Les chromoplastes ne sont pas très étudiés et sont rarement l’objet principal de la recherche scientifique. Ils jouent souvent un rôle dans les recherches sur le plant de tomate (Solanum lycopersicum). Le lycopène est responsable de la couleur rouge d’un fruit mûr de la tomate cultivée, tandis que la couleur jaune des fleurs est due aux xanthophylles violaxanthine et néoxanthine.
La biosynthèse des caroténoïdes se produit à la fois dans les chromoplastes et les chloroplastes. Dans les chromoplastes des fleurs de tomate, la synthèse des caroténoïdes est régulée par les gènes Psyl, Pds, Lcy-b, et Cyc-b. Ces gènes, en plus d’autres, sont responsables de la formation des caroténoïdes dans les organes et les structures. Par exemple, le gène Lcy-e est fortement exprimé dans les feuilles, ce qui entraîne la production du caroténoïde lutéine.
Les fleurs blanches sont causées par un allèle récessif chez les plants de tomates. Elles sont moins souhaitables dans les cultures car elles ont un taux de pollinisation plus faible. Dans une étude, on a constaté que les chromoplastes sont encore présents dans les fleurs blanches. L’absence de pigment jaune dans leurs pétales et leurs anthères est due à une mutation du gène CrtR-b2 qui perturbe la voie de biosynthèse des caroténoïdes.
L’ensemble du processus de formation des chromoplastes n’est pas encore complètement compris au niveau moléculaire. Cependant, la microscopie électronique a révélé une partie de la transformation du chloroplaste en chromoplaste. La transformation commence par un remodelage du système membranaire interne avec la lyse des thylakoïdes intergranulaires et du grana. De nouveaux systèmes membranaires se forment dans des complexes membranaires organisés appelés plexus thylakoïdes. Les nouvelles membranes sont le site de la formation des cristaux de caroténoïdes. Ces membranes nouvellement synthétisées ne proviennent pas des thylakoïdes, mais plutôt de vésicules générées à partir de la membrane interne du plaste. Le changement biochimique le plus évident serait la régulation à la baisse de l’expression des gènes photosynthétiques, ce qui entraîne la perte de chlorophylle et l’arrêt de l’activité photosynthétique.
Dans les oranges, la synthèse des caroténoïdes et la disparition de la chlorophylle font que la couleur du fruit passe du vert au jaune. La couleur orange est souvent ajoutée artificiellement – le jaune-orange clair est la couleur naturelle créée par les chromoplastes réels.
Les oranges Valencia Citris sinensis L sont une orange cultivée largement dans l’état de Floride. En hiver, les oranges Valencia atteignent leur couleur optimale d’écorce orange tout en revenant à une couleur verte au printemps et en été. Alors que l’on pensait à l’origine que les chromoplastes étaient le stade final du développement des plastides, il a été prouvé en 1966 que les chromoplastes peuvent se transformer en chloroplastes, ce qui fait que les oranges redeviennent vertes.