Die Königin der Früchte

Verdoppeltes Kiwi-Genom ermöglichte die Bildung wertvoller Inhaltsstoffe

08.11.2013 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Kiwis: Die Beerenfrucht ist heute eine der beliebtesten Obstsorten und ein wichtiger Exportartikel. (Quelle: © iStockphoto.com/GeorgeDolgikh)
Kiwis: Die Beerenfrucht ist heute eine der beliebtesten Obstsorten und ein wichtiger Exportartikel. (Quelle: © iStockphoto.com/GeorgeDolgikh)

Die Kiwi ist eine wirtschaftlich bedeutsame Frucht, die weltweit großflächig angebaut wird. Zur Verbesserung der Qualität wurden immer wieder ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt, aber bisher noch nicht das vollständige Genom entschlüsselt. Wissenschaftler aus den USA und China haben das jetzt nachgeholt.

Kiwis haben spätestens seit den 80er Jahren ihren Stammplatz im Supermarktregal. Wegen ihres guten Geschmacks, ihrer wertvollen Inhaltsstoffe (unter anderem sekundäre Pflanzenstoffe wie Flavonoide, Carotinoide) und vor allem wegen ihres hohen Vitamin-C-Gehaltes (80 mg pro 100 g Fruchtfleisch) sind sie sehr gesund und galten lange Zeit als „Königinnen“ unter den Früchten.

Kiwis werden vorwiegend in Neuseeland angebaut, aber zum Beispiel auch in Italien, Griechenland, Frankreich sowie in China. Das südwestliche China ist auch das Herkunftsland der ursprünglichen Kiwifrucht oder „Chinesischen Stachelbeere“ (Actinidia chinensis), die erst Anfang des 20. Jahrhunderts in Neuseeland ihre Laufbahn als kommerziell angebautes Obst begonnen hat. Actinidia chinensis und die von ihr abstammende Kulturart Actinidia deliciosa bilden heute die Grundlage für die meisten Sorten, die im Handel erhältlich sind. Wegen der großen wirtschaftlichen Bedeutung werden immer neue Kiwi-Sorten entwickelt, um den Geschmack und die wertvollen Inhaltsstoffe zu erhöhen.

Doppelt und dreifach

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Der Kiwi, ein Wahrzeichen Neuseelands, gab der Kiwifrucht ihren kommerziellen Namen. Davor hieß sie einfach „Chinesische Stachelbeere“.

Der Kiwi, ein Wahrzeichen Neuseelands, gab der Kiwifrucht ihren kommerziellen Namen. Davor hieß sie einfach „Chinesische Stachelbeere“.

Bildquelle: © Glen Fergus/wikimedia.org; CC BY-SA 2.5

Die Erhöhung des Carotinoid- und des Vitamin-C-Gehaltes der Kiwi war immer wieder Gegenstand intensiver Forschung. Carotinoide wirken im Körper als Antioxidantien, indem sie schädliche Sauerstoffradikale, die zum Beispiel durch Stress oder hohe UV-Strahlung entstehen, unschädlich machen und somit Krebserkrankungen vorbeugen können. Vitamin C gilt ebenfalls als Radikalfänger, unterstützt zusätzlich das Immunsystem und fördert die Aufnahme von Eisen im Darm.

Was bisher fehlte, war eine vollständige Untersuchung des Kiwi-Genoms. Um es zu entschlüsseln, untersuchten die Wissenschaftler die Kiwi-Sorte „Hongyang“, die in China häufig angebaut wird. Dabei stellten sie fest, dass sich sowohl vor 80 Millionen Jahren als auch vor 27 Millionen Jahren das gesamte Genom der Kiwi verdoppelt hat.

Genom-Duplikationen (Whole Genome Duplication, WGD) kommen bei höheren Pflanzen häufig vor. Sie entstehen, wenn bei der Meiose der Spindelapparat nicht ausgebildet wird und sich die Chromosomenpaare nicht trennen können. Die Keimzellen (Pollen oder Eizellen), enthalten anstelle eines einfachen (haploiden) Chromosomensatzes einen doppelten (diploiden) Chromosomensatz. Bei der Verschmelzung von Pollenzelle und Eizelle entsteht so ein vierfacher (tetraploider) Satz statt eines „normalen“ doppelten Satzes. Diese Vervielfachung des Chromosomensatzes wird als Polyploidie bezeichnet. Diese überzähligen Gene übernehmen einige oftmals komplett neue Funktionen, die vorher im Organismus nicht vorhanden waren. Im Falle der Kiwi, haben sich dadurch vor allem die Genfamilien vergrößert, die sich auf den hohen Vitamin-C-Gehalt, sowie auf den Carotionid- und Flavonoid-Stoffwechsel der Kiwi auswirken. Alles wichtige Inhaltsstoffe, die heute an der Kiwi geschätzt werden.

Enge Verwandtschaftsverhältnisse

Des Weiteren verglichen die Wissenschaftler das Genom der Kiwi mit denen anderer wichtiger Nutzpflanzen wie Tomaten, Wein, Reis und der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Durch diese Vergleiche lernen die Wissenschaftler mehr über die Genfunktionen und die Evolution. So lassen sich aber auch Besonderheiten finden, die wenn es sinnvoll ist, mit Hilfe molekularer Methode (Gentechnik), in anderen Organismen übertragen werden können.

Sie fanden heraus, dass alle Arten etwa 8.000 Gene gemeinsam haben. Diese identifizierten Gene regeln grundlegende Funktionen wie Fruchtreife, Stoffwechselvorgänge und die Widerstandskraft gegen Krankheiten. Hier zeigen sich nach Ansicht der Wissenschaftler wichtige evolutive Verwandtschaftsverhältnisse, die Rückschlüsse auf die Entwicklung vieler Nutzpflanzen und ihrer Eigenschaften bieten und somit eine wichtige Hilfestellung bei der Lösung verschiedener Probleme wie Erhöhung der Inhaltsstoffe oder der Schädlingsbekämpfung liefern können. Sie gehen davon aus, dass diese Ergebnisse neue Möglichkeiten bei der Züchtung neuer Kiwi-Sorten und der Verbesserung der Qualität bieten. Aber auch nahe verwandte Arten der Kiwis die, ebenfalls kommerziell genutzt werden, helfen diese nun vorliegenden Basisdaten.

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