The role of SlCHRC in carotenoid biosynthesis and plastid development in tomato fruit

质体 类胡萝卜素 生物合成 染色体体 植物 生物 化学 生物化学 叶绿体 基因
作者
Yu Wang,Cong Tian,Q X Na,Changsong Zhu,Hui Cao,Mengzhuo Zhang,Lanhuan Meng
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:: 136354-136354
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.136354
摘要

Chromoplasts are specialized plastids in plants involved in carotenoid synthesis, accumulation, and stress resistance. In tomatoes (Solanum lycopersicum), the Chromoplast-associated carotenoid binding protein (CHRC) regulates chromoplast development and carotenoid accumulation, although its precise mechanisms are not yet fully understood. To investigate the role of SlCHRC in carotenoid biosynthesis, we generated transgenic tomatoes using overexpression (oe-SlCHRC) and CRISPR/Cas9-mediated gene editing (cr-SlCHRC) techniques. The results demonstrated inhibited fruit ripening and delayed onset of color break in both transgenic lines. The oe-SlCHRC lines exhibited increased carotenoid accumulation, particularly (E/Z)-phytoene, lycopene, and γ-carotene, with abundant plastoglobules and carotenoid crystals observed via TEM. In contrast, cr-SlCHRC mutants showed a greener phenotype, reduced carotenoid content, and fewer plastoglobules at the BK + 10 stage. Transcriptome analysis indicated that SlCHRC influences key genes in carotenoid biosynthesis, such as SlNCED2, as well as genes related to chloroplast development, photosynthesis, and plastoglobule formation. Additionally, SlCHRC enhances heat stress tolerance in tomato fruits by upregulating heat shock proteins (HSPs), antioxidants, and proline accumulation. These findings indicate that SlCHRC plays a crucial role in improving tomato fruit quality under heat stress conditions.

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