An der Uhr drehen für mehr Tomaten

Eine „Reifungsuhr“ reguliert die Anzahl der Blütenstände und damit die Menge der Früchte. Sie lässt sich verstellen.

Je mehr Blütenstände eine Tomatenpflanze aufweist, desto mehr Früchte trägt sie letztlich auch. Die meisten kultivierten Tomatenpflanzen entwickeln nur einen Blütenstand mit wenigen Blüten, doch es gibt auch Sorten mit dutzenden Blütenständen und hunderten Blüten. Wilde Verwandte der Tomate hingegen liegen irgendwo dazwischen. Im Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“ berichten jetzt Forscher über den Mechanismus, der die Anzahl der Blütenstände beeinflusst.

Wenn eine Pflanze bereit ist zu blühen, wird das Sprossapikalmeristem zum Blütenstandmeristem: die Stammzellen an den Wachstumsspitzen bilden nicht mehr Blätter, sondern Blüten. Schon frühere Studien ließen vermuten, dass eine verzögerte Reifung des Blütenstandmeristems dazu führt, dass die Blütenstände besonders stark verzweigen. Offenbar existiert eine Art molekulare Zeitschaltuhr, von deren Signal die Verzweigung abhängt.

Mittels Methoden der Systembiologie und Hochleistungssequenzierung erfassten die Forscher daher die Genaktivität des gesamten Genoms (das Transkriptom) der Stammzellen in fünf unterschiedlichen Reifungsphasen. Erstaunliche 4.000 Gene unterliegen demnach einer Änderung ihrer Aktivität in Abhängigkeit der Reifung – und damit der molekularen Uhr. Indem die Forscher diese Gene bei Sorten mit starker und schwacher Verzweigung verglichen, fanden sie kleine Unterschiede in einzelnen Genen, die somit mit dem Grad der Verzweigung zusammenhängen könnten.

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Überrascht waren die Wissenschaftler auch davon, wie früh die Verzögerung stattfindet, die letztlich zum seitlichen Wachstum der Blattsprosse führt. Sie erfolgt bereits beim Primärmeristem, das für das Hauptwachstum der Pflanze zuständig ist – lange bevor die Pflanze das Blütenstandmeristem auch nur initiiert. Vermutlich hilft diese frühe Verzögerung dem fast fertigen Vegetationskegel, seitliche Organe für die Ausbildung neuer Blütenstände anzulegen.

Als nächstes wollen die Wissenschaftler jetzt die identifizierten Kandidatengene manipulieren, um herauszufinden, wie sich die ideale Anzahl Verzweigungen erzielen lässt. Denn weder das eine noch das andere Extrem ist wünschenswert: Wenig Verzweigungen liefern nur wenig Ertrag. Eine starke Verzweigung hingegen kann die Pflanze überfordern, so dass ihr die Energie fehlt, die vielen Blüten zu Früchten auszubilden. Wilde Tomatenverwandte weisen daher auch nur eine geringfügig verzögerte Reifung auf. Dadurch entstehen lediglich einige zusätzliche Verzweigungen, die aber dazu führen, dass sich der Ertrag gegenüber typischen kultivierten Sorten verdoppelt.