8/14/2019 Plant Physiol. (1988) 87, 737-740

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P l a n t P h y s i o l . ( 1 9 8 8 ) 8 7 , 7 3 7 - 7 4 00 0 3 2 - 0 8 8 9 / 8 8 / 8 7 / 0 7 3 7 / 0 4 / $ O 1 . 0 0 / 0

S i n k M e t a b o l i s m i n T o m a t o F r u i t 'I I I . ANALYSIS OF CARBOHYDRATE ASSIMILATION I N A WILD S P E C I E S

R e c e i v e d f o r p u b l i c a t i o n O c t o b e r 2 , 1 9 8 7 a n d i n r e v i s e d f o r m J a n u a r y 2 9 , 1 9 8 8S E R G E Y E L L E 2 , J O H N D . H E W IT T3 , N I N A L . R O B I N S O N 4 , S U S A N DAMON, A ND ALAN B . B E N N E T T *D e p a r t m e n t o f V e g e t a b l e C r o p s , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , D a v i s , C a l i f o r n i a 9 5 6 1 6

ABSTRACTC a r b o h y d r a t e c o m p o s i t i o n a n d k e y e n z y m e s i n v o l v e d i n c a r b o h y d r a t em e t a b o l i s m w e r e a s sa y ed t h r o ug h o u t d e v e l o p m e n t o f L y c o p e r s i c o n e s -

c u l e n t u m a n d L . c h m i e l e w s k l l f r u i t . T r a n s l o c a t i o n a n d a s s i m i l a t i o n o fa s y m m e t r i c s u c r o s e a n d t o t a l s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t w a s a l s o d e t e r m i n e di n b o t h s p e c i e s . T h e d a t a s h o w e d t h a t L . c h m i e l e w s k i i a c c u m u l a t e d l e s ss t a r c h t h a n L . e s c u l e n t u m , a n d t h i s w a s r e l a t e d t o a l o w e r l e v e l o fA D P g l u c o s e p y r o p h o s p h o r y l a s e a n d a h i g h e r l e v e l o f p h o s p h o r y l a s e i nL . c h m i e l e w s k i i . L . c h m i e l e w s k i i a c c u m u l a t e d s u c r o s e t h r o u g h o u t f r u i td e v e l o p m e n t r a t h e r t h a n g l u c o s e a n d f r u c t o s e w h i c h w e r e a c c u m u l a t e db y L . e s c u l e n t u m . A l o w l e v e l o f i n v e r t a s e a n d n o n d e t e c t a b l e l e v e l s o fs u c r o s e s y n t h a s e w e r e a s s o c i a t e d w i t h t h e h i g h l e v e l o f s u c r o s e i n L .c h m i e l e w s k i i . T r a n s l o c a t i o n a n d a s s i m i l a t i o n o f a s y m m e t r i c a l l y l a b e l e ds u c r o s e i n d i c a t e d t h a t s u c r o s e a c c u m u l a t e d i n L . c h m i e l e w s k i i f r u i t w a si m po r te d a n d s t o r e d d i r e c t l y i n t h e f r u i t w i t h o u t i n t e r v e n i n g m e t a b o l i s ma l o n g t h e t r a n s l o c a t i o n p a t h . I n c o n t r a s t , t h e r e l a t i v e l y l o w l e v e l o fr a d i o a c t i v e s u c r o s e f o u n d i n L . e s c u l e n t u m f r u i t a p p e a r e d t o a r i s e f r o mh y d r o l y s i s a n d r e s y n t h e s i s o f s u c r o s e . T h e p o s s i b l e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e l e v e l o f s o l u b l e s o l i d s a n d d i f f e r e n c e s i n c a r b o h y d r a t e m e t a b o l i s m i ns i n k t i s s u e o f t h e t w o s p e c i e s i s d i s c u s s e d .

T h e h a r v e s t a b l e y i e l d o f t o m a t o a p p e a r s t o b e r e g u l a t e d b y t h en e t a s s i m i l a t i o n r a t e o f t h e c r o p , t h e r a t e o f i m p o r t i n t o i n d i v i d u a lf r u i t , a n d s i n k a c t i v i t y ( 9 ) . H i g h s i n k d e m a n d c a n s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e t h e q u a l i t y o f t h e t o m a t o f r u i t b y h i g h a c c u m u l a t i o n o fs o l u b l e s o l i d s , a n i m p o r t a n t f a c t o r f o r p r o c e s s i n g t o m a t o e s . S u g -a r s a r e t h e m a j o r c o m p o n e n t s o f t h e s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t i nt o m a t o c o m p r i s i n g a p p r o x i m a t e l y 6 5 % o f t h e s o l u b l e s o l i d s .A s r e p o r t e d b y G i f f o r d a n d E v a n s ( 6 ) , t h e p r o c e s s e s l o c a l i z e di n s i n k t i s s u e l a r g e l y d e t e r m i n e t h e d i s t r i b u t i o n o f p h o t o a s s i m i -l a t e b e t w e e n c o m p e t i n g s i n k s . A c c o r d i n g t o W a l k e r a n d Ho ( 1 6 ) ,s i n k s t r e n g t h o f a t o m a t o f r u i t i s p r i n c i p a l l y a f f e c t e d b y t h e s i n ka c t i v i t y o f t h e f r u i t . T h e m a j o r m e c h a n i s m s i n v o l v e d i n s i n ka c t i v i t y a r e : ( a ) u n l o a d i n g o f s u c r o s e b y t h e p h l o e m , ( b ) h y d r o l y s i sa n d u p t a k e o f s u g a r s , ( c ) b i o s y n t h e s i s a n d s t o r a g e o f c a r b o h y d r a t e( 1 0 ) . I t h a s b e e n s u g g e s t e d ( 1 6 ) t h a t i n v e r t a s e a c t i v i t y may p l a ya m a j o r r o l e i n r e g u l a t i n g t h e r a t e o f c a r b o n t r a n s l o c a t i o n i nt o m a t o f r u i t .

' S u p p o r t e d b y r e s e a r c h g i f t s f r o m C a m p b e l l s , C h e s e b r o u g h - P o n d s ,a n d B e a t r i c e / H u n t - W e s s o n .2 P r e s e n t a d d r e s s : U n i v e r s i t e L a v a l , D e p t . d e P h y t o l o g i e , F S A A , Q u e -b e c , C a n a d a G1K 7 P 4 .3 P r e s e n t a d d r e s s : N o r t h r u p K i n g C o . , P . O . B o x 1 8 2 7 , G i l r o y , CA9 5 0 2 1 .4 P r e s e n t a d d r e s s : U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e , ARS-WRRC, 8 0 0B u c h a n a n S t . , A l b a n y , CA 9 4 7 1 0 .

F r u i t o f s e v e r a l u n d o m e s t i c a t e d tomato s p e c i e s h a v e b e e nr e p o r t e d t o h a v e r e l a t i v e l y h i g h s o l u b l e s o l i d s l e v e l s ( 1 3 ) . I n d e e d ,o n e o f t h e s e s p e c i e s , L y c o p e r s i c o n c h m i e l e w s k i i , h a s a s o l u b l es o l i d s c o n t e n t e x c e e d i n g 1 0 % , a n d t h i s s p e c i e s h a s s e r v e d a s ap a r e n t i n t h e d e v e l o p m e n t o f h i g h s o l u b l e s o l i d s t o m a t o v a r i e t i e s( 1 3 ) . I n t h i s p a p e r , we h a v e c o m p a r e d s i n k p r o c e s s e s i n L .c h m i e l e w s k i i a n d L y c o p e r s i c o n e s c u l e n t u m t o i d e n t i f y b i o c h e m -i c a l p r o c e s s e s t h a t may b e i n v o l v e d i n p r o m o t i n g p h o t o s y n t h a t ei m p o r t i n t o t o m a t o f r u i t .

MATERIALS AND METHODSP l a n t M a t e r i a l . L y c o p e r s i c o n e s c u l e n t u m , c v U C 8 2 B , a n dL y c o p e r s i c o n c h m i e l e w s k i i , LA 1 0 2 8 , w e r e s e e d e d i n g r o w i n gb e d s a n d t r a n s p l a n t e d 5 w e e k s l a t e r i n t o p o t s . G r e e n h o u s e d a ya n d n i g h t t e m p e r a t u r e s w e r e m a i n t a i n e d a t a minimum o f 2 0a n d 1 7 C , r e s p e c t i v e l y , w i t h a v e n t i l a t i o n t e m p e r a t u r e o f 2 4 C .F i f t e e n p l a n t s o f e ac h c u l t i v a r w e r e s e l e c t e d a n d t r u s s e s w e r et a g g e d a t a n t h e s i s . F r u i t w e r e h a r v e s t e d e v e r y 7 d f o r 6 4 d a n df r o z e n a t - 7 0 C f o r t h e d e t e r m i n a t io n o f s u g a r l e v e l s a n d e n z y m ea c t i v i t i e s .S t a r c h a n d S u g a r D e t e r m i n a t i o n s a n d E n z y m e A s s a y s . T i s s u ef r o m t h e w h o l e f r u i t , 1 0 g , w a s g r o u n d w i t h a t i s s u e h o m o g e n i z e ri n 1 0 m l o f h o m o g e n i z a t i o n b u f f e r f o r a p p r o x i m a t e l y 2 0 s . T h eh o m o g e n i z a t i o n b u f f e r c o n t a i n e d 5 0 mM H e p e s - K O H ( p H 8 . 3 ) ,2 mm EDTA, 1 mM M g C l 2 , 1 mM M n C l 2 , 2 mM EGTA, a n d 2

mM DTT. A f t e r h o m o g e n i z a t i o n , a l i q u o t s w e r e s a v e d f o r d e t e r -m i n i n g s t a r c h a n d s u g a r l e v e l s ( u s i n g HPLC) a n d e n z y m e a c t i v -i t i e s a c c o r d i n g t o R o b i n s o n e t a l . ( 1 4 ) .T r a n s l o c a t i o n o f A s y m m e t r i c a l l y L a b e l e d S u c r o s e . L . e s c u l e n -t u m a n d L . c h m i e l e w s k i i w e r e s ee d e d o n b e d s i n a g r e e n h o u s ea n d g r o w n a s o u t l i n e d a b o v e . L o a d i n g o f l e a v e s w i t h a s y m m e t -r i c a l l y l a b e l e d s u c r o s e , [ 3 H ] - ( f r u c t o s y l ) - s u c r o s e , w a s p e r f o r m e do n t h r e e p l a n t s f r o m e a c h c u l t i v a r w i t h 2 0 d f r u i t o n t h e f i r s tt r u s s . T w e n t y - f o u r h b e f o r e l o a d i n g , t h e p l a n t s w e r e p r u n e d o fa l l l e a v e s e x c e p t t h e o n e a b o v e t h e f i r s t t r u s s . Tw o f r u i t s w e r ek e p t o n t h e f i r s t t r u s s f o r L . e s c u l e n t u m w h i l e f o u r w e r e k e p t f o rL . c h m i e l e w s k i i b e c a u s e o f t h e s m a l l e r s i z e o f t h e f r u i t . Toi m p r o v e s u c r o s e p e n e t r a t i o n , a p p r o x i m a t e l y 1 c m 2 o f l e a f w a sa b r a d e d w i t h c a r b o r u n d u m b e t w e e n t h e m i d v e i n a n d l a t e r a lv e i n s . A s i l i c o n w e l l w a s f o r m e d a r o u n d t h e a b r a d e d a r e a a n dr a d i o i s o t o p e s o l u t i o n c o n t a i n i n g 0 . 1 mm M g S O 4 , 0 . 1 m M K C 1 ,0 . 5 mM C a C l 2 , 5 mM Mes ( p H 6 ) , a n d 1 0 g C i o f [ 3 H ] - ( f r u c t o s y l ) -s u c r o s e ( 1 0 . 1 C i / n m o l ) i n 1 0 0 g l w a s p l a c e d i n t h e s i l i c o n w e l l .A c o v e r s l i p w a s t h e n p r e s s e d o v e r t h e c i r c u l a r w e l l t o s e a l i t a n dp r e v e n t t h e s o l u t i o n f r o m e v a p o r a t i n g ( 1 ) .T w e l v e h l a t e r , f r u i t s w e r e h a r v e s t e d . D i s c s o f t o m a t o p e r i c a r pt i s s u e w e r e o b t a i n e d b y c u t t i n g s l i c e s 2 mm t h i c k a n d 5 mm i nd i a m e t e r . T h e d i s c s w e r e w a s h e d f o r 2 0 s i n w a t e r a n d 2 d i s c s o fe a c h f r u i t w e r e p l a c e d i n a 2 0 m l v i a l c o n t a i n i n g 1 0 m l o f a e r a t e dc o l d w a t e r t o e l u t e t h e a p o p l a s t i c s u g a r . A f t e r i n c u b a t i o n f o r 6m i n t h e d i s c s w e r e r e m o v e d a n d e x t r a c t e d i n e t h a n o l f o r a n a l y s i so f s y m p l a s t i c s u g a r a s d e s c r i b e d a b o v e . T h e 1 0 m l o f w a t e r

7 3 7

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P l a n t P h y s i o l . V o l . 8 7 , 1 9 8 8c o n t a i n i n g t h e a p o p l a s t i c s u g a r s w a s e v a p o r a t e d , r e s u s p e n d e d i n2 0 0 , u l o f w a t e r , a n d a n a l y z e d b y H P L C . T h e s u c r o s e p e a k s f r o mb o t h t h e s y m p l a s t a n d a p o p l a s t ( a p p r o x i m a t e l y 1 . 5 m l ) w e r ec o l l e c t e d . T h e s u c r o s e w a s e n z y m i c a l l y h y d r o l y z e d w i t h 0 . 2 3 mgo f y e a s t i n v e r t a s e i n c i t r a t e b u f f e r ( p H 4 . 6 ) f o r 1 h a t 3 7 C . A f t e r1 h t h e s a m p l e w a s d r i e d , r e s u s p e n d e d i n 2 0 0 , l o f w a t e r , a n di n j e c t e d i n t o a n H P L C . S u c r o s e , g l u c o s e , a n d f r u c t o s e f r a c t i o n sw e r e c o l l e c t e d a n d c o u n t e d , a n d t h e r a t i o o f [ 3 H ] g l u c o s e / [ 3 H ]f r u c t o s e w a s c a l c u l a t e d .T o t a l S o l u b l e S o l i d s C o n t e n t . T o t a l s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t w a sd e t e r m i n e d a s ' B r i x w i t h a t a b l e t o p m o d e l A B B E - 3 L B a u s c ha n d Lomb r e f r a c t o m e t e r .

RESULTS A N D DISCUSSIONT o t a l S o l u b l e S o l i d s . V a r i e t i e s o f L . e s c u l e n t u m h a v e b e e nr e p o r t e d t o h a v e f r u i t s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t o f b e t w e e n 4 a n d6% o f t h e f r u i t f r e s h w e i g h t . T h e v a r i e t y u s e d i n t h i s s t u d y ,U C 8 2 B , h a s b e e n w i d e l y u s e d c o m m e r c i a l l y a n d h a s a r e l a t i v e l yl o w s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t o f 5 ' B r i x ( d a t a n o t s h o w n ) . I n c o n t r a s t ,L . c h m i e l e w s k i i ( L A 1 0 2 8 ) h a s a h i g h s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t o f1 0 . 2 ' B r i x ( d a t a n o t s h o w n ) . B e c a u s e s u g a r s a r e t h e m a j o r c o m -p o n e n t o f t o m a t o f r u i t s o l u b l e s o l i d s , we e x a m i n e d t h e a c c u -

m u l a t i o n o f c a r b o h y d r a t e a n d l e v e l s o f c a r b o h y d r a t e m e t a b o l i z -i n g e n z y m e s i n b o t h s p e c i e s t h r o u g h o u t f r u i t d e v e l o p m e n t .S t a r c h A c c u m u l a t i o n . I n b o t h L . e s c u l e n t u m a n d L . c h m i e -l e w s k i i , s t a r c h a c c u m u l a t e s i n y o u n g f r u i t r e a c h i n g a p e a k a p -p r o x i m a t e l y 2 0 d a f t e r a n t h e s i s a n d t h e n d e c r e a s i n g t o n e a r z e r oa t f r u i t m a t u r i t y ( F i g . I A ) . D a v i e s a n d C o c k i n g ( 2 ) o b s e r v e d as i m i l a r p a t t e r n o f t r a n s i e n t s t a r c h a c c u m u l a t i o n i n d i f f e r e n t2 0 -

2

( ao

ENCw

C . )C u)ENCw

I

tE

- a

5

E 0a

. SE

1 T A - S t a r c h - o a L . e s c u l e n t u mo-o L . c h m i e l e w s k i i

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0D a y s a f t e r a n t h e s i s

1

7 0

F I G . 1 . L e v e l s o f s t a r c h ( A ) , ADPG p y r o p h o s p h o r y l a s e ( B ) , p h o s p h o -r y l a s e a n d a m y l a s e ( C ) t h r o u g h o u t d e v e l o p m e n t o f L . e s c u l e n t u m a n d L .c h m i e l e w s k i i f r u i t . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s t h e mean o f t h r e e v a l u e s S E .

c u l t i v a r s o f t o m a t o f r u i t s . B e t w e e n 1 4 a n d 4 9 d , L . e s c u l e n t u mh a d a s i g n i f i c a n t l y h i g h e r l e v e l o f s t a r c h t h a n L . c h m i e l e w s k i i .A p o s i t i v e c o r r e l a t i o n h as b e e n r e p o r t e d b e t w e e n t h e r a t e os t a r c h a c c u m u l a t i o n a n d t h e r a t e o f f r u i t g r o w t h ( 1 0 ) . I t h a s a l s ob e e n s h o w n t h a t a h i g h s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t a t m a t u r i t y ia s s o c i a t e d w i t h a n a c c u m u l a t i o n o f s t a r c h e a r l y i n f r u i t d e v e l -o p m e n t a n d w i t h a h i g h i m p o r t r a t e ( 3 ) . H o w e v e r , o u r r e s u l ts h o w t h a t t h e a c c u m u l a t i o n o f s t a r c h d o e s n o t s e e m t o b ea s s o c i a t e d w i t h t h e h i g h s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t o f L . c h m i e l e w s k i i .R e c e n t l y , E h r e t a n d Ho ( 4 ) f o u n d n o c o r r e l a t i o n b e t w e e n s t a r c hc o n t e n t a n d d r y w e i g h t a c c u m u l a t i o n i n t o m a t o f r u i t .R o b i n s o n e t a l . ( 1 4 ) r e p o r t e d t h a t l e v e l s o f ADPG5 p y r o p h o s -p h o r y l a s e r a t h e r t h a n s t a r c h d e g r a d a t i v e e n z y m e s a p p e a r e d t or e g u l a t e t h e t r a n s i e n t a c c u m u l a t i o n o f s t a r c h i n L . e s c u l e n t u m .T o d e t e r m i n e i f a s i m i l a r m e c h a n i s m r e g u l a t e d s t a r c h a c c u m u -l a t i o n i n L . c h m i e l e w s k i i w e a s s a y e d l e v e l s o f ADPG p y r o p h o s -p h o r y l a s e , a m y l a s e , a n d p h o s p h o r y l a s e ( F i g . 1 , B a n d C ) . I n b o t hs p e c i e s t h e d e p l e t i o n o f s t a r c h w a s a s s o c i a t e d w i t h a d e c r e a s e i nADPG p y r o p h o s p h o r y l a s e l e v e l s ( F i g . 1 B ) . O v e r t h e s a m e p e r i o do f s t a r c h d e g r a d a t i o n , a m y l a s e a n d p h o s p h o r y l a s e a c t i v i t i e s r e -m a i n e d c o n s t a n t o r d e c r e a s e d s l i g h t l y ( F i g . IC ) s u g g e s t i n g t h a ts t a r c h b i o s y n t h e s i s r a t h e r t h a n d e g r a d a t i v e c a p a c i t y r e g u l a t e d t h et r a n s i e n t a c c u m u l a t i o n o f s t a r c h . L . c h m i e l e w s k i i f r u i t s p o s s e s s e dh i g h e r l e v e l s o f p h o s p h o r y l a s e a n d l o w e r l e v e l s o f ADPG p y r o -p h o s p h o r y l a s e r e l a t i v e t o t h e L . e s c u l e n t u m f r u i t . I n b o t h s p e c i e s ,t h e a c t i v i t y o f a m y l a s e i s n e g l i g i b l e a s c o m p a r e d t o p h o s p h o r y l -a s e . T h e h i g h e r l e v e l o f p h o s p h o r y l a s e a n d l o w e r l e v e l o f ADPGp y r o p h o s p h o r y l a s e a c t i n g t o g e t h e r may c o n t r i b u t e t o t h e l o w e rl e v e l o f s t a r c h i n L . c h m i e l e w s k i i .S u g a r A c c u m u l a t i o n . A s L . e s c u l e n t u m f r u i t s d e v e l o p e d , a ni n c r e a s e i n b o t h f r u c t o s e a n d g l u c o s e w a s o b s e rv e d w i t h a p a r t i c -u l a r l y d r a m a t i c i n c r e a s e b e t w e e n 1 0 a n d 3 0 d a f t e r a n t h e s i s ( F i g .2 ) . T h e h i g h e s t l e v e l s o f b o t h s u g a r s w e r e p r e s e n t 6 0 d a f t ea n t h e s i s . L . c h m i e l e w s k i i a c c u m u l a t e d m u c h l e s s h e x o s e s t h a nL . e s c u l e n t u m . H o w e v e r , t h e l e v e l o f s u c r o s e r o s e a p p r e c i a b l yd u r i n g t h e m a t u r a t i o n o f L . c h m i e l e w s k i i f r u i t t o r e a c h a m a x i -m u m a t 6 4 d a f t e r a n t h e s i s . L . e s c u l e n t u m f r u i t h a v e a v e r y l o wl e v e l o f s u c r o s e t h r o u g h ou t d e v e l op m e nt . E x p r e s s e d a s g l u c o s ee q u i v a l e n t u n i t s L . c h m i e l e w s k i i a c c u m u l a t e d a p p r o x i m a t e l yt w i c e t h e a m o u n t o f s o l u b l e s u g a r a s L . e s c u l e n t u m 6 0 d a f t ea n t h e s i s .Tw o e n z y m e s i n v o l v e d i n s u c r o s e b r e a k d o w n w e r e s t u d i e d ,s u c r o s e s y n t h a s e a n d a c i d i n v e r t a s e . T h e a c t i v i t y o f i n v e r t a s e w a sv e r y l o w i n t h e f r u i t o f L . c h m i e l e w s k i i , d e c r e a s i n g a s t h e f r u im a t u r e d ( F i g . 3 A ) . I n c o n t r a s t , i n v e r t a s e a c t i v i t y w a s much h i g h e ri n L . e s c u l e n t u m , r i s i n g t h r o u g h o u t d e v e l o p m e n t t o r e a c h a p e a k4 0 d a f t e r a n t h e s i s a n d t h e n d e c l i n i n g i n a c t i v i t y . N a k a g a w a ea l . ( 1 2 ) h a v e a l s o f o u n d a d e c l i n e i n t h e i n v e r t a s e a c t i v i t y i ns e n e s c e n t t o m a t o f r u i t s , w h e r e a s M a n n i n g a n d M a w ( 1 1 ) h a v ef o u n d a c o n s t a n t l y i n c r e a s i n g a c t i v i t y a s f r u i t r i p e n . T h i s d i s c r e p -a n c y i n i n v e r t a s e l e v e l s o v e r d e v e l o p m e n t i s m o s t l i k e l y d u e t oe x t r a c t i o n o f w h o l e f r u i t a s o p p o s e d t o p e r i c a r p t i s s u e . T h e r i so f i n v e r t a s e a c t i v i t y f o r L . e s c u l e n t u m i s a s s o c i a t e d w i t h a ni n c r e a s e i n t i s s u e c o n c e n t r a t i o n o f h e x o s e s , a n d t h e v e r y l o wl e v e l o f h e x o s e s i n L . c h m i e l e w s k i i m a y b e a t t r i b u t e d , a t l e a s t i np a r t , t o t h e l o w i n v e r t a s e a c t i v i t y c o m p a r e d t o t h a t i n L . e s c u l e n -t u m . W a l k e r a n d T h o r n l e y ( 1 5 ) s u g g e s t e d t h a t m e t a b o l i s m o fs u c r o s e b y i n v e r t a s e c o n t r i b u t e d t o t h e m a i n t e n a n c e o f h i g h r a t e so f c a r b o n i m p o r t . I f t h e h i g h s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t o f L . c h m i e -l e w s k i i i s a t t r i b u t a b l e t o h i g h i m p o r t r a t e s , a s h a s b e e n s u g g e s t e df o r h i g h s o l u b l e s o l i d s L . e s c u l e n t u m v a r i e t i e s ( 8 ) , t h e s e h i g h r a t e so f i m p o r t a r e o b v i o u s l y n o t a s s o c i a t e d w i t h h i g h i n v e r t a s e l e v e l si n L . c h m i e l e w s k i i .S u c r o s e s y n t h a s e i s a n a l t e r n a t i v e e n z y m e c a p a b l e o f d e g r a d i n gs u c r o s e t o U D P g l u c o s e a n d f r u c t o s e ( 7 ) . A s w e h a v e p r e v i o u s l y

5 A b b r e v i a t i o n : A D P G , A D P g l u c o s e .

7 3 8 YELLE ET A L .

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CARBOHYDRATE ASSIMILATION I N L . CHMIELEWSKII FRUIT

cc )c 00L.C Y )

U I )

V0E=L

0 1 0 2 0 3 0D a y s a f t e r

F I G . 2 . L e v e l s o f s o l u b l e c a r b o h y d r a t e i :c h m i e l e w s k i i ( B ) f r u i t t h r o u g h o u t d e v e l o p nt h e mean o f t h r e e v a l u e s S E .

C )u0 )ENCw

C . )' 3 )ENw

cE

50Ec

- CE

0EC

r e p o r t e d ( 1 4 ) , s u c r o s e s y n t h a s e l e v e l s w e r e h i g h i n L . e s c u l e n t u md u r i n g e a r l y f r u i t d e v e l o p m e n t ( F i g . 3 B ) . H o w e v e r , i n L . c h m i e -l e w s k i i s u c r o s e s y n t h a s e a c t i v i t y w a s n o t d e t e c t a b l e a t a n y t i m ed u r i n g f r u i t d e v e l o p m e n t . T a k e n t o g e t h e r , t h e l o w l e v e l s o fi n v e r t a s e a n d s u c r o s e s y n t h a s e i n L . c h m i e l e w s k i i s u g g e s t t h a tt h i s s p e c i e s may h a v e a l i m i t e d c a p a c i t y t o m e t a b o l i z e i m p o r t e ds u c r o s e , t h u s r e s u l t i n g i n t h e d i r e c t a c c u m u l a t i o n o f s u c r o s e i nt h e f r u i t . T h e a b s e n c e o f sucrose s y n t h a s e a c t i v i t y f u r t h e r i n d i -c a t e s a n e s s e n t i a l r o l e f o r i n v e r t a s e i n g e n e r a t i n g h e x o s e f o rm a i n t e n a n c e o f t i s s u e m e t a b o l i s m a n d c e l l g r o w t h i n L . c h m i e -l e w s k i i .T r a n s l o c a t i o n o f A s y m m e t r i c - L a b e l e d S u c r o s e . To d e t e r m i n e_=M?h e t h e r s u c r o s e a c c u m u l a t e d i n L . c h m i e l e w s k i i f r u i t w a s d e r i v e df r o m m e t a b o l i s m a n d r e s y n t h e s i s o f s u c r o s e o r f r o m t h e d i r e c ts t o r a g e o f i m p o r t e d s u c r o s e , t r a n s l o c a t i o n a n d a s s i m i l a t i o n o f[ 3 H ] - ( f r u c t o s y l ) - s u c r o s e w a s e x a m i n e d . T h e m a i n t e n a n c e o f t h ea s y m m e t r y o f s u c r o s e a l o n g t h e t r a n s l o c a t i o n p a t h i s o f t e n i n t e r -p r e t e d a s a n i n d i c a t i o n t h a t s u c r o s e h a s n o t u n d e r g o n e h y d r o l y s i sa n d r e s y n t h e s i s d u r i n g t r a n s p o r t ( 5 ) . I f h y d r o l y s i s a n d r e s y n t h e s i so f t h e a s y m m e t r i c s u c r o s e i s o c c u r r i n g , t h e 3 H - l a b e l w o u l d b e -come r a n d o m i z e d b e t w e e n g l u c o s e a n d f r u c t o s e d u e t o h e x o s ei s o m e r a s e s . T h e r e s u l t a n t s u c r o s e w o u l d t h e n b e s y m m e t r i c a l l yl a b e l e d . I n l o n g - t e r m l a b e l i n g e x p e r i m e n t s ( 1 2 h ) i n L . e s c u l e n -t u m , [ 3 H ] - ( f r u c t o s y l ) - s u c r o s e w a s h y d r o l y z e d i n t h e l e a f , a s e v i -d e n c e d b y t h e a p p e a r a n c e o f 3 H - h e x o s e ( T a b l e I ) . S u c r o s e w a s

4 0 5 0 6 0 7 0 a p p a r e n t l y r e s y n t h e s i z e d i n t h e l e a f r e s u l t i n g i n [ 3 H ] s u c r o s e w i t ha g l u c o s e / f r u c t o s e ( g / f ) r a t i o o f 0 . 4 2 a s c o m p a r e d t o a g / f r a t i oa n t h e s i s o f 0 . 0 1 i n t h e a p p l i e d [ 3 H ] - ( f r u c t o s y l ) - s u c r o s e . T h e g / f r a t i o a l o n gt h e t r a n s l o c a t i o n p a t h w a y i n L . e s c u l e n t u m i n c r e a s e d t o a p p r o x -n L . e s c u l e n t u m ( A ) a n d L . i m a t e l y 1 . 0 i n t h e f r u i t . T h i s r e s u l t s u g g e s t s t h a t t h e s m a l l a m o u n tn e n t . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s o f s u c r o s e f o u n d i n L . e s c u l e n t u m f r u i t a r i s e s f r o m h y d r o l y s i sa n d r e s y n t h e s i s o f s u c r o s e e i t h e r a l o n g t h e t r a n s l o c a t i o n p a t h o ri n t h e f r u i t . I n L . c h m i e l e w s k i i , s o m e w h a t l e s s [ 3 H ] - ( f r u c t o s y l ) -s u c r o s e w a s h y d r o l y z e d a n d r e s y n t h e s i z e d i n t h e l e a v e s a s e v i -d e n c e d b y t h e a p p e a r a n c e o f [ 3 H ] h e x o s e a n d s o m e l o s s o f a s y m -m e t r i c l a b e l i n g ( T a b l e I ) . T h i s r e s u l t d i f f e r s f r o m s h o r t e r t e r ml a b e l i n g e x p e r i m e n t s ( i . e . 3 - 6 h c o m p a r e d t o 1 2 h u s e d h e r e )w h e r e w e o b s e r v e d m a i n t e n a n c e o f a s y m m e t r i c l a b e l i n g d u r i n gt r a n s l o c a t i o n ( 4 ) . T h e l o n g e r t e r m l a b e l i n g u s e d h e r e r e s u l t i n g i nl o s s o f a s y m m e t r y i s p r o b a b l y d u e t o m e t a b o l i s m , s t o r a g e , a n dr e m o b i l i z a t i o n o f c a r b o h y d r a t e a l o n g t h e t r a n s l o c a t i o n p a t h ( 8 ) .E v e n i n l o n g - t e r m l a b e l i n g e x p e r i m e n t s , sucrose a l o n g t h e t r a n s -l o c a t i o n p a t h i n L . c h m i e l e w s k i i r e m a i n s a s y m m e t r i c a l l y l a b e l e d( T a b l e I ) , s u g g e s t i n g t h a t s u c r o s e i s n o t h y d r o l y z e d a n d r e s y n t h e -s i z e d i n f r u i t t i s s u e b u t r a t h e r may b e i m p o r t e d a n d s t o r e dd i r e c t l y i n t h e f r u i t w i t h o u t i n t e r v e n i n g m e t a b o l i s m .T h e l a b e l i n g p a t t e r n s o b s e r v e d w i t h [ 3 H ] - ( f r u c t o s y l ) - s u c r o s ea l s o i n d i c a t e d t h a t s u c r o s e w a s t h e t r a n s l o c a t e d s u g a r , s i n c e mosto f t h e r a d i o a c t i v i t y i n t h e t r a n s l o c a t i o n p a t h ( s t e m ) w a s a s s o c i -a t e d w i t h s u c r o s e . A s e x p e c t e d , m o s t o f t h e r a d i o a c t i v i t y i n t h eD

L . e s c u l e n t u m f r u i t o f L . c h m i e l e w s k i i w a s i n s u c r o s e a n d f o r L . e s c u l e n t u m ,D L . c h m i e l e w s k i i g l u c o s e a n d f r u c t o s e w e r e t h e m a j o r c a r b o h y d r a t e s l a b e l e d . T h ei n c o r p o r a t i o n o f r a d i o a c t i v i t y i n t o s t a r c h i n t h e f r u i t i n d i c a t e dt h a t i m p o r t e d c a r b o h y d r a t e d o e s c o n t r i b u t e t o s t a r c h b i o s y n -t h e s i s i n t o m a t o f r u i t .

D a y s a f t e r a n t h e s i sFIG. 3 . Levels of i n v e r t a s e ( A ) a n d sucrose s y n t h a s e ( B ) t h r o u g h o u td e v e l o p m e n t of L . esculentum a n d L . c h m i e l e w s k i i f r u i t . Each p o i n t

r e p r e s e n t s th e mean of t h r e e v a l u e s E .

CONCLUSIONT h e p r e s e n t s t u d y h a s s h o w n s u b s t a n t i a l d i f f e r e n c e s i n c a r b o -h y d r a t e c o m p o s i t i o n a n d m e t a b o l i s m b e t w e e n L . e s c u l e n t u ma n d L . c h m i e l e w s k i i t h a t m a y c o n t r i b u t e t o s i n k a c t i v i t y o f t h ef r u i t . I n e a r l y f r u i t d e v e l o p m e n t , s t a r c h t r a n s i e n t l y a c c u m u l a t e di n b o t h s p e c i e s , b u t t o a much l o w e r l e v e l i n L . c h m i e l e w s k i i .T h e l o w l e v e l o f ADPG p y r o p h o s p h o r y l a s e a n d t h e h i g h l e v e l o fp h o s p h o r y l a s e i n L . c h m i e l e w s k i i p r o b a b l y c o n t r i b u t e t o t h e l o wl e v e l o f s t a r c h a c c u m u l a t i o n .T h e m a j o r d i f f e r e n c e o b s e r v ed b e t w e e n s p e c i e s w a s t h a t L .c h m i e l e w s k i i a c c u m u l a t e s s u c r o s e w h e r e a s L . e s c u l e n t u m a c c u -

7 3 9

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P l a n t P h y s i o l . V o l . 8 7 , 1 9 8T a b l e I . D i s t r i b u t i o n o f R a d i o a c t i v i t y i n D i f f e r e n t P a r t s o f T o m a t o P l a n t s a f t e r L a b e l i n g a S o u r c e L e a f f o r 1 2h w i t h [ 3 H ] - ( f r u c t o s y l ) - s u c r o s e

F r u i t s a m pl e s w e r e a n al y ze d f o r a p o p l a s t i c ( a p o ) a n d s y m p l a s t i c ( s y m ) s u g a r s a s d e s c r i b e d i n " M a t e r i a l s a n dM e t h o d s . " S y m p l a s t i c s u g a r s w e r e e x t r a c t e d i n e t h a n o l a n d r e p r e s e n t c y t o p l a s m i c a n d v a c u o l a r s u g a r s .

P e r c e n t o f T o t a l R a d i o a c t i v i t yP l a n t P a r t g / f aS t a r c h S u c r o s e G l u c o s e F r u c t o s e ( o f s u c r o s e )

L . e s c u l e n t u mL e a v e s 1 5 . 5 2 8 . 8 1 3 . 4 4 2 . 4 0 . 4 2S t e m s 2 3 . 9 6 1 . 9 7 . 0 7 . 2 0 . 7 5F r u i t s ( a p o ) 2 9 . 1 3 2 . 2 3 6 . 4 1 . 0 3F r u i t s ( s y m ) 1 1 . 7 1 4 . 5 3 2 . 8 3 5 . 3 0 . 9 2L . c h m i e l e w s k i iL e a v e s 1 1 . 1 3 1 . 6 1 6 . 3 4 1 . 2 0 . 3 5S t e m s 3 4 . 7 6 1 . 5 1 . 7 2 . 1 0 . 3 5F r u i t s ( a p o ) 9 1 . 7 3 . 5 4 . 9 0 . 3 6F r u i t s ( s y m ) 8 . 8 7 5 . 6 6 . 7 8 . 9 0 . 3 5

a [ 3 H ] g l u c o s e / [ 3 H ] f r u c t o s e r a t i o a f t e r t r e a t i n g t h e s u c r o s e HPLC f r a c t i o n w i t h i n v e r t a s e .m u l a t e s h e x o s e . T h i s d i f f e r e n c e i n s o l u b l e c a r b o h y d r a t e c o m p o -s i t i o n m o s t l i k e l y r e s u l t s f r o m t h e l o w e r a c t i v i t i e s o f b o t h i n v e r -t a s e a n d s u c r o s e s y n t h a s e i n L . c h m i e l e w s k i i . T r a n s l o c a t i o n a n da s s i m i l a t i o n o f a s y m m e t r i c a l l y l a b e l e d s u c r o s e i n d i c a t e d t h a ts u c r o s e i s m e t a b o l i z e d a l o n g t h e t r a n s l o c a t i o n p a t h w a y i n L .e s c u l e n t u m w h e r e a s i n L . c h m i e l e w s k i i f r u i t s u c r o s e may b ei m p o r t e d a n d s t o r e d w i t h o u t i n t e r v e n i n g m e t a b o l i s m .S u c r o s e , a s o p p o s e d t o h e x o s e , a c c u m u l a t i o n may c o n t r i b u t et o t h e h i g h s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t o f L . c h m i e l e w s k i i f r u i t i ns e v e r a l w a y s . B a s e d o n o s m o t i c c o n s i d e r a t i o n s , L . c h m i e l e w s k i ic a n a c c u m u l a t e t w i c e a s much s o l u b l e c a r b o h y d r a t e ( w h e n e x -p r e s s e d o n a g l u c o s e e q u i v a l e n t b a s i s ) a s L . e s c u l e n t u m a n dm a i n t a i n a n e q u i v a l e n t o s m o t i c p o t e n t i a l . To t h e e x t e n t t h a t t h et o m a t o f r u i t b e h a v e s a s a n o s m o m e t e r , t h e L . c h m i e l e w s k i i f r u i tw i l l a c c u m u l a t e l e s s w a t e r , r e s u l t i n g i n a h i g h e r s o l u b l e c a r b o -h y d r a t e c o n c e n t r a t i o n i n t h e f r u i t . I t h a s a l s o b e e n s u g g e s t e d t h a tc e l l t u r g o r r e g u l a t e s s i n k a c t i v i t y ( 1 7 ) . S u c r o s e , r e l a t i v e t o h e x o s e ,a c c u m u l a t i o n w i l l r e s u l t i n l o w e r t u r g o r f o r e q u i v a l e n t l e v e l s o fs o l u b l e c a r b o h y d r a t e a c c u m u l a t i o n a n d s o may s e r v e t o p r o m o t es i n k a c t i v i t y . F i n a l l y , e s p e c i a l l y i n t h e p r e s e n c e o f l o w l e v e l s o fi n v e r t a s e a n d s u c r o s e s y n t h a s e a s f o u n d i n L . c h m i e l e w s k i i ,s u c r o s e i s l e s s m e t a b o l i c a l l y a c t i v e t h a n h e x o s e s a n d s o may b ei n a c c e s s i b l e f o r l o s s t h r o u g h r e s p i r a t i o n . P r e v i o u s s t u d i e s h a v es u g g e s t e d t h a t h i g h i n v e r t a s e a c t i v i t y i s a s s o c i a t e d w i t h h i g h r a t e so f c a r b o n i m p o r t i n t o m a t o f r u i t ( 1 6 ) . H o w e v e r , i f s u c r o s ea c c u m u l a t i o n i n L . c h m i e l e w s k i i i s a n i m p o r t a n t f a c t o r i n t h ea c c u m u l a t i o n o f h i g h s o l u b l e c a r b o h y d r a t e c o n c e n t r a t i o n , o u rr e s u l t s s u g g e s t t h a t l o w , r a t h e r t h a n h i g h , i n v e r t a s e l e v e l s s h o u l df a v o r i n c r e a s e d a c c u m u l a t i o n o f s o l u b l e c a r b o h y d r a t e .

LITERATURE CITED1 . DAMON S , J H E W I T T , M N I E D E R , AB B E N N E T T 1 9 8 8 S i n k m e t a b o l i s m i nt o m a t o f r u i t . I I . P h l o e m u n l o a d i n g a n d s u g a r u p t a k e . P l a n t P h y s i o l 8 7 : 7 3 1 -7 3 6

2 . D A V I E S J N , EC C O C K I N G 1 9 6 5 C h a n g e s i n c a r b o h y d r a t e s , p r o t e i n s a n d n u c l ea c i d s d u r i n g c e l l u l a r d e v e l o p m e n t i n t o m a t o f r u i t l o c u l e t i s s u e . P l a n t a 62 4 2 - 2 5 33 . D I N A R M , MA S T E V E N S 1 9 8 1 T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n s t a r c h a c c u m u l a t ia n d s o l u b l e s o l i d s c o n t e n t o f t o m a t o f r u i t s . J Am S o c H o r t i c S c i 1 0 6 : 4 14 1 84 . E H R E T D L , L CH o 1 9 8 6 T h e e f f e c t s o f s a l i n i t y o n d r y m a t t e r p a r t i t i o n i n g af r u i t i n t o m a t o g r o w n i n n u t r i e n t f i l m c u l t u r e . J H o r t i c S c i 6 1 ( 3 ) : 3 6 1 - 3 65 . G I A Q U I N T A R 1 9 7 7 S u c r o s e h y d r o l y s i s i n r e l a t i o n t o p h l o e m t r a n s l o c a t i o nB e t a v u l g a r i s . P l a n t P h y s i o l 6 0 : 3 3 9 - 3 4 36 . G I F F O R D RM, LT E V A N S 1 9 8 1 P h o t o s y n t h e s i s , c a r b o n p a r t i t i o n i n g a n d y i eAnnu R e v P l a n t P h y s i o l 3 2 : 4 8 5 - 5 0 97 . HAWKER J S 1 9 8 5 S u c r o s e . I n P M D a y , RA D i x o n , e d s , B i o c h e m i s t r yS t o r a g e C a r b o h y d r a t e i n G r e e n P l a n t s . A c a d e m i c P r e s s , L o n d o n , p p 1 - 5 18 . H E W I T T J D , M MARUSH 1 9 8 6 R e m o b i l i z a t i o n o f n o n s t r u c t u r a l c a r b o h y d r a tf r o m v e g e t a t i v e t i s s u e s t o f r u i t i n t o m a t o . J Am S o c H o r t i c S c i 1 1 1 : 1 41 4 59 . Ho LC 1 9 8 0 C o n t r o l o f i m p o r t i n t o t o m a t o f r u i t s . B e r D e u t sc h B o t G e s9 3 : 3 1 5 - 3 2 51 0 . Ho L C , V S J U T , GV HOAD 1 9 8 3 T h e e f f e c t o f a s s i m i l a t e s u p p l y o f f r u i t g r o wa n d h o r m o n e l e v e l s i n t o m a t o p l a n t s . P l a n t G r o w t h R e g u l 1 : 1 5 5 - 1 7 1

1 1 . MANNING K , GA MAW 1 9 7 5 D i s t r i b u t i o n o f a c i d i n v e r t a s e i n t h e t o m ap l a n t . P h o t o c h e m i s t r y 1 4 : 1 9 6 5 - 1 9 6 91 2 . NAKAGAWA H , K I K I , M H I R A T A , S I S H I G A M I , N OGURA 1 9 8 0 I n a c t i v ef r u c t o f u r a n o s i d a s e m o l e c u l e s i n s e n e s c e n t t o m a t o f r u i t . P h y t o c h e m i s t r y1 9 5 - 1 9 71 3 . R I C K CM 1 9 7 4 H i g h s o l u b l e - s o l i d s c o n t e n t i n l a r g e - f r u i t e d t o m a t o l i n e s d e r i vf r o m a w i l d - g r e e n - f r u i t e d s p e c i e s . H i l g a r d i a 4 2 : 4 9 3 - 5 1 01 4 . R O B I N S O N N L , JD H E w r I r , AB B E N N E T T 1 9 8 8 S i n k m e t a b o l i s m i n t o m af r u i t . I . D e v e l o p m e n t a l c h a n g e s i n c a r b o h y d r a t e m e t a b o l i z i n g e n z y m e s . P l aP h y s i o l 8 7 : 7 2 7 - 7 3 01 5 . WALKER A J , J HM T H O R N L E Y 1 9 7 7 T h e t o m a t o f r u i t : i m p o r t , g r o w t h , r e sr a t i o n a n d c a r b o n m e t a b o l i s m a t d i f f e r e n t f r u i t s i z e s a n d t e m p e r a t u r e s . AnB o t 4 1 : 9 7 7 - 9 8 51 6 . WALKER AJ , LC Ho 1 9 7 7 C a r b o n t r a n s l o c a t i o n i n t h e t o m a t o : c a r b o n i m p oa n d f r u i t g r o w t h . An n B o t 4 3 : 8 1 3 - 8 2 31 7 . WYSE R E , E Z A M S K I , AD T O M O S 1 9 8 6 T u r g o r r e g u l a t i o n o f s u c r o s e t r a n s p oi n s u g a r b e e t t a p r o o t t i s s u e . P l a n t P h y s i o l 8 1 : 4 7 8 - 4 8 1

7 4 0 YELLE ET A L .