DOI: https://doi.org/10.1186/s43897-025-00188-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41485005
تاريخ النشر: 2026-01-04
المؤلف: Naila Mir Baz وآخرون
الموضوع الرئيسي: النشاط المضاد للأكسدة والإجهاد التأكسدي
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على أنواع البرقوق، المعروفة عادةً بالفواكه الحجرية، والتي تشمل مجموعة متنوعة من الفواكه ذات الأهمية الاقتصادية مثل الكرز، البرقوق، المشمش، الخوخ، والنكتارين. هذه الفواكه معروفة بجاذبيتها الجمالية وقيمتها الغذائية، والتي تُعزى إلى الكاروتينات – المستقلبات الثانوية التي تمنح الألوان التي تتراوح من الأصفر الباستيل إلى البرتقالي الغني. يتم تسهيل تراكم الكاروتينات في أنسجة البرقوق بواسطة الكروموبلاست، التي تخزن وتثبت هذه الأصباغ، مما يؤدي إلى الألوان الزاهية المميزة لهذه الفواكه.
تؤدي التنوع الجيني بين أنواع البرقوق والأصناف إلى اختلافات في أنواع ومستويات الكاروتينات، مما يؤثر على لون الأنسجة. تشمل الجينات الرئيسية المشاركة في تخليق الكاروتينات PSY (سينثاز الفيتوين)، LCYB/E (حلقة الليكوبين)، وBCH1 (هيدروكسيلاز البيتا كاروتين)، التي تعزز تراكم الكاروتينات وتساهم في الصبغة الصفراء والبرتقالية. على العكس، فإن CCDs (ديأوكسيجيناز انقسام الكاروتينات) وNCEDs (ديأوكسيجيناز 9-سيز-إيبوكسيكاروتين) متورطة في تحلل الكاروتينات وتكوين حمض الأبسيسيك. من الجدير بالذكر أن CCD4 مهم لتحديد لون اللحم، خاصة في الخوخ. على الرغم من أهمية الكاروتينات في فواكه البرقوق، إلا أن العلاقة بين ملفات الكاروتينات وتنوع الفواكه لم تُستكشف بشكل كافٍ، مما دفع هذه المراجعة لتجميع المعرفة الحالية حول الآليات الجزيئية التي تحكم تخليق الكاروتينات في هذه الأنواع.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للكاروتينات كمستقلبات ثانوية في فواكه البرقوق، مما يساهم في رائحتها وصبغتها. الكاروتينات، التي هي مركبات إيزوبرينويد تنتجها الكائنات الضوئية وبعض الفطريات، ضرورية لعملية التمثيل الضوئي، والتلقيح، وتنظيم نكهة ولون الفاكهة. يتضمن تخليق الكاروتينات سلسلة من التفاعلات الإنزيمية تبدأ من جيرانيجيرانييل بيفوسفات (GGPP) وتؤدي إلى أصباغ متنوعة، بما في ذلك الليكوبين، البيتا كاروتين، والزانتوفيل. تم وصف المسار بشكل جيد في أنواع البرقوق وغيرها من النباتات، مع تحقيق تقدم كبير في فهم الجينات والإنزيمات المعنية.
يتأثر تراكم الكاروتينات في الفواكه بالعوامل الجينية، والتطورية، والبيئية، حيث تلعب عوامل النسخ من عائلتي MYB وbHLH دورًا تنظيميًا. تؤثر عوامل مثل التعرض للضوء، ودرجة الحرارة، وتوافر المغذيات بشكل أكبر على تخليق الكاروتينات. تؤكد المراجعة على إمكانية استخدام الأساليب البيوتكنولوجية، بما في ذلك الهندسة الوراثية، لتعزيز محتوى الكاروتينات في الفواكه، مما يحسن من جاذبيتها البصرية وقيمتها الغذائية. تهدف الورقة إلى تجميع النتائج الحديثة حول تخليق الكاروتينات وتنظيمها في أنواع البرقوق، مما يوفر رؤى حول الآليات التي تحكم تراكم الكاروتينات.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على أهمية الكاروتينات في أنواع البرقوق المختلفة، مع التركيز بشكل خاص على الخوخ، المشمش، البرقوق، والكرز. يتم تصنيف الخوخ (Prunus persica) إلى أنواع ذات لحم أصفر وأبيض بناءً على محتوى الكاروتينات، حيث تظهر الأصناف ذات اللحم الأصفر مستويات أعلى بسبب عدم نشاط إنزيم ديأوكسيجيناز انقسام الكاروتينات (CCD4)، المرتبط بشكل خاص بالطفرات في جين PpCCD4. على النقيض، يظهر الخوخ ذو اللحم الأبيض تحلل الكاروتينات، مما يؤدي إلى انخفاض القيمة الغذائية. يرتبط تراكم الكاروتينات في الخوخ الأصفر بتعبير الجينات التخليقية مثل BCH1، PSY، وCCD، التي تختلف بين الأصناف والمراحل التطورية.
كما يظهر المشمش (Prunus armeniaca) ارتباطًا قويًا بين محتوى الكاروتينات ولون الفاكهة، حيث تحتوي الأصناف البرتقالية على أعلى مستويات من البيتا كاروتين. التوازن بين تخليق الكاروتينات وتحللها أمر حاسم خلال النضج، ويتأثر بجينات مثل LCYB. تقدم البرقوق (Prunus domestica) سيناريو أكثر تعقيدًا، حيث تكون مستويات الكاروتينات عمومًا أقل، وتختلف الكاروتينات السائدة بين الجلد واللحم. تؤكد الدراسة أنه بينما يتم الحفاظ على مسار تخليق الكاروتينات عبر أنواع البرقوق، فإن ملفات الكاروتينات المحددة وتركيزاتها تتأثر بالتعبير الجيني، والعوامل البيئية، والخصائص الهيكلية للبلاستيدات، وخاصة الكروموبلاست. لا تعزز هذه التنوع في ملفات الكاروتينات القيمة الجمالية والتغذوية لهذه الفواكه فحسب، بل تؤكد أيضًا على أهميتها في صحة الإنسان، خاصة في مكافحة نقص فيتامين أ والأمراض المزمنة. يتم تشجيع الأبحاث المستقبلية لاستكشاف الآليات الجينية التي تكمن وراء تراكم الكاروتينات ولتحسين الجودة الغذائية لفواكه البرقوق.
DOI: https://doi.org/10.1186/s43897-025-00188-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41485005
Publication Date: 2026-01-04
Author(s): Naila Mir Baz et al.
Primary Topic: Antioxidant Activity and Oxidative Stress
Overview
The section provides an overview of Prunus species, commonly known as stone fruits, which encompass a variety of economically significant fruits such as cherries, plums, apricots, peaches, and nectarines. These fruits are notable for their aesthetic appeal and nutritional value, largely attributed to carotenoids—secondary metabolites that impart colors ranging from pastel yellow to rich orange. The accumulation of carotenoids in Prunus tissues is facilitated by chromoplasts, which store and stabilize these pigments, resulting in the vibrant coloration characteristic of these fruits.
The genetic diversity among Prunus species and cultivars leads to variations in carotenoid types and levels, influencing tissue coloration. Key genes involved in carotenoid biosynthesis include PSY (phytoene synthase), LCYB/E (lycopene cyclase), and BCH1 (β-carotene hydroxylase), which enhance carotenoid accumulation and contribute to yellow and orange pigmentation. Conversely, CCDs (carotenoid cleavage dioxygenases) and NCEDs (9-cis-epoxycarotenoid dioxygenases) are implicated in carotenoid degradation and the formation of abscisic acid. Notably, CCD4 is crucial for determining flesh color, particularly in peaches. Despite the significance of carotenoids in Prunus fruits, the relationship between carotenoid profiles and fruit diversity has been underexplored, prompting this review to synthesize current knowledge on the molecular mechanisms governing carotenoid biosynthesis in these species.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of carotenoids as secondary metabolites in Prunus fruits, contributing to their aroma and pigmentation. Carotenoids, which are isoprenoid compounds produced by photosynthetic organisms and some fungi, are essential for photosynthesis, pollination, and the regulation of fruit flavor and color. The biosynthesis of carotenoids involves a series of enzymatic reactions starting from geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) and leading to various pigments, including lycopene, β-carotene, and xanthophylls. The pathway is well characterized in Prunus species and other plants, with significant advancements made in understanding the genes and enzymes involved.
The accumulation of carotenoids in fruits is influenced by genetic, developmental, and environmental factors, with transcription factors from the MYB and bHLH families playing a regulatory role. Factors such as light exposure, temperature, and nutrient availability further affect carotenoid biosynthesis. The review emphasizes the potential of biotechnological approaches, including genetic engineering, to enhance carotenoid content in fruits, thereby improving their visual appeal and nutritional value. The paper aims to synthesize recent findings on carotenoid biosynthesis and regulation in Prunus species, providing insights into the mechanisms governing carotenoid accumulation.
Discussion
The discussion highlights the significance of carotenoids in various Prunus species, particularly focusing on peaches, apricots, plums, and cherries. Peaches (Prunus persica) are categorized into yellow and white flesh types based on carotenoid content, with yellow-fleshed varieties exhibiting higher levels due to the inactivity of the carotenoid cleavage dioxygenase (CCD4) enzyme, specifically linked to mutations in the PpCCD4 gene. In contrast, white-fleshed peaches show carotenoid degradation, resulting in lower nutritional value. The accumulation of carotenoids in yellow peaches is associated with the expression of biosynthetic genes such as BCH1, PSY, and CCD, which vary among cultivars and developmental stages.
Apricots (Prunus armeniaca) also display a strong correlation between carotenoid content and fruit color, with orange cultivars having the highest levels of β-carotene. The balance between carotenoid biosynthesis and degradation is crucial during ripening, influenced by genes like LCYB. Plums (Prunus domestica) present a more complex scenario, where carotenoid levels are generally lower, and the predominant carotenoids vary between skin and flesh. The study underscores that while the carotenoid biosynthesis pathway is conserved across Prunus species, the specific carotenoid profiles and their concentrations are influenced by genetic expression, environmental factors, and the structural characteristics of plastids, particularly chromoplasts. This diversity in carotenoid profiles not only enhances the aesthetic and nutritional value of these fruits but also emphasizes their importance in human health, particularly in combating vitamin A deficiency and chronic diseases. Future research is encouraged to explore the genetic mechanisms underlying carotenoid accumulation and to improve the nutritional quality of Prunus fruits.