Wissenschaftler ernten erste Supertomaten
EU-finanzierte Forscher haben eine Mutation entdeckt, mit der Tomaten schmackhafter werden und der Ertrag um 60% gesteigert werden kann. Die in der Fachzeitschrift Nature Genetics online veröffentlichten Erkenntnisse könnten für die Landwirtschaft spannende Folgen haben. Die von Forschern in Israel und den Vereinigten Staaten durchgeführte Studie erhielt EU-Hilfen über das Projekt EU-SOL ("High quality solanaceous crops for consumers, processors and producers by exploration of natural biodiversity"), das unter dem Themenbereich "Lebensmittelqualität und Lebensmittelsicherheit" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) mit 18,7 Mio. EUR finanziert wurde. Ziel der Studie war die Erkundung des Heterosis-Effekts, dem zufolge die Nachkommen von Eltern, die genetisch unterschiedlich sind, dazu neigen, dominant zu sein, d.h. sie sind größer oder produktiver, im Vergleich zu Nachkommen genetisch ähnlicher Eltern. Der Heterosis-Effekt wurde zum ersten Mal von Charles Darwin beobachtet, der 1876 ein umfangreiches Werk zu diesem Thema veröffentlichte und dazu beigetragen hat, dass Landwirte viele ertragreiche Getreidesorten wie Mais und Reis züchten konnten. Doch trotz der Bedeutung für die Landwirtschaft wissen wir heute immer noch sehr wenig darüber, weshalb Hybriden in Vielem besser sind. Eine Theorie ist, dass gefährliche Mutationen sich in Inzuchtlinien häufen, bei der Rassenkreuzung verdeckt ist. "Eine weitere Theorie für den Heterosis-Effekt, die auch von unserer Entdeckung belegt wird, besagt, dass verbesserte Vitalität aus einem einzigen Gen hervorgeht - ein Effekt, der 'Superdominanz' oder 'Überdominanz' genannt wird", erklärt Dr. Zach Lippman vom Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) in den Vereinigten Staaten. Das Team verwendete eine riesige Bibliothek mit 5.000 mutierten Tomatenpflanzen, von denen jede eine einzige Mutation hatte, die verschiedene Aspekte des Tomatenwachstums wie Fruchtgröße oder Blattform beeinflusst. Sie züchteten Hybride durch Kreuzung der einzelnen Mutationen mit einer gesunden Pflanze und suchten nach ertragreichen Nachkommen. Aus ihren Bemühungen ging eine Mutation hervor, die bei Kreuzung mit einer nicht mutierten Pflanze zu einem Hybrid führte, der besonders ertragreich war. Es zeigte sich, dass der Hybrid eine gesunde und eine mutierte Kopie eines Gens mit der Bezeichnung Single Flower Truss (SFT) enthielt, das für die Bildung des Pflanzenhormons Florigen zuständig ist. Wie der Name bereits verrät, sagt Florigen den Pflanzen, wann sie mit der Blattbildung aufhören und mit der Bildung von Blüten beginnen sollen, die anschließend Früchte produzieren. Bei gesunden Pflanzen wird die Blüte durch ein sehr empfindliches Gleichgewicht zwischen Florigen (das die Blüte anregt) und einem anderen Hormon, das die Blüte verzögert, gesteuert. Der Superhybrid, den das Team gezüchtet hatte, besaß nur eine funktionsfähige Kopie des Florigen-Gens und das führte dazu, dass die Pflanze mehr Blüten in weniger Zeit bildete. Außerdem löste das Gen denselben Heterosis-Effekt bei verschiedenen Tomatensorten aus, die in unterschiedlichen Umgebungen aufwuchsen. "Das ist das Goldlöckchen-Konzept", kommentierte Dr. Lippman. "Wir stellten fest, dass zur Maximierung des Ertrags weder zu wenig noch zu viel Florigen vorhanden sein darf. Eine Mutation einer Kopie des Gens führt zur exakten Dosierung von Florigen, die zur Bildung des Heterosis-Effekts gebraucht wird." Die Floringenhybride produzierten auch süßere und schmackhaftere Tomaten als die Elternpflanzen, was erstaunlich ist, weil ertragreichere Sorten meist nicht sehr schmackhafte Früchte bilden. "Diese Entdeckung besitzt das Potenzial, die milliardenschwere Tomatenindustrie erheblich zu beeinflussen, ebenso wie landwirtschaftliche Anbaumethoden, mit denen hohe Ernteerträge aus anderen blühende Pflanzen erzielt werden sollen", so Dr. Lippman. Jetzt will das Team untersuchen, ob Florigen-Gene in anderen Pflanzen denselben Effekt haben. "Mutierte Pflanzen werden normalerweise weggeworfen, weil die Ansicht herrscht, dass Mutationen das Wachstum negativ beeinflussen", hob Dr. Lippman hervor. "Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Züchtung mit Hybridmutationen zu ertragreicheren Sorten, nicht nur von Tomaten, sondern bei allen Nutzpflanzen führen wird."
Länder
Israel, Vereinigte Staaten