Kleine Tomaten, große Wirkung
Wie Genomeditierung Tomaten fürs Vertical Farming fit macht
Genomeditierte Tomatenpflanzen mit kompaktem Wuchs: Sie bleiben klein wie ein Salatkopf, tragen aber zahlreiche Früchte – ideal für den platzsparenden Anbau im Vertical Farming. (Bildquelle: © Ranjith-chemmad / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)
Tomatenpflanzen, die kaum größer werden als ein Salatkopf und trotzdem reiche Ernten liefern: Ein Forschungsteam hat mit der Genschere CRISPR/Cas9 kompakte Tomatenlinien entwickelt, die sich ideal für die vertikale Landwirtschaft eignen. Diese benötigen weniger Platz, blühen schneller, reifen synchron und können bis zu 180 Prozent höhere Erträge erbringen.
Die Idee klingt futuristisch: Hochhäuser in Metropolen dienen als Treibhäuser, auf mehreren Etagen wachsen Gemüse und Obst unter LED-Licht. Vertical Farming könnte die Versorgung von Städten sichern, Transportwege verkürzen und den Anbau unabhängig von Klimaextremen machen. Bisher werden jedoch fast ausschließlich Blattgemüse wie Salate angebaut, da viele Kulturpflanzen schlicht zu groß und zu wenig effizient für den platzsparenden Anbau sind. Genau hier setzt eine neue Studie an, die Tomaten mithilfe moderner Genomeditierung an die besonderen Bedingungen der vertikalen Landwirtschaft anpasst.
Vertical Farm mit Salat: Bisher gedeihen in solchen Anlagen vor allem kompakte Blattgemüse – durch Genomeditierung könnten künftig auch fruchttragende Pflanzen wie Tomaten für dieses System nutzbar gemacht werden.
Bildquelle: © Valcenteu / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Ziel: Gen für Pflanzenarchitektur
Das Forschungsteam nahm die traditionsreiche Tomatensorte Ailsa Craig als Ausgangsbasis. Diese bildet viele wohlschmeckende Früchte, wächst aber bis zu zwei Meter hoch – ungeeignet für mehrstöckige Systeme. Mit der Genschere CRISPR/Cas9 griffen die Forschenden in Gene ein, die schon aus der klassischen Pflanzenzüchtung bekannt sind.
Eine zentrale Rolle spielt dabei das Gen SlGA20ox1, das an der Bildung des Pflanzenhormons Gibberellin beteiligt ist. Dieses Hormon wirkt wie ein inneres Wachstumsprogramm: es regt die Zellteilung und vor allem die Zellstreckung an. Wenn SlGA20ox1 ausgeschaltet wird, produziert die Pflanze weniger Gibberelline und bleibt dadurch kleinwüchsig. Genau dieses Prinzip lag schon der „Grünen Revolution“ in den 1960er-Jahren zugrunde: Bei Weizen wurden ähnliche Gene gezielt verändert, sodass Zwerg- und Halbzwergsorten entstanden, die weniger anfällig fürs Umknicken waren und deutlich höhere Erträge lieferten. Die neue Tomatenforschung knüpft also direkt an eine der erfolgreichsten Innovationen der modernen Landwirtschaft an.
Wurzeln einer hydroponisch gezogenen Pflanze: Im Nährlösungsbad wachsen sie ohne Erde und erhalten Wasser, Mineralstoffe und Sauerstoff direkt – eine zentrale Technik des Vertical Farming.
Bildquelle: © Banana patrol, eigenes Werk / Wikipedia, CC BY-SA 3.0
Antiflorigene beschleunigen die Ernte
Zusätzlich kombinierten die Forschenden das ausgeschaltete SlGA20ox1-Gen mit Mutationen in zwei weiteren Genen: SP (SELF-PRUNING) und SP5G (SELF-PRUNING 5G). SP ist das Tomaten-Pendant des TFL1-Gens und wirkt als sogenanntes Antiflorigen. Es hält die Pflanze im vegetativen Wachstum und verhindert, dass sie zu früh auf Blütenbildung umschaltet. Wird SP ausgeschaltet, hört die Pflanze früher mit dem Längenwachstum auf und bildet eine kompakte, buschige Architektur. SP5G verzögert normalerweise die Blüte vor allem bei langen Tagen, indem es das Blühsignal, das sogenannte Florigen, unterdrückt. Ohne SP5G setzt die Blüte schneller und gleichmäßiger ein. Das Zusammenspiel dieser Veränderungen führt dazu, dass die Pflanzen kompakt bleiben, früher blühen und ihre Früchte synchron abreifen – ein entscheidender Vorteil für automatisierte Erntesysteme.
Hoher Ertrag im Miniaturformat
In Tests in einer kommerziellen Vertical-Farming-Anlage konnten die neu gezüchteten Linien dicht an dicht in 40 Zentimeter hohen Hydroponik-Modulen kultiviert werden – eigentlich gedacht für Salat. Der Platzbedarf pro Pflanze sank um 85 Prozent, während der Anteil der Fruchtmasse im Verhältnis zur Biomasse deutlich anstieg. Die Ernte konnte deutlich früher beginnen, und insgesamt ließ sich der Ertrag pro Pflanze um 180 Prozent steigern.
Perspektiven für die Stadtlandwirtschaft
Diese Resultate zeigen, wie sich Erfahrungen aus der klassischen Pflanzenzüchtung mit den Möglichkeiten der Genomeditierung kombinieren lassen, um innerhalb weniger Jahre maßgeschneiderte Pflanzensorten für neue Anbausysteme zu entwickeln. Kompakte Tomaten, die auf engem Raum hohe Erträge bringen, könnten dazu beitragen, Vertical Farming auch für Fruchtgemüse wirtschaftlich attraktiv zu machen – und so einen wichtigen Beitrag zur Ernährungssicherung im urbanisierten 21. Jahrhundert leisten.
Quelle:
Yu, X. et al. (2025): Harnessing Green Revolution genes to optimize tomato production efficiency for vertical farming. In: Journal of Integrative Plant Biology (12. Mai 2025). doi: 10.1111/jipb.13927
Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:
- Erbsen auf Achterbahnfahrt – Pflanzengenetik in Bewegung
- Urban Gardening – Gärtnern in der Stadt
- Hochstapler – Pflanzen tricksen beim Wachsen
- Pflanzen ans Urban Farming anpassen – Genomeditierung lässt Gemüse schrumpfen
Titelbild: Genomeditierte Tomatenpflanzen mit kompaktem Wuchs: Sie bleiben klein wie ein Salatkopf, tragen aber zahlreiche Früchte – ideal für den platzsparenden Anbau im Vertical Farming. (Bildquelle: © Ranjith-chemmad / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)
