自噬是一种分解细胞成分的真核机制，是裂解细胞器(例如酵母和植物中的液泡以及动物中的溶酶体)中的重要过程。研究主要集中在模式植物拟南芥上，揭示了各种植物物种中自噬相关基因的保守性。
最近的研究强调了自噬在植物对营养缺乏、应激管理和病原体相互作用的反应中的关键作用，及其对植物产量和代谢的影响。然而，虽然自噬对水稻和拟南芥等作物的脂质、初级和次级代谢的影响已有记录，但其在番茄细胞代谢中的作用仍未得到充分探索。
2022年6月，园艺研究发表了一篇题为“自噬调节番茄果实发育过程中的新陈代谢和生长”的研究文章。
在这项研究中，研究人员利用RNA干扰(RNAi)来特异性靶向并减少自噬调节蛋白酶ATG4基因的表达。这种方法导致番茄植株产生具有明显的早期衰老表型并降低了果实产量。
为了分析ATG4下调的影响，研究人员进行了一系列实验，包括代谢物分析、转录组分析和蛋白质组学。
在ATG4-RNAi番茄叶片中，仅观察到某些初级和次级代谢物(例如柠檬酸、甘油酸和槲皮素衍生物)水平的微小变化。然而，在水果中，出现了更明显的变化。与野生型(WT)相比，ATG4-RNAi系中脯氨酸、色氨酸和苯丙氨酸等初级代谢物的水平降低，而ATG4-RNAi绿色果实中奎尼酸和3-反式咖啡酰奎尼酸等次级代谢物的水平大幅增加。
转录组分析显示，ATG4-RNAi系中参与细胞器降解和叶绿体囊泡途径的基因显着上调。蛋白质组学数据进一步证实了这一点，表明叶绿体蛋白水平降低。
这些发现表明ATG4在调节番茄果实的叶绿体功能和代谢中发挥着关键作用。此外，脂质分析表明ATG4-RNAi品系中的脂质化合物发生了显着变化，特别是在绿色果实阶段。
组学数据的相关网络分析表明，参与脂质代谢、叶绿素结合和叶绿体生物合成的脂质、基因和蛋白质之间存在很强的关联。最后，在红色成熟果实中使用14C-或13C葡萄糖进行的代谢流分析表明，由于拟南芥缺乏自噬，蛋白质合成率随着14CO2进化而降低。
然而，代谢物的重新分配几乎没有显着变化，这表明自噬的缺失主要影响特定的代谢途径，而不是造成广泛的代谢破坏。
总之，这项研究揭示了ATG4依赖性自噬在番茄生理学中的关键作用。这是第一份将自噬与番茄果皮代谢含量联系起来的报告，与之前关注拟南芥和玉米叶代谢的研究不同。
这项研究提供了对番茄自噬的更全面的了解，并强调了针对自噬在未来作物改良和育种策略中的潜力。