De rol van weefseldifferentiatie met betrekking tot het centrale koolstofmetabolisme van tomatenfruit

Ademhaling verbruikt O2 en produceert CO2. Als gevolg hiervan zijn de O2- en CO2-concentratie in het midden van de vrucht respectievelijk onder en boven die van de bewaaratmosfeer. Dit is experimenteel aangetoond door verschillende auteurs. Omdat het moeilijk is om de O2- en CO2-concentratie in vivo te meten, zijn er modellen ontwikkeld om de gasuitwisseling van fruit met hun omgeving te beschrijven. Ho et al. een reactie-diffusiemodel ontwikkeld om gasuitwisseling van intact fruit op macroschaal te bestuderen. Gastransport in fruitweefsel wordt aangedreven door gasconcentratiegradiënten als gevolg van O2-uitputting en CO2-productie door ademhaling en fermentatie. Tot dusver hebben we deze processen gemodelleerd door de Michaelis-Menten-kinetiek. Om het effect van opslagcondities op ademhaling en fermentatie te begrijpen, is echter meer gedetailleerde informatie nodig over de verschillende routes die betrokken zijn bij het centrale koolstofmetabolisme, waaronder glycolyse, Krebs-cyclus, oxidatieve fosforylering, pentosefosfaat-shunt en fermentatie. Het is inderdaad aangetoond dat hypoxische stress de metabolische samenstelling van fruit dramatisch verandert. Metabolomics is gebruikt om het effect van omgevingsfactoren op de plantenfysiologie te evalueren en om paden op te helderen. Slechts enkele toepassingen van metabolomics op de biologie na de oogst zijn beschreven in de literatuur. Metabolomische gegevens kunnen worden gebruikt om wiskundige modellen te construeren van metabolische netwerken in fruit en groenten die het effect voorspellen van operaties na de oogst op de fysiologie en kwaliteit van fruit en groenten. Om dergelijke dynamische modellen te ontwikkelen, worden over het algemeen experimentele gegevens over de opname van met isotoop gelabelde substraten gebruikt, omdat ze metabolietfluxen kunnen onthullen die met de tijd veranderen. Vanwege de complexiteit heeft de wiskundige modellering van dynamische isotopenetikettering in planten zeer weinig aandacht gekregen. Kwantitatieve kennis alleen op metabool niveau blijft echter moeilijk te interpreteren zonder de juiste conceptuele en wiskundige modellen van de onderliggende biochemie die deze veranderingen kunnen interpreteren in termen van omzetsnelheden en totale koolstoffluxen. Onlangs hebben we een workflow ontwikkeld om fluxen in ongedifferentieerde tomatencellen te meten, met het uiteindelijke doel om kinetische pathway-modellen te construeren van de respiratieroute in hypoxische en anoxische omstandigheden. Bovendien is de experimentele benadering uitgebreid naar het bestuderen van metabolische reacties in dunne plakjes fruitweefsel bij het ontwikkelen van appelfruit.  Tot nu toe is deze methodologie niet toegepast om metabolische veranderingen in intact fruit te beschrijven. Terwijl voor pitvruchten het vlezige weefsel als vrij homogeen wordt beschouwd, is bekend dat het eetbare deel van tomatenfruit bestaat uit meerdere weefseltypen die elk op hun eigen manier bijdragen aan het algehele metabolisme van de vrucht. Dit werd expliciet aangetoond met betrekking tot de biosyntheseroute van ethyleen in tomaat.  Bovendien is deze weefseldifferentiatie duidelijk gekoppeld aan de ontwikkelingsfase van de vrucht.  Dus, naast de impact van zuurstofgradiënten, kan verwacht worden dat metabole weefseldifferentiatie ook invloed heeft op de algehele fruitrespons.