E wie Epigenetik und Vitamin E

Forscher liefern neue Erkenntnisse zur Bildung von Vitamin-E bei Tomaten. Epigenetische Einflüsse spielen dabei eine entscheidende Rolle. Sie beeinflussen die Bildung und den Gehalt an Vitamin-E bei Tomaten.

Die Tomate (Solanum lycopersium) ist das mengenmäßig am meisten verzehrte Fruchtgemüse in Deutschland. Die rote Frucht, die aus botanischer Sicht eine Beere ist, ist reich an gesunden Mineral-und Nährstoffen. Neben Vitamin A und C enthält die Tomate viel Vitamin-E. Ein internationales Forscherteam hat nun unter Beteiligung aus Deutschland an den Mechanismen und genetischen Faktoren geforscht, die an der Bildung von Vitamin E beteiligt sind.

Tocopherol  ist ein fettlösliches Vitamin mit antioxidativer Wirkung

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Bei der Erforschung der zugrundeliegenden Mechanismen für die  Bildung von Vitamin-E konzentrierten sich die Forscher auf die am häufigsten vorkommende und aktivste Form des Vitamins, nämlich Tocopherol. Als fettlösliches Antioxidans schützt das Tocopherol die Zellmembran vor einer Lipidperoxidation und verhindert auf diese Weise eine zellschädigende Kettenreaktion. Gebildet wird das Antioxidans ausschließlich in Organismen, die Photosynthese betreiben. Da jedoch bezüglich der Tocopherolbildung sowohl die Mechanismen als auch die genetischen Faktoren betreffend Fragen offen waren, war es bisher äußerst schwierig, den Vitamin-E-Gehalt von Tomaten züchterisch zu optimieren.

Vier Genomabschnitte beeinflussen den Gehalt an Tocopherol

Das Forscherteam identifizierte vier Genomabschnitte (engl. : metabolomic Quantitative Trait Locus (mQTL)) im Erbgut der Tomate, die den Stoffwechsel und die Enzymbildung anregen und die Tocopherolkonzentration somit indirekt beeinflussen. Das Enzym 2-methyl-6-phytylquinol, kurz VTE3(1), fördert die Bildung von α- und γ-Tocopherol, zwei Hauptbestandteile des funktionalen Tocopherols. Bei der Untersuchung der betreffenden Genomabschnitte fanden die Forscher außerdem heraus, dass nicht nur der Stoffwechsel beeinflusst wird, sondern auch die Genexpression. Bezogen auf den aktuellen Fall variierte infolgedessen die Höhe der Tocopherolkonzentration. In diesem Zusammenhang stellten sie fest, dass ein Fehlen des Enzyms VTE3(1) zu einem niedrigeren Tocopherol- und damit auch Vitamin-E-Gehalt führte.

Vitamin-E und die Epigenetik

Es zeigte sich, dass die Genexpression nicht immer gleich ablief. Die Unterschiede in der Merkmalsausprägung traten stets in Zusammenhang mit einer DNA-Methylierung an den identifizierten Genomabschnitten auf. Bei diesem Vorgang wird die DNA durch die Übertragung von Methylgruppen auf bestimmte DNA-Basen modifiziert. Auf diese Weise werden Zelleigenschaften und Merkmale vererbt, die nicht in der DNA, also dem genetischen Code selbst, festgelegt sind. Dieser Vorgang kann durch eine Ent- oder Demethylierung rückgängig gemacht werden. Die Vererbung von Merkmalen, die nicht auf eine Veränderung der DNA zurückzuführen ist, ist Forschungsgegenstand der Epigenetik. Die DNA-Methylierung stellt in diesem Kontext einen epigenetischen Mechanismus dar. Dem Forscherteam gelang es damit erstmals, einen Genomabschnitt zu identifizieren, über den die Bildung von wertvollen Inhalts- und Nährstoffen maßgeblich durch epigenetische Faktoren beeinflusst wird.

Eine Form der Anpassungsstrategie?

Das Forscherteam betrachtet seine Arbeit als einen wichtigen Beitrag für die Pflanzenzüchtung und die Entwicklung neuer Tomatensorten mit einem optimierten Tocopherol- bzw. Vitamin-E-Gehalt. Gleichzeitig sehen sie sich am Anfang einer Reihe weiterer Studien, die sich unter anderem genauer mit den verschiedenen Einflussfaktoren sowie der Frage befassen werden, welche Rolle die Anpassung und Regulierung der Tocopherolbildung bei Tomaten spielt. Vor dem Hintergrund der antioxidativen Wirkung des Tocopherols vermuten sie eine spezielle Anpassungsstrategie der Tomaten an unterschiedliche Umwelt- und Wachstumsbedingungen an ihrem Standort.