Биологи из США и Китая выяснили, почему помидоры, хранящиеся в холодильнике, теряют вкус. Ученые связали это явление с изменениями в экспрессии факторов созревания и эпигенетическими изменениями в ДНК, а также выстроили молекулярный механизм, стоящий за этим. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of National Academy of Sciences.
Значительные изменения наступают после недели хранения в охлажденном ниже пяти градусов Цельсия состоянии.
Многие владельцы магазинов и потребители хранят фрукты и овощи при низких температурах — в холодильниках. В случае помидоров (Solanum lycopersicum), однако, это ведет к ухудшению их гастрономических качеств. В первую очередь это сказывается на их вкусе — изменения возникают уже при температурах ниже 12 градусов Цельсия. Недавние исследования показали, что ключевым в этом процессе является изменение экспрессии ряда генов. Однако детали молекулярных механизмов, лежащих за потерей вкуса, остаются неизвестны.
Новая работа заполняет этот пробел. Биологи выращивали помидоры в теплицах и, после созревания, помещали их в холодильник на один, три или семь дней при пяти градусах Цельсия. Затем плоды снова согревали до комнатной температуры и выдерживали в таком состоянии от одного до трех дней. На каждом этапе эксперимента ученые анализировали количество пахучих веществ в помидорах, а также проводили исследования транскриптома растений — совокупности всех РНК, синтезируемых в клетках организма.
Вкус помидоров определяется тремя основными группами веществ: углеводами (сахарами), кислотами и летучими веществами. Ученые отметили, что охлаждение практически не влияет на количество углеводов и органических кислот, выделяемых плодами в атмосферу. Вместе с тем, количество летучих веществ после длительного (семь дней) охлаждения менялось значительно. Из данных, полученных авторами, видно, что сразу после хранения количество летучих веществ уменьшалось в несколько раз по сравнению с днем созревания. В особенности авторы отмечают, что охлаждение уменьшает скорость синтеза этилена в помидорах. Это вещество является гормоном растений и запускает созревание и синтез пахучих веществ. Сам по себе этилен не имеет вкуса и запаха плодов. Выдерживание помидоров при комнатной температуре частично восстанавливало вкус, но этот параметр по-прежнему был меньше, чем в день созревания.
Одновременно со снижением концентрации летучих веществ авторы обнаружили увеличение степени метилирования ДНК. Этот механизм позволяет «отключать» определенные гены с помощью присоединения к ним небольшой группы атомов — метильной группы. Для определения степени метилирования используется бисульфитное секвенирование.
Так, среди прочего, ученые обнаружили серьезное изменение степени метилирования в участках промоторов генов факторов созревания. Это говорит о том, что эти факторы перестают работать и процессы созревания останавливаются. Эти эпигенетические изменения, тем не менее, обратимы. Уже через сутки после хранения при комнатной температуре степень метилирования возвращается к своему состоянию в день созревания. Биологи замечают, что исследование не позволяет однозначно ответить на вопрос, является ли метилирование причиной или последствием замедления экспрессии генов.
Совместный анализ позволяет объяснить некоторые наблюдаемые закономерности. К примеру, ряд летучих веществ после охлаждения, наоборот, начинает производиться плодами в больших количествах. Это гераниаль — низкомолекулярное вещество терпенового ряда — и метилгептенон. Ученые считают, что это связано в первую очередь с активными формами кислорода, взаимодействующими с каротинами плода. Гены, отвечающие синтезу ферментов, которые необходимы для других путей синтеза гераниаля, при охлаждении «отключаются».
Одна из будущих целей исследователей — определить, являются ли такие изменения универсальными для многих растений, или же они уникальны для томатов. Кроме того, ученые ищут способ вывести сорт помидоров, которые не теряли бы своего аромата при охлаждении.
Многие современные сорта помидоров, как выяснила в 2012 году другая группа биологов, несут в себе мутацию, ухудшающие их вкусовые качества. Эта мутация позволяет плодам созревать равномерно, что позволяет фермерам легко определять момент сбора. Вместе с тем, эта же мутация уменьшает количество хлоропластов в незрелых помидорах, что приводит к уменьшению концентрации сахаров в плодах. Из-за этого вкус современных помидоров кажется водянистым.
