η δραστικότητα της ρεδουκτάσης του δεϋδροασκορβικού οξέος δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές στις δύο μεταχειρίσεις. Το σήμα του εντοπισμού της υπεροξειδάσης του ασκορβικού οξέος ήταν εντονότερο στις σπερματικές βλάστες και στα αναπτυσσόμενα έμβρυα. Τα παραπάνω αποτελέσματα οδηγούν στο συμπέρασμα ότι οι ένσπερμοι και παρθενοκαρπικοί καρποί, παρουσίασαν κάποιες διαφορές στο μεταβολισμό του ασκορβικού οξέος.Στην τρίτη ενότητα μελετήθηκε η συμπεριφορά των καρπών σε συνθήκες παρόμοιες με διαδεδομένους μετασυλλεκτικούς χειρισμούς, αναφορικά με τη βιοσύνθεση και το μεταβολισμό του ασκορβικού οξέος σε ένσπερμους και παρθενοκαρπικούς καρπούς. Οι χειρισμοί αφορούσαν, αποκομένους καρπούς που διατηρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες με τα φυτά, ή και αποθήκευση τους στους 5 oC ή 10 oC για χρονικό διάστημα πέντε ημερών. Η έκφραση όλων σχεδόν των γονιδίων που μελετήθηκαν ήταν αυξημένη στους καρπούς που αποθηκεύτηκαν σε χαμηλές θερμοκρασίες 5oC και 10oC. Στους αποκομένους καρπούς που τοποθετήθηκαν δίπλα στα φυτά, το ανηγμένο και το ολικό ασκορβικό οξύ ήταν σημαντικά χαμηλότερο ενώ η δραστικότητα της υπεροξειδάσης του ασκορβικού οξέος ήταν αυξημένη ιδίως στους ένσπερμους καρπούς. Τα παραπάνω ευρήματα καταδεικνύουν ότι ενω οι καρποί που αποθηκεύτηκαν σε χαμηλές θερμοκρασίες πιθανά υπέστησαν καταπόνηση και απώλεσαν κάποια ποσότητα ασκορβικού οξέως. Η απώλεια ασκορβικού οξέος ήταν σημαντικότερη στους καρπούς που αποθηκεύτηκαν δίπλα στα φυτά γεγονός που υποδηλώνει και σε αυτή τη περίπτωση υπήρχε σημαντική καταπόνηση των καρπών.