Original article

Cell wall metabolism and related gene expression in Malus domestica Borkh. during fruit growth and softening

Métabolisme de la paroi cellulaire et expression génique associée au cours de la croissance et du ramollissement de la pomme Malus domestica Borkh. Introduction

¹ Hebei Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao, 066004, China
² Department of Ecology, Environmental Management College of China, Qinhuangdao, 066004, China
³ Hebei Academy of Agriculture and Forestry Science, Shijiazhuang, 050051, China
⁴ Shijiazhuang Vocational College of Industry and Commerce, Shijiazhuang, 050091, China

^⋆ Corresponding author: xbndwjm@126.com

Received: 26 September 2014
Accepted: 27 January 2015

Abstract

Introduction. Pre-harvest fruit development of apple can have a great effect on its storable quality. However, little research has focused on fruit metabolism during growth. Our objective was to study cell wall metabolism during the various stages of fruit growth and softening to gain more insight into the nature of fruit development and ripening. Materials and methods. Apple varieties Fuji and Golden Delicious (GD) were used to investigate cell wall metabolism and related gene expression during fruit growth and softening. Results and discussion. During fruit growth, cell wall components underwent similar changes in the two cultivars although the covalent soluble pectin (CSP) content in Fuji fruit was much higher than that in GD fruit. The activities of cell wall enzymes and the related gene expression indicated that cell wall degradation was involved in fruit growth. However, these changes showed significant differences between the two cultivars during storage. The water soluble pectin (WSP) content increased more rapidly and the content of CSP and hemi-cellulose decreased more obviously, showing a more significant correlation with firmness loss in GD fruit than with Fuji. Accordingly, the activities of cell wall enzymes and the related gene expression were significantly higher in the GD fruit. Conclusion. Cell wall metabolism and the related gene expression showed significant differences between Fuji and GD fruit during growth and softening. Both acted on fruit growth and enlargement but revealed a significant cultivar-dependency with regards to fruit softening.

Résumé

La phase de développement pré-récolte de la pomme peut avoir une influence décisive sur la qualité du fruit au stockage. Toutefois, peu de recherches ont porté sur le métabolisme des fruits au cours de leur croissance. Notre objectif était d’étudier le métabolisme de la paroi cellulaire lors des différentes étapes de la croissance et du ramollissement du fruit, afin de procurer un aperçu sur la nature du développement du fruit. Matériel et méthodes. Les variétés de pommes Fuji et Golden Delicious (GD) ont été utilisées pour étudier le métabolisme de la paroi cellulaire et l’expression de gènes liés à la croissance et au ramollissement des fruits. Résultats et discussion. Au cours de la croissance des fruits, les composants de la paroi cellulaire des deux cultivars ont présenté des changements similaires, alors que la teneur en pectine soluble covalente (CSP) des pommes Fuji était beaucoup plus élevée que celle des GD. Les activités enzymatiques de la paroi cellulaire et l’expression des gènes concernés ont été également détectées dans les deux cultivars, ce qui indique que la dégradation de la paroi cellulaire est impliquée dans la croissance du fruit. Toutefois, ces évolutions ont nettement mis en valeur des différences entre les deux cultivars au stockage. La teneur en pectine soluble dans l’eau (WSP) a augmenté plus rapidement et les teneurs en CSP et en hémicellulose ont diminué de façon plus évidente dans les pommes GD que dans celles Fuji, exprimant une corrélation significative avec la perte de fermeté des fruits. En conséquence, les activités enzymatiques de la paroi cellulaire ainsi que l’expression des gènes concernés étaient significativement plus élevées dans les pommes GD que dans les Fuji. Les activités enzymatiques de la paroi cellulaire, accompagnées d’une expression plus élevée des gènes apparentés, étaient en plus forte corrélation avec la perte de fermeté et les composants de la paroi cellulaire des pommes GD. Conclusion. Le métabolisme de la paroi cellulaire et l’expression des gènes liés ont montré des différences significatives entre pommes Fuji et GD pendant la croissance et le ramollissement, par action sur la croissance et l’élargissement du fruit. Les deux jouent un rôle dans le la croissance et le grossissement du fruit, mais révèlent une dépendance génétique relative au ramollissement du fruit.