Anthocyane sind Schlüsselpigmente in Pflanzen für die Pflanzenresistenz gegenüber abiotischem Stress. Es kann Lichtschutz bieten, indem es möglicherweise sichtbares Licht absorbiert und reaktive Sauerstoffspezies (ROS) abfängt, wenn biotischer Stress auftritt. Vergleichende Studien zur Anthocyanfunktion sind jedoch schwierig, da es keine isogenen Pflanzenmodelle mit variablen Anthocyanspiegeln gibt.
Durch genetische Fortschritte bei Tomaten wurde das ANTHOCYANIN1 (ANT1)-Gen identifiziert, ein MYB-Transkriptionsfaktor der Tomate (Solanum lycopersicum), was einen vielversprechenden Forschungsansatz darstellt. Das entscheidende Problem bleibt die Bestimmung des primären Schutzmechanismus von Anthocyanen bei der Photosynthese von Pflanzen.
Gartenbauforschung veröffentlichte eine Perspektive mit dem Titel „Der Promotoraustausch von ANT1 induziert die Anreicherung von Anthocyanen und löst die Schattenvermeidungsreaktion durch entwicklungsbedingte, physiologische und metabolische Neuprogrammierung in Tomaten aus.“
In dieser Studie wurden zunächst die Keimraten verglichen, um die Auswirkungen einer Anthocyanüberproduktion auf das Pflanzenwachstum und die Pflanzenentwicklung zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Samen von ANT1-Pflanzen (Promotor-Ersatz von ANT1) mit hohem Anthocyan-Gehalt deutlich geringere Keimungsraten aufwiesen als die Kontroll- (MT) und Anthocyan-defizienten Mutanten (a und aa).
Auch die Blütezeit und das vegetative Wachstum wurden beeinträchtigt, wobei ANT1 eine verzögerte Blüte und ein verringertes vertikales Wachstum nach der Blüte aufwies. Die Anzahl der Seitenzweige und die Gesamtblattfläche waren bei ANT1-Pflanzen deutlich reduziert. Die Produktivität wurde bei ANT1 und seinen Hybriden mit M82 bewertet und zeigte, dass trotz eines ähnlichen Gehalts an löslichen Feststoffen der Fruchtertrag aufgrund der geringeren Fruchtgröße und weniger Früchte pro Pflanze verringert war.
Lichtabsorptions- und Blattstrukturanalysen ergaben, dass die spektralen Eigenschaften von ANT1-Blättern verändert waren, wobei eine erhöhte Absorption am blauen und roten Ende des Spektrums und strukturelle Unterschiede wie eine unterschiedliche Verlängerung des Palisadenparenchyms und eine verringerte Dicke beider Epidermis zu einer Blattdicke führten .
Außerdem wurden die Gasaustauscheigenschaften untersucht, um den Einfluss von Anthocyanen auf die Photosynthese zu verstehen. ANT1-Pflanzen zeigten geringere Photosynthese- und Transpirationsraten sowie geringere Carboxylierungs- und Elektronentransportraten. Darüber hinaus sorgten hohe Anthocyanspiegel in ANT1 für Lichtschutz unter starken Lichtbedingungen und sorgten so für eine stabilere Photosystem-II-Effizienz (Fv/Fm).
Die transkriptomische Analyse zeigte, dass die Anreicherung von Anthocyanen zu einer veränderten Expression von Genen führte, die mit der Schattenvermeidungsreaktion (SAR) verbunden sind. ANT1-Pflanzen zeigten eine unterschiedliche Expression von Photorezeptorgenen, SAR-Regulatoren und anderen Genen, die Morphologie und Signalübertragung beeinflussen. Schließlich ergab die Stoffwechselprofilierung von ANT1-Pflanzen und ihren Hybriden, dass in ANT1 bestimmte Kohlenhydratwerte erhöht waren, während viele Aminosäurekonzentrationen niedriger waren und einige organische Säuren leicht erhöht waren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie nicht nur unser Verständnis der Rolle von Anthocyanen in der Pflanzenphysiologie erweitert, sondern auch einen vielversprechenden Weg für den Einsatz der Anthocyan-Manipulation in der Pflanzenzüchtung zur Optimierung von Pflanzenwachstum und -produktivität bietet.
Mehr Informationen:
João Victor Abreu Cerqueira et al., Der Promotorersatz von ANT1 induziert die Akkumulation von Anthocyanen und löst die Schattenvermeidungsreaktion durch entwicklungsbedingte, physiologische und metabolische Neuprogrammierung in Tomaten aus. Gartenbauforschung (2022). DOI: 10.1093/hr/uhac254