Μελέτη ενζύμων που σχετίζονται με το μεταβολισμό του αζώτου σε παρθενοκαρπικούς και ένσπερους καρπούς τομάτας

Abstract

Μελετήθηκε η συνθετάση της γλουταμίνης (GS) και η αφυδρογονάση του γλουταμινικού οξέος (GDH) σε παρθενοκαρπικούς και ένσπερμους καρπούς τομάτας τύπου cherry, κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής τους. Τα στάδια που επιλέχτηκαν ήταν νεαροί πράσινοι καρποί διαμέτρου 5mm και 15mm, ώριμοι πράσινοι καρποί, καρποί στο στάδιο της αλλαγής του χρώματος και ώριμοι κόκκινοι καρποί. Οι παρθενοκαρπικές τομάτες αναπτύχθηκαν μετά την αφαίρεση των ανθήρων από κλειστά άνθη και την ακόλουθη εφαρμογή 50ppm β-ναφθοξυοξεικού οξέος.

Για τη μελέτη των ενζύμων χρησιμοποιήθηκε ο ανοσοεντοπισμός των δυο πρωτεϊνών και ο in situ εντοπισμός της δραστικότητας της GDH σε τομές των καρπών από τα παραπάνω στάδια. Τόσο η GS όσο και η GDH εντοπίστηκαν έντονα στις ηθμαγγειώδεις δεσμίδες σε όλα τα υπό μελέτη στάδια, τόσο στους παρθενοκαρπικούς όσο και στους ένσπερμους καρπούς. Στους ένσπερμους καρπούς και τα δύο ένζυμα εντοπίστηκαν έντονα στα όργανα του εμβρύου και το ενδοσπέρμιο. Τέλος, και τα δύο ένζυμα εντοπίστηκαν επίσης στο ζελατινώδες παρέγχυμα ενώ το σήμα του εντοπισμού στο περικάρπιο και τον πλακούντα ήταν λιγότερο έντονο. Από τον εντοπισμό του ενζύμου είναι δυνατόν να λεχθεί ότι το ένζυμο είναι ενεργό σε όλους τους ιστούς του καρπού καθόλα τα στάδια ανάπτυξής του.

Η μελέτη της έκφρασης των γονιδίων έδειξε ότι στον καρπό εκφράζονται κυρίως ο κυτοπλασματικός ισότυπος GS και πολύ λιγότερο ο πλαστιδιακός σε όλα τα στάδια της ανάπτυξης του καρπού. Αυτό σημαίνει ότι η συνεισφορά των πλαστιδίων στο μεταβολισμό του αζώτου στους καρπούς της τομάτας είναι πιθανόν μικρή. Επίσης, από τους δύο ισότυπους της GDH που εξετάστηκαν ο ένας (AAB39508) εκφράζεται κατά μία τάξη μεγέθους περισσότερο στον καρπό.

Η έκφραση της κυτοπλασματικής GS και της GDH (AAB39508) ακολουθούν το ίδιο πρότυπο. Η αυξημένη έκφραση των δύο αυτών γονιδίων κατά τη διάρκεια της αύξησης του σπέρματος στους ένσπερμους καρπούς, πιθανόν να σχετίζεται με την αύξηση του εμβρύου στους καρπούς αυτούς.

In the present study, glutamine synthetase (GS) and glutamate dehydrogenase (GDH) in parthenocarpic and seeded tomato fruits were studied using immunolicalization and gene expression techniques. The selected stages of fruits were: developing fruits of diameter 5mm and 15mm, mature green, breaker and red ripe fruits. Parthenocarpic fruits were developed after the application of 50ppm αnaphthoxyacetic acid on emasculated closed flowers.

Both enzymes were heavily localized in the vascular bundles of all organs examined of parthenocarpic and seeded fruits. In seeded fruits both proteins were also heavily localized in embryo organs and in the endosperm. The localization signal was also present in locular parenchyma, while in the tissues of placenta and pericarp it was less intense. From immunolocalization pattern it is possible to conclude that the enzyme can be active in all fruit tissues through fruit development. Gene expression studies revealed that during fruit development the expression of cytosolic isoform of GS was much higher than the plastidial one. Similarly, the expression of the first GDH gene that was studied (AAB39508) was almost 10 times higher than the second GDH gene that was studied. Moreover, the expression patterns of cytosolic GS and GDH (AAB39508) were very similar. These patterns change through fruit development, in way almost inverse in seeded fruits in respect to parthenocarpic fruits. The increased expression of these two genes in seeded fruits during seed development could be attributed to the embryo development.