Die Tomate im Wandel der Zeit

Wissenschaftler schaffen eine umfassende Karte der Tomatenevolution

27.10.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Tomate zählt zu den wichtigsten Nutzpflanzen der Welt. Im Zuge der Domestizierung und Kultivierung veränderte sich nicht nur ihr Erscheinungsbild, sondern auch das Genom. (Bildquelle: © Andreas Hermsdorf/ pixelio.de )
Die Tomate zählt zu den wichtigsten Nutzpflanzen der Welt. Im Zuge der Domestizierung und Kultivierung veränderte sich nicht nur ihr Erscheinungsbild, sondern auch das Genom. (Bildquelle: © Andreas Hermsdorf/ pixelio.de )

Die Tomate wurde vor über 10.000 Jahren domestiziert und bis heute kultiviert und verändert. Forscher haben 360 Tomatensorten sequenziert, um herauszufinden, wie sich das Genom im Laufe der Zeit verändert hat. Neben 333 Sorten mit roten Früchten analysierten sie 17 Hybridsorten und 10 Wildtypen der Kulturtomate. Als Ergebnis erwarten die Forscher eine Beschleunigung der Tomatenzüchtung, in deren Mittelpunkt hoffentlich der Geschmack steht.

Die Tomate (Solanum lycopersicum) ist eine der wichtigsten Nutzpflanzen der Welt. Laut der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) wurden im Jahr 2012 rund 162 Millionen Tonnen weltweit geerntet und mit einem Gesamtwert von über 55 Milliarden US Dollar gehandelt. Ihre Geschichte begann vor rund 10.000 Jahren mit der Domestizierung der Wildtomate (Solanum pimpinellifolium) in der Anden-Region in Südamerika.

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Verglichen mit der Kulturtomate sind die Früchte der ursprünglichen Wildsorte vergleichsweise klein. In der Regel beträgt ihr Durchmesser gerade mal einen Zentimeter. 

Verglichen mit der Kulturtomate sind die Früchte der ursprünglichen Wildsorte vergleichsweise klein. In der Regel beträgt ihr Durchmesser gerade mal einen Zentimeter. 

Bildquelle: © Timo Klostermeier/ pixelio.de

Je größer desto besser

Da die Tomate von Anfang an der Ernährungssicherung diente und die Früchte der Wildtomate noch recht klein waren bzw. sind, verfolgte man bei der Kultivierung vor allem das Ziel, Pflanzen mit größeren Früchten zu selektieren bzw. zu züchten. Die Kulturtomate ist heute rund 100mal größer als ihr erbsengroßer Vorfahr und wird entweder für den frischen Verzehr oder für die Weiterverarbeitung, unter anderem zu Tomatenmark oder Ketchup, angebaut. Um herauszufinden, wie sich das Genom im Laufe der Zeit in Folge derDomestizierung und Kultivierung verändert hat, verglichen die Forscher das Erbgut von 360 verschiedenen Tomaten-Varietäten aus aller Welt. Das Erbgut der ersten vollständig sequenzierten Tomatensorte „Heinz 1706“, eine Ketchup-Tomate, diente als Ankergenom.

Die Cherry-Tomate steht in der Evolution zwischen Wildtyp und Kultursorte

Die Domestizierung der Tomate aus der Wildtomate zu den heutigen ertragreichen Sorten lief vermutlich in zwei Schritten ab. Im ersten Schritt entstand aus der Wildtomate die sogenannten Cherry-Tomate (Solanum lycopersicum var. cerasiforme). Im zweiten Schritt, viele Jahrhunderte später, war diese dann wiederum der Ausgangspunkt für die Züchtung der heute weltweit verbreiteten, großfruchtigen Kultursorten. Ungefähr 14 Prozent des Genoms wurden in diesem zweistufigen Prozess durch den Menschen verändert. Im Bereich des veränderten Genoms überschneiden sich etwa ein Prozent in der ersten und zweiten Selektionsrunde. Diese waren bzw. sind sowohl für die Domestikation vor einigen Tausend Jahren als auch für die heutigen Kulturtomaten wichtig. In letzten Runde der Domestikation wurden nämlich verstärkt Resistenzgene aus wilden Tomaten eingezüchtet. Leider wurde dabei auch genetischer „Ballast“ der wilden Verwandten, quasi "Huckepack", in die Kultursorten eingekreuzt. Durch die detaillierten genomischen Karten bekommen die Züchter nun ein Werkzeug in die Hand, das dabei helfen kann, diese unerwünschten Eigenschaften von den gewünschten Genomabschnitten zu unterscheiden und gezielt herauszukreuzen.

Chromosom 5 macht Industrie-Tomaten groß und fest

Bei der Untersuchung der modernen Kultursorten, die sich durch ihre Größe und Festigkeit, das homogene Wachstum und die hohe Trockensubstanz auszeichnen und damit vor allem den industriellen Anforderungen entsprechen, stellten die Forscher fest, dass diese Eigenschaften fast ausschließlich, zu über 90%, auf dem Chromosom 5 liegen. In den letzten Jahren rückte jedoch der Geschmack der Früchte wieder stärker in den Fokus der Züchter. Wissenschaftler, die sich den molekularen Grundlagen des Tomatengeschmacks widmen, können nun mit den vorliegenden Daten gezielter nach den „Geschmacksgenen“ fahnden. Als Ergebnis könnten schon bald Sorten, die stärker auf den Geschmack statt auf Prozesseigenschaften abzielen, gezüchtet werden.

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Auch wenn sich die vielen Tomatensorten in ihrem Erscheinungsbild mitunter stark voneinander unterscheiden, ähneln sie sich bezogen auf ihr Erbgut stärker als man denkt. Dass sich trotz der genetischen Ähnlichkeit so viele Farben und Formen bilden, lässt daher auf epigenetische Ursachen schließen.

Auch wenn sich die vielen Tomatensorten in ihrem Erscheinungsbild mitunter stark voneinander unterscheiden, ähneln sie sich bezogen auf ihr Erbgut stärker als man denkt. Dass sich trotz der genetischen Ähnlichkeit so viele Farben und Formen bilden, lässt daher auf epigenetische Ursachen schließen.

Bildquelle: © Gabriele Planthaber/ pixelio.de

Neue Methoden für neue Sorten

Die Forscher sehen in ihrer Arbeit einen entscheidenden Beitrag für die Züchtung neuer Tomatensorten, da herkömmliche Methoden zunehmend an ihre Grenzen stoßen. Letztere basierten lange Zeit fast ausschließlich auf Erfahrung, Tradition und das äußere Erscheinungsbild. Dieses Wissen bleibt wichtig, kann nun aber durch molekular assistierte Informationen unterstützt werden.

Vor dem Hintergrund, dass lediglich 25% der jetzt vorliegenden 360 Sequenzen variabel sind, gewinnt die zielgenaue Identifikation von züchterisch interessanten DNA-Abschnitten und deren Variabilität in den sequenzierten Wild- und Kulturtomaten an Bedeutung, um die genetische Vielfalt in den Sorten zu erhöhen.

Die Rolle der Epigenetik in der Tomatenzucht

Die Studie macht außerdem deutlich, dass ein Großteil der sichtbaren Unterschiede der Tomaten nicht nur in den Genen, sondern im Epigenom liegen muss. Diese werden also durch Unterschiede, die nicht „in“ sondern „auf“ den Genen liegen, hervorgerufen. Dies können z. B.  Methylgruppen oder andere Strukturbestimmende Moleküle sein, die darüber entscheiden, wie welche Gene wann und wo aktiv werden .Die Epigenetik ist im Zusammenhang mit Tomaten, aber auch bei allen anderen Kulturpflanzen, eine noch junge Disziplin. Da die veränderlichen Merkmale teilweise über mehrere Generationen erhalten bleiben, sind sie aber auch für die Pflanzenzüchter von Interesse. Freuen bzw. hoffen wir also auf viele leckere und gesunde Tomatensorten.

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