Thidiazuron delays postharvest kiwifruit softening with temporal shifts in ethylene, starch and cell-wall programmes

Het rijpen van fruit is een biologische aftelling die begint op het moment dat de vrucht wordt geplukt. Voor de kiwi is deze aftelling berucht snel. Eenmaal geoogst ondergaat de vrucht een snelle transformatie waarbij het harde vruchtvlees zacht wordt, zetmeel verandert in suiker en de bittere zuren vervagen. Dit proces wordt gedreven door een natuurlijk plantenhormoon genaamd ethyleen, dat fungeert als een chemisch signaal dat de vrucht vertelt te rijpen. Hoewel dit zachter worden de vrucht zoet en klaar maakt om te eten, maakt het de vrucht ook kwetsbaar en kortlevend, wat een grote uitdaging vormt voor boeren en kwekers die de vruchten moeten transporteren en opslaan zonder dat ze tot een papje veranderen. Wetenschappers weten al lang dat als ze dit chemische signaleringsproces of de structurele veranderingen in de celwanden van de vrucht kunnen vertragen, ze de houdbaarheid van de vrucht kunnen verlengen, maar de precieze timing van hoe verschillende behandelingen deze interne veranderingen beïnvloeden, bleef een mysterie.

Onderzoekers aan de Nanchang Normal University en de Jiangxi Academy of Sciences zetten zich in om dit puzzelstukje op te lossen door een synthetische plantregulator genaamd thidiazuron, of TDZ, te testen op verse kiwi's. Ze behandelden de vruchten met een specifieke concentratie van deze chemische stof en observeerden vervolgens hoe ze veranderden in vergelijking met onbehandelde vruchten. Het doel was niet alleen om te zien of de vrucht stevig bleef, maar om te begrijpen op welk exact moment de chemische behandeling begon de interne instructies van de vrucht te wijzigen. Door de stevigheid, het zuurgehalte en de chemische samenstelling van de vrucht te meten naast een gedetailleerde lezing van de genetische activiteit, ontdekten het team dat de behandeling het rijpingsproces niet simpelweg stopte; in plaats daarvan duwde het de gehele tijdlijn van rijpingsgebeurtenissen verder de toekomst in, waardoor de vrucht effectief meer tijd kreeg voordat deze zacht werd.

Het experiment begon met een eenvoudige fysieke test. De onderzoekers doopten geoogste kiwi's in een oplossing met 600 milligram TDZ per liter water, terwijl een controlegroep in plain water werd gedoopt. Ze bewaarden beide groepen bij een constante kamertemperatuur en controleerden ze met regelmatige tussenpozen gedurende twintig dagen. De resultaten waren opmerkelijk. Na twintig dagen was de onbehandelde vrucht zo zacht geworden dat deze nauwelijks nog stevig was, met een meting van slechts 3,78 newton aan kracht, het punt waarop de vrucht als overrijp wordt beschouwd en direct klaar is om gegeten te worden. In contrast hiermee bleef de behandelde vrucht stevig op 27,72 newton, een niveau van hardheid dat ervoor zorgt dat de vrucht veel langer kan worden opgeslagen en verzonden. Naast het feit dat de behandelde vrucht hard aanvoelde, behield deze ook zijn bittere smaak, zijn zetmeelgehalte en de structurele componenten van zijn celwanden, die de microscopische bouwstenen zijn die de vrucht zijn vorm geven.

Om te begrijpen waarom dit gebeurde, keken de wetenschappers in de vrucht naar het niveau van de genen. Ze verzamelden monsters van de vrucht op verschillende momenten en sequenden het RNA, het molecuul dat instructies van het DNA naar de rest van de cel draagt. Dit stelde hen in staat om te zien welke genen werden ingeschakeld of uitgeschakeld tijdens elke fase van het rijpingsproces. Ze ontdekten dat de behandelde vrucht en de onbehandelde vrucht al vier tot acht dagen na de oogst begonnen af te wijken in hun genetische instructies, maar de verschillen werden zeer duidelijk tussen twaalf en twintig dagen. De onbehandelde vrucht volgde een voorspelbaar pad waarbij genen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van zetmeel en het verzachten van de celwanden agressief werden ingeschakeld. De behandelde vrucht hield deze genen echter veel langer uitgeschakeld.

De studie identificeerde twaalf specifieke genen die een centrale rol speelden in deze vertraging. Deze genen vielen uiteen in drie hoofdcategorieën: genen die de productie van ethyleen controleren, genen die het afbraakproces van zetmeel en suiker beheren, en genen die de celwand herstructureren. In de onbehandelde vrucht waren de genen die ethyleen produceren en zetmeel afbreken zeer actief tijdens de kritieke periode van twaalf tot twintig dagen. In de behandelde vrucht waren deze zelfde genen aanzienlijk minder actief. Zo werden bijvoorbeeld de genen die verantwoordelijk zijn voor het maken van het enzym dat pectine afbreekt — een substantie die werkt als lijm die de celwanden bij elkaar houdt — in een lage staat gehouden. Dit betekende dat de celwanden intact bleven en de vrucht stevig bleef. Interessant genoeg ontdekten de onderzoekers ook dat sommige genen gerelateerd aan de interne structuur van de vrucht later in de opslagperiode juist in activiteit toenamen, wat suggereert dat de behandeling de vrucht niet in de tijd bevroor, maar eerder het gehele schema van gebeurtenissen verschoof.

De onderzoekers bevestigden dat hun bevindingen niet uniek waren voor deze specifieke chemische stof door hun resultaten te vergelijken met gegevens uit andere studies waarbij ethyleen en een stof die ethyleen blokkeert werden gebruikt. Ze vonden dat dezelfde twaalf genen op een vergelijkbare manier reageerden wanneer de vrucht aan deze verschillende behandelingen werd blootgesteld, wat het idee versterkte dat deze genen de cruciale schakelaars voor het rijpingsproces zijn. De studie suggereert dat thidiazuron werkt door de activatie van deze schakelaars te vertragen, waardoor er een "temporele verplaatsing" ontstaat waarbij het rijpingsprogramma van de vrucht wordt teruggedrongen. Deze vertraging zorgt ervoor dat de vrucht haar stevigheid, zuurgraad en zetmeel gedurende een langere periode behoudt, wat de commerciële levensduur effectief verlengt.

Dit onderzoek biedt een heldere kaart van hoe een chemische behandeling de biologische klok van een vrucht kan veranderen. Door de exacte genen en de specifieke momenten aan te wijzen waarop deze veranderen, zijn de wetenschappers verder gegaan dan alleen observeren dat de vrucht stevig blijft. Ze hebben aangetoond dat de behandeling een gecoördineerde vertraging creëert over het gehele systeem van de vrucht, van de productie van rijpingshormonen tot de afbraak van de interne structuur. Dit begrip biedt een nieuwe manier om na te denken over postharvest-beheer, waarbij suggereert dat de sleutel tot het behoud van de kwaliteit van fruit ligt in het beheren van de timing van deze genetische instructies, in plaats van simpelweg te proberen ze volledig te stoppen. De bevindingen wijzen naar een toekomst waarin fruit gedurende langere perioden kan worden opgeslagen zonder de textuur en smaak te verliezen die consumenten verwachten, simpelweg door het timing van de natuurlijke rijpingscyclus te verschuiven.