Eine umfassende Studie zur Peridermbildung in der Fruchtschale von Sikkim-Gurken

Bei fleischigen Früchten bildet sich Peridermgewebe häufig auf der Hautoberfläche als Reaktion auf mechanische Schäden, die durch Umwelteinflüsse oder Entwicklungsprogramme verursacht werden, bekannt als Lignosuberisierung, wodurch eine schützende, korkige Matrix entsteht.

Dieser Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Hautintegrität und den Schutz vor Umwelteinflüssen von entscheidender Bedeutung ist, ist noch nicht vollständig geklärt. Frühere Studien haben gezeigt, dass die epidermale Zellschicht die Hautchemie und -morphologie der Frucht verändert und dabei komplexe Polymere wie Suberin und Lignin einbezieht. Die genauen biochemischen Wege und Auslöser der Ligninüberwucherung sind jedoch noch weitgehend unbekannt.

Gartenbauforschung veröffentlichte Forschungsarbeit mit dem Titel „Das metabolische und proteomische Repertoire des Peridermgewebes in der Haut der retikulierten Sikkim-Gurkenfrucht.“

In dieser Studie untersuchten die Forscher mithilfe von Mikroskopie, Metabolomik und Proteomik die Entwicklung der Fruchtschale der Sikkim-Gurke und konzentrierten sich dabei insbesondere auf das mit der Lignosuberisierung verbundene Rissbildungsphänomen.

Zunächst führten die Forscher in Abständen von zehn Tagen eine Untersuchung von sieben Stadien entlang der Fruchtentwicklung der Sikkim-Gurke durch; von 10 Tagen nach der Befruchtung (DAF) bis 70 DAF. Von 30 DAF bis zur vollständigen Reife nahm das Ausmaß der Rissbildung zu und die Brüche weiteten und vertieften sich. Die Ergebnisse zeigten auch, dass Hautrisse in der Sikkim-Gurkenfrucht mit der Bildung eines typischen wunden Peridermgewebes zusammenhängen.

Dann zeigten mikroskopische Untersuchungen, dass ein großer Teil der Zellen, die das wunde Peridermgewebe in der Sikkim-Gurkenfrucht bilden, sowohl verholzt als auch suberisiert ist. Darüber hinaus unterzogen die Forscher Hautgewebe aus den sieben untersuchten Entwicklungsstadien einer vergleichenden Profilierung mittels GC-MS und UPLC-HRMS.

Die Bildung von Peridermgewebe ist hauptsächlich mit einer Überakkumulation von Suberinbestandteilen, Phenylpropanoiden, Flavonoiden und Ceramiden sowie einer verringerten Menge an Membranbestandteilen und Speicherlipiden verbunden. Um Einblicke in die Mechanismen zu erhalten, die an der Initiierung und Regulierung von lignosuberisierten Peridermen beteiligt sind, wurde eine vergleichende proteomische Profilierung von Hautgeweben entlang der Fruchtentwicklung durchgeführt.

Die Analyse der Genontologie (GO) ergab Proteine, die zur Fettsäurebiosynthese gehören, sowie aromatische Aminosäure-, Phenylpropanoid-, Suberin-, Lignin- und Indolalkylamin-Wege; Ihre entsprechenden kodierenden Gene waren zuvor eng mit der Bildung des Peridermgewebes verknüpft. Schließlich wurde die Anhäufung von Proteinen festgestellt, die mit dem Lipidstoffwechsel, der Zellwandmodifikation, dem vesikelvermittelten Transport und Stressreaktionen während der Peridermbildung verbunden sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Multi-Omic-Ansatz dieser Studie, der detaillierte Strukturbeobachtungen mit eingehenden molekularen Analysen kombiniert, einen umfangreichen Katalog von Stoffwechsel- und Proteinveränderungen liefert, die mit der Peridermbildung in der Sikkim-Gurke verbunden sind. Es beleuchtet das komplizierte Gleichgewicht und die Regulierung der Cutin-, Suberin- und Ligninwege bei der Entwicklung der Fruchtschale und legt die Grundlage für ein tieferes Verständnis der Widerstandsfähigkeit und Anpassungsmechanismen der Fruchtschale.