(Inside Science) – cytryny są znane ze swojego kwaśnego smaku. Teraz naukowcy odkryli tajemnicze geny tej kwasowości, nowe odkrycia, które mogą pomóc rolnikom hodować słodsze pomarańcze, cytryny, limonki, grejpfruty i inne owoce cytrusowe.
najstarsza znana wzmianka o cytrusach pochodzi z około 2200 roku p. n. e., kiedy to na cesarskim dworze YU Wielkiego w Chinach wręczono daniny z mandarynek i pomelo owiniętych w ozdobne jedwabie. Obecnie uprawia się więcej cytrusów niż jakikolwiek inny rodzaj owoców na całym świecie; na przykład w 2014 roku ludzie w Stanach Zjednoczonych spożywali około 35,6 kilograma owoców cytrusowych na osobę, zgodnie z Agricultural Marketing Resource Center.
cytrusy są znane ze swojej kwasowości. Kwaśny smak owocu zależy od przedziałów w komórkach roślinnych zwanych wakuolami, które są kwaśne, ponieważ dodatnio naładowane jony wodorowe (zasadniczo protony) są do nich pompowane. U większości gatunków roślin wakuole te są tylko lekko kwaśne w porównaniu do reszty wnętrzności komórki. Długo było tajemnicą, jak cytrusowe wakuole stały się wyjątkowo kwaśne.
nowe odkrycie dotyczące cytrusów rozpoczęło się od odległych krewnych roślin cytrusowych, petunii. Zespół mąż i żona Ronald Koes i Francesca Quattrocchio, genetycy molekularni z Uniwersytetu w Amsterdamie, i ich koledzy odkryli zmutowane wersje genów znanych jako PH1 i PH5 mogą zmieniać kolor kwiatów poprzez nadkwasotę ich płatków. „Płatki z bardziej kwaśnymi wakuolami są czerwonawe; płatki z mniej kwaśnymi wakuolami są niebieskawe” – powiedział Quattrocchio.
geny te wytwarzały cząsteczki znane jako P-ATPazy na błonach wakuoli, zwiększając liczbę protonów pompowanych do przedziałów. Wersje tych genów znajdują się nie tylko szeroko w roślinach kwitnących, w tym w gatunkach bez kolorowych płatków, ale także w roślinach bez kwiatów, takich jak drzewa iglaste.
powszechny charakter tych genów kwasowości sugerował, że mogą one odgrywać rolę poza kolorem kwiatów. To zachęciło naukowców do zbadania, czy mogą one być odpowiedzialne za kwaśny smak cytrusów. „Przyjrzeliśmy się najbardziej kwaśnej roślinie, jaką mogliśmy wymyślić, cytrynom” – powiedział Koes.
badacze badali CitPH1 i CitPH5, cytrusowe wersje tych genów petunii. Odkryli, że geny te były bardzo aktywne w kwaśnych cytrynach, pomarańczach, pomelo i limonkach rangpur, ale znacznie mniej aktywne w słodkich „bezkwasowych” odmianach cytrusów, takich jak pomarańcze Limy i Limetty Millsweet, ze względu na różnorodność utrudniających mutacji. „Ludzie zobaczą tę pracę jako rozwiązanie zagadki, która była tam przez dość długi czas” – powiedział Quattrocchio.
wcześniejsze próby wyizolowania tych białek za kwasowością cytrusów prawdopodobnie napotykały problemy, ponieważ cząsteczki te są osadzone wewnątrz membran i dlatego trudno je oczyścić i przeanalizować, powiedział Koes. Ponadto kompletna pompa składa się z dziesiątek białek i ma tendencję do rozpadania się podczas oczyszczania, dodał. Co więcej, kwas w cytrusowych wakuoli sam zniszczyłby wiele prób zbadania ich błon, powiedział fizjolog roślin Lincoln Taiz z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz.
„to ekscytujące odkrycie-wyjaśnia, dlaczego owoc cytryny jest w stanie nadkwasotę wakuoli”, powiedział Taiz, który nie brał udziału w tych badaniach.
te ustalenia mogą pomóc w przyspieszeniu hodowli nowych odmian owoców, powiedział Koes. Analizując DNA młodych drzewek, hodowcy mogą pewnego dnia przewidzieć słodycz lub kwaśność swoich owoców „na wiele lat przed owocami, które można zbadać pod kątem kwasowości lub smaku w konwencjonalny sposób”, wyjaśnił Koes.
tak ulepszona hodowla nie ogranicza się potencjalnie do cytrusów. „Na przykład kwasowość winogron do produkcji wina może być zróżnicowana, aby stworzyć różne smaki wina”, powiedział Taiz. „Innym zastosowaniem może być zmiana kolorów kwiatów.”
ponadto istnieją wskazówki, że geny te są związane z kluczowymi częściami rozwoju roślin. „Widzimy je aktywne w komórkach macierzystych i nie mamy pojęcia, dlaczego jeszcze”, powiedziała główna autorka badania Pamela Strazzer, genetyk molekularny na Uniwersytecie w Amsterdamie.
naukowcy szczegółowo opisali swoje wyniki w Internecie. 26 w czasopiśmie Nature Communications.
