Die Qualität und der Ertrag von Äpfeln werden maßgeblich vom Stickstoffgehalt im Boden beeinflusst, der wiederum verschiedene biochemische Prozesse beeinflusst. Stickstoffmangel kann zu schlechter Fruchtqualität führen, während zu viel Stickstoff zu Umweltverschmutzung führt. Das Verständnis der komplexen Beziehung zwischen Stickstoff und Zuckerstoffwechsel in Äpfeln ist von entscheidender Bedeutung.
Aufgrund dieser Herausforderungen müssen umfassende Forschungsarbeiten durchgeführt werden, um die molekularen Mechanismen aufzuklären, über die Stickstoff den Zuckerstoffwechsel beeinflusst, mit dem Ziel, sowohl die Fruchtqualität als auch nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken zu verbessern.
Forscher der Gansu Agricultural University und der Tianshui Normal University veröffentlicht eine Studie am 15. März 2024 in GartenbauforschungUntersuchung der Regulierung des Stärke- und Zuckerstoffwechsels in Äpfeln durch den Transkriptionsfaktor MdbZIP44 bei unterschiedlichen Stickstoffwerten.
Die Studie gibt Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen MdbZIP44 und anderen Proteinen, die den Zuckerstoffwechsel beeinflussen.
Die Forschung ergab, dass die Expression von MdbZIP44 in Äpfeln unter Stickstoffzufuhr hochreguliert ist, was zu einer erhöhten Stärkeansammlung und einem verringerten Glukosegehalt führt. MdbZIP44 bindet an den Mdα-GP2-Genpromotor, hemmt dessen Expression und moduliert den Stärke- und Glukosespiegel.
Darüber hinaus interagiert MdbZIP44 mit MdCPRF2-ähnlichen Verbindungen und bildet einen Komplex, der die Expression von Mdα-GP2 aktiviert, das für den Saccharosestoffwechsel entscheidend ist. Die Überexpression von MdbZIP44 sowohl in Apfelkallus- als auch in Tomatenmodellen führte zu einem höheren Stärke- und Saccharosegehalt sowie niedrigeren Glukosewerten. Dies unterstreicht die Rolle von MdbZIP44 bei der Verbesserung des Zuckerstoffwechsels unter Stickstoffbehandlung.
Die Studie legt nahe, dass MdbZIP44 ein Ziel für genetische Modifikationen zur Verbesserung der Apfelqualität sein könnte, und bietet potenzielle Strategien zur Optimierung der Stickstoffnutzung beim Apfelanbau sowie zur Verbesserung der Fruchtqualität und des Ertrags durch genetische und landwirtschaftliche Ansätze.
Dr. Juan Mao von der Gansu Agricultural University erklärte: „Unsere Ergebnisse enthüllen ein komplexes regulatorisches Netzwerk, bei dem MdbZIP44 nicht nur den Stärke- und Glukosespiegel beeinflusst, sondern auch mit anderen Proteinen interagiert, um die Genexpression zu modulieren, die für den Zuckerstoffwechsel entscheidend ist. Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Apfelqualität durch gezielte genetische und landwirtschaftliche Praktiken.“
Diese Studie liefert wertvolle Einblicke in die genetischen und molekularen Mechanismen, die dem Stärke- und Zuckerstoffwechsel in Äpfeln zugrunde liegen, und bietet potenzielle Strategien zur Optimierung der Stickstoffnutzung im Apfelanbau. Die Erkenntnisse könnten zur Entwicklung von Apfelsorten mit verbesserter Qualität und Ertrag sowie zu nachhaltigeren landwirtschaftlichen Praktiken führen, wodurch die Umweltbelastung durch Stickstoffdünger verringert wird.
Mehr Informationen:
Xuejing Cao et al, MdbZIP44–MdCPRF2-like–Mdα-GP2 regulieren den Stärke- und Zuckerstoffwechsel im Apfel unter Stickstoffzufuhr, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae072