Der zentrale Stoffwechsel produziert Kohlenhydrate und Aminosäuren, die eng mit dem Pflanzenwachstum und damit der Pflanzenproduktivität zusammenhängen. Es wird berichtet, dass Malat den mitochondrialen Atmungsstoffwechsel mit zytosolischen Biosynthesewegen verknüpft. Obwohl die Funktion von Enzymen im Zusammenhang mit dem Malatstoffwechsel bei der Bereitstellung von Kohlenstoff in einigen Pflanzen charakterisiert wurde, fehlen Beweise dafür, dass diese Rolle in der fleischigen Frucht der Gurke (Cucumis sativus) spielt.
Eine Forschungsarbeit mit dem Titel „Gurkenmalat-Decarboxylase, CsNADP-ME2, spielt eine Rolle im Gleichgewicht des Kohlenstoff- und Aminosäurestoffwechsels in Früchten,“ wurde online im Journal of veröffentlicht Gartenbauforschung.
Durchgeführt vom gemeinsamen Team von Prof. Xiaolei Sui (vom Beijing Key Laboratory of Growth and Developmental Regulation for Protected Gemüsepflanzen, College of Horticulture, China Agricultural University) und Prof. Alisdair R. Fernie (vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzen). Physiologie) enthüllte die Forschung die wichtige Rolle von CsNADP-ME2 im Gleichgewicht des Kohlenstoff- und Aminosäurestoffwechsels in Gurkenfrüchten.
Die schnelle Entwicklung und das Wachstum fleischiger Gurkenfrüchte erfordern erhebliche Kohlenstoff- und Stickstoffquellen. Forscher haben berichtet, dass Monosaccharide wie Glucose und Fructose die primären Kohlenhydrate sind, die sich in reifen Gurkenfrüchten ansammeln. Während der Entwicklung der Gurkenfrüchte sammelten sich zufällig organische Säuren an. Gurkenfrüchte wiesen eine komplizierte Gefäßanatomie auf.
Periphere (PeVB), Haupt- (MVB), Fruchtblatt- (CVB) und plazentare Gefäßbündel (PlVB) gehören zu den vier Sätzen funktionell differenzierter Gefäßbündel von außen nach innen in den Früchten von Gurkenpflanzen. Bisher sind jedoch die In-vivo-Funktionen von CsNADP-ME beim Stickstoff- und Kohlenstoffstoffwechsel in Gurkenfrüchten nicht klar.
Dabei wurde festgestellt, dass 14C-markiertes Bikarbonat, das von den Gurkenwurzeln in den Xylemstrom eingespeist wird, in Aminosäuren, lösliche Zucker und organische Säuren im Exokarp und im Gefäßsystem von Früchten eingebaut wird.
Die histochemische Lokalisierung zeigte, dass das NADP-abhängige Äpfelsäureenzym-kodierende Gen CsNADP-ME2 hauptsächlich im Exokarp und Gefäßbündelsystem von Früchten lokalisiert war. Radioisotopen-Tracer- und Gasaustauschanalysen zeigten, dass die Überexpression des CsNADP-ME2-Gens den Gehalt an Stärke, Saccharose und Glucose im Exokarp der Gurkenfrucht sowie das Verhältnis von Saccharose zu Stärke signifikant erhöhte, was darauf hindeutet, dass CsNADP-ME2 den Kohlenstofffluss in die Gurkenfrucht fördern könnte löslicher Zucker und Stärke in Früchten.
Weitere Studien in Kombination mit Stoffwechselprofilen zeigten, dass die Herunterregulierung von CsNADP-ME2 durch RNA-Interferenz zur Akkumulation von Malat im Exokarp führte.
Neben der Hemmung der Expression der Glykolyse-bezogenen Gene und der Verringerung der Aktivitäten der entsprechenden Enzyme wurden auch eine erhöhte Aminosäuresynthese und eine verringerte Zuckerhäufigkeit beobachtet. In der Frucht der CsNADP-ME2-Überexpressionslinie wurde der gegenteilige Trend festgestellt.
Insgesamt weist diese Studie darauf hin, dass CsNADP-ME2 möglicherweise eine Rolle sowohl bei zentralen Kohlenstoffreaktionen als auch beim Aminosäurestoffwechsel in Gurkenfrüchten spielt. Diese Studie bietet auch einen vielversprechenden Ansatz für die gemeinsame Regulierung von Ertrag und Qualität fleischiger Früchte bei Gurken.
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Nan Shan et al., Gurkenmalat-Decarboxylase, CsNADP-ME2, spielt eine Rolle im Gleichgewicht des Kohlenstoff- und Aminosäurestoffwechsels in Früchten, Gartenbauforschung (2023). DOI: 10.1093/hr/uhad216