Ярко-красные, вкусные, полезные для здоровья — вот что мы знаем и за что любим сладкий перец. Впервые команда под руководством профессора Саши Багински с кафедры биохимии растений в Рурском университете (RUB) детально расшифровала на уровне белков, что заставляет перец краснеть по мере созревания. В центре проекта — так называемые пластиды, типичные клеточные органеллы, в которых по мере созревания плода разлагается хлорофилл и производятся каротиноиды. Эта трансформация чётко видна, так как цвет плода меняется из зелёного через оранжевый в красный. Команда задокументировала процесс в деталях и в целом на уровне белков и опубликовала свои результаты в The Plant Journal 30 ноября 2020.
От хлорофилла к каротиноидам
Из-за своего вкуса и аромата, а также высоких концентраций полезных для здоровья ингредиентов, таких как витамин C и антиоксидантный провитамин A (в виде каротиноидов), сладкий перец, по-научному Capsicum annuum, оказался среди самых популярных овощей. Процесс созревания в перце протекает от активного фотосинтеза с высоким уровнем хлорофилла и крахмала до нефотосинтезирующих плодов, богатых каротиноидами. Важные шаги этого перехода происходят в типичных органеллах клеток растений, так называемых пластидах.
Первым шагом являются предшествующие органеллы, так называемые пропластиды. Они ещё не дифференциированы и превращаются в разные пластиды в зависимости от типа тканей и сигналов окружающей среды. Во многих видах фруктов и овощей из них образуются хромопласты. «Они получили своё название, так как часто ярко окрашены», — объясняет Саша Багински. В плодах перца пропластиды изначально превращаются в фотосинтетически активные хлоропласты, из которых в ходе созревания плода посредством разложения хлорофилла и всего механизма фотосинтеза образуются богатые каротиноидами хромопласты.
Ключевое отличие от помидоров
То же применимо и к помидорам, хотя у них есть ключевое отличие от перцев: они относятся к климактерическим плодам, то есть дозревают после сбора. Биохимически этот процесс характеризуется резким подъёмом дыхательной активности и высоким потреблением кислорода, так называемым климактерием. Этого не происходит у перцев. «Зелёные перцы, часто продаваемые в супермаркетах, — незрелые», — говорит Саша Багинский. Они всё ещё несут в себе богатые хлорофиллом хлоропласты и, когда перец свежий, также содержат большое количество крахмала, который в растениях запасает энергию, получаемую в ходе фотосинтеза. «Наши данные теперь показывают несколько различий в дифференциации хромопластов между перцами и помидорами на молекулярном уровне. Это даёт возможность в будущем понять разницу в метаболизме климактерических и неклимактерических плодов».
Одним из примеров является энергетический метаболизм. Белок PTOX — терминальная оксидаза пластид, который производит воду, перенося электроны к кислороду во время производства каротиноидов, в перцах присутствует лишь в малых количествах. Это может приводить к более низкому потреблению кислорода и может быть связано с повышенным синтезом АТФ. Хромопласты используют модули фотосинтетического транспорта электронов для синтеза АТФ, что в перцах по крайней мере частично проводится при помощи так называемого цитохром-b6f-комплекса и пластоцианина, который присутствует в перцах в больших количествах, в отличие от помидоров. Малое количество PTOX в перцах может означать, что может быть произведено больше АТФ, если больше электронов из производства каротиноидов пойдут этим путём к пока не известной оксидазе.
Более эффективный и возобновляемый подход к производству каротиноидов в растениях
«Это всего лишь один из примеров нескольких, иногда очень малых различий в метаболизме хромопластов перца и помидоров, — объясняет Саша Багински. — Наши данные дают новый подход к пониманию дифференциации хромопластов, и мы собираемся исследовать его ещё глубже». Например, команда из Бохума использует систему, описанную испанской группой, в которой дифференциация хромосом в листьях инициируется одним-единственным белком. Это может показывать пути производства каротиноидов в растениях более эффективно и возобновляемо. Собранные данные публично доступны в базе журнала Pride.
Источник: Chromoplast differentiation in bell pepper (Capsicum annuum) fruit
Перевод: Антон Меньшенин
