CRISPR macht die Früchte süß

In der Tomatenzucht bestehen traditionell Zielkonflikte zwischen Fruchtgröße und Geschmack. Größere Früchte, die für den Handel attraktiv sind, neigen dazu, weniger Zucker und damit weniger Geschmack zu enthalten. Gleichzeitig bevorzugen Konsumenten süßere Tomaten. Diese inverse Beziehung zwischen Fruchtgröße und Zuckergehalt resultiert aus jahrzehntelanger Züchtung, bei der Ertrag und Größe Vorrang hatten.

Schlüsselgene der Zuckerbildung

Eine internationale Forschergruppe unter Leitung von Sanwen Huang an der Chinese Academy of Agricultural Sciences hat zwei Gene identifiziert, die eine Schlüsselrolle bei der Zuckerbildung in Tomaten spielen. Die Gene SlCDPK27 und SlCDPK26 regulieren den Zuckergehalt, indem sie eine Saccharose-Synthase phosphorylieren - was den Abbau des Enzyms fördert und somit die Zuckerakkumulation hemmt.

Ausschaltung durch Genschere

Im Rahmen der Studie wurde gezielt die CRISPR-Genschere eingesetzt, um Mutationen in den Genen SlCDPK27 und SlCDPK26 zu erzeugen. Die Mutationen führten zu einer deutlichen Reduktion der Kinase-Aktivität dieser Proteine, was wiederum die Funktion der Saccharose-Synthase stabilisierte. Experimente zeigten, dass diese Veränderungen die Glukose- und Fruktosegehalte in den Früchten um bis zu 30 % steigerten.

Sensorische Tests bestätigten zudem, dass diese Mutanten als süßer wahrgenommen wurden. Der entscheidende Vorteil dieser Methode besteht darin, dass der höhere Zuckergehalt nicht zulasten der Fruchtgröße oder des Ertrags ging. Die Keimfähigkeit der veränderten Tomatensamen blieb dabei auch unbeeinträchtigt, was die Integration dieser genetischen Anpassungen in kommerzielle Anbauprogramme erleichtern kann.

Auch für andere Nutzpflanzen einsetzbar?

Die Erkenntnisse aus dieser Forschung sind wahrscheinlich nicht auf Tomaten beschränkt, sondern auch bei Nutzpflanzen wie Äpfel und Birnen anwendbar. Trotz des Erfolgs dieser Studie bleiben viele Fragen offen. Es fehlt nach wie vor ein umfassendes Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen, wie Pflanzen Ressourcen innerhalb der Früchte verteilen. Langfristig könnte die detaillierte Erforschung dieser Prozesse zu weiteren Verbesserungen führen und Züchtungsprogramme weltweit beeinflussen.

Quelle:
Zhang, J., Lyu, H., Chen, J. et al. (2024): Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty. Nature 635 (13. November 2024). doi:  10.1038/s41586-024-08186-2

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Titelbild: Schluss mit „Wassertomaten“. Eine neue Studie zeigt, wie das funktioniert. (Bildquelle: © Wikimedia, CC BY-SA 3.0)