Science Reveals How Fruit Keeps A Lid On Ripening Until The Time Is Right

Arne Dedert/Getty Images

Jeśli kiedykolwiek próbowałeś dojrzeć kawałek owocu, wkładając go do torby z bananem, wykorzystałeś moc etylenu.

Etylen jest ważnym hormonem roślinnym. W bananach i wielu innych owocach produkcja etylenu wzrasta, gdy owoc jest gotowy do dojrzewania. Ten skok powoduje przemianę twardego, zielonego, matowego owocu w delikatną, jaskrawą, słodką rzecz, która jest gotowa do zjedzenia.

Naukowcy badają rolę etylenu w fizjologii roślin od ponad wieku, a przemysł przetwórczy od dawna wykorzystuje ten gaz do manipulowania dojrzewaniem. Ale jak owoce regulują produkcję tego hormonu, pozostaje tajemnicą. Teraz naukowcy znaleźli główny przełącznik, który sprawia, że roślina zwiększa produkcję etylenu, gdy jest na to czas.

W badaniu opublikowanym w poniedziałek w Nature Plants naukowcy odkryli, że zanim owoc jest gotowy do dojrzewania, ten główny przełącznik zapobiega włączeniu genów związanych z dojrzewaniem przed czasem.

Przełączenie głównego przełącznika „jest jak wybicie szyby w alarmie przeciwpożarowym”, mówi współautor badania James Giovannoni, biolog molekularny roślin z Departamentu Rolnictwa USA i Uniwersytetu Cornell. „Kiedy pociągnie się za dźwignię, wszystko zaczyna się dziać.”

Przełącznik jest krytyczny, ponieważ zbyt wczesne dojrzewanie może mieć fatalne konsekwencje dla rośliny – może ona stracić szansę na rozmnażanie. Tworzenie mięsistych, pysznych owoców jest strategią: celem jest skłonienie zwierzęcia do zjedzenia owocu i rozproszenia znajdujących się w nim nasion.

Gdy przełącznik dojrzewania zostaje uruchomiony, aktywowane są geny. W ten sposób owoc staje się gotowy do spożycia: roślina zwiększa produkcję cukru w owocu i zaczyna wytwarzać związki o słodkim zapachu, które kuszą zwierzęcy nos, oraz pigmenty, które przyciągają wzrok zwierzęcia.

W niektórych owocach uruchomienie przełącznika dojrzewania prowadzi również do aktywacji mechanizmów wytwarzających etylen. Dojrzewanie owoców nie dzieje się w jednej chwili, ale w czasie. Kiedy owoc zaczyna syntetyzować etylen, hormon ten utrzymuje wszystko, co musi być włączone, włączone, podtrzymując proces dojrzewania.

To wyjaśnia, dlaczego sztuczka z bananem w torebce działa, a czasami nie. Jeśli owoc jest wystawiony na działanie etylenu na długo przed osiągnięciem dojrzałości, nie zrobi on wiele. Wręcz przeciwnie, w niektórych owocach może on hamować dojrzewanie. Ale w przypadku niektórych owoców, ekspozycja na ten gaz w krytycznym momencie przyspiesza dojrzewanie. Wiemy, że w przypadku owoców takich jak jabłka, banany, brzoskwinie, mango, gruszki i pomidory, okno to otwiera się po przełączeniu głównego przełącznika. W przypadku owoców, które ignorują etylen, takich jak winogrona, ananasy i wiele owoców jagodowych, sztuczka z torebką nie zadziała.

Kontrola tego, kiedy i gdzie etylen jest włączony, jest delikatnym balansem dla rośliny. Etylen jest nie tylko związany z dojrzewaniem, ale jest także hormonem stresu. Kiedy część rośliny, taka jak liść, zostaje zaatakowana lub uszkodzona, etylen uruchamia proces gnicia, powodując usychanie uszkodzonych części i ich amputację.

Ma to intuicyjny sens, że etylen jest zaangażowany zarówno w dojrzewanie, jak i gnicie, mówi Harry Klee, ekspert w dziedzinie genetyki i biochemii owoców na Uniwersytecie Florydy w Gainesville, który nie brał udziału w badaniach.

„Dojrzewanie owoców to początek gnicia”, mówi Klee. „Tak się składa, że zbieramy je i jemy na pewnym etapie, ale są one na drodze do bycia torbą z grzybem.”

Ludzie od wieków wykorzystują dojrzewające moce etylenu. Starożytni Egipcjanie kroili figi, uwalniając etylen i przyspieszając proces dojrzewania. Chińscy rolnicy dojrzewali gruszki, paląc kadzidła w pomieszczeniach, w których je przechowywali. Powiedzenie „jedno złe jabłko psuje los” odnosi się do tego, jak etylen uwalniany przez rozpadające się jabłko pobudza pobliskie jabłka do dojrzewania, a w końcu również do gnicia.

Krytyczna obserwacja działania etylenu związanego ze stresem pojawiła się pod koniec XIX wieku, kiedy naukowcy zauważyli, że gaz emitowany przez latarnie uliczne pobudza pobliskie drzewa do więdnięcia i zrzucania liści.

Dziś dystrybutorzy produktów regularnie manipulują dojrzewaniem owoców, które reagują na etylen. Banany, pomidory, brzoskwinie, gruszki i inne owoce są często zbierane, gdy są już prawie dojrzałe. Owoce te są wysyłane, gdy są jeszcze jędrne i mniej podatne na uszkodzenia. Następnie dystrybutorzy uwalniają etylen do magazynu przechowującego owoce, aby jeszcze bardziej je dojrzeć przed dostarczeniem na rynek. (To czasami może być katastrofalne w skutkach, etylen jest łatwopalny, a eksplozje w magazynach owocowych zabijały ludzi).

Odkrycie przełącznika dojrzewania może pozwolić na jeszcze dokładniejszą regulację tego procesu, mówi Klee. A dane uzyskane w nowym badaniu mogą pomóc naukowcom w zbadaniu wielu innych kwestii związanych z dojrzewaniem, w tym smaku.

Kilka lat temu Klee i jego koledzy odkryli, dlaczego pomidory tracą smak po umieszczeniu ich w lodówce: Chłodzenie zmienia aktywność ważnych genów związanych ze smakiem. Nowe badania sugerują, że podobny przełącznik dojrzewania może być winowajcą bezsmakowych owoców.

Badania mogą również pomóc hodowcom zrozumieć dojrzewanie owoców, które są mniej zbadane niż pomidory czy banany. Ponieważ naukowcy byli w stanie wskazać geny, które są aktywowane przez przełącznik dojrzewania, hodowcy mogą teraz szukać różnych wersji tych genów w dzikich populacjach owoców. Może to doprowadzić do odkrycia nowych odmian, które będą dojrzewać dłużej lub krócej, czyli do odkryć, które przyniosą nam owoce nawet poza sezonem.

Wykrywanie, kiedy przełącznik dojrzewania jest gotowy do rzucenia, daje hodowcom owoców wyraźniejszy strzał w idealne okno dojrzewania. A jeśli uda im się to zastosować do wielu owoców, może to oznaczać jeszcze większą różnorodność dla nas w supermarketach.

Rachel Ehrenberg jest niezależną dziennikarką mieszkającą w Bostonie. Pisze o przecięciu nauki, żywności, ludzi i polityki. Można ją śledzić na Twitterze.