Alle News

Neues aus der Forschung: wilde Gene gegen Trockenstress bei Tomaten

Wie die extreme Stresstoleranz der Wildtomate Solanum pennellii zustande kommt, darüber geben jetzt ihre Gene Aufschluss. Dies hat das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (Potsdam) herausgefunden.

Die Gene der Wildtomate Solanum pennellii können bestimmte Eigenschaften wie Toleranz gegen Stress, Salz und Trockenheit liefern. Foto: RWTH Aachen/A. Vogel und R. Knauf

Die aus den Anden stammende Wildtomate Solanum pennellii zeichnet sich durch eine enorme Stresstoleranz, zum Beispiel gegenüber Trockenheit, aus. Um diese Eigenschaft auch für Kulturtomaten nutzbar zu machen, wurde Solanum pennellii schon oft für Kreuzungen benutzt. Bisher war jedoch nicht bekannt, welche Gene für die Stresstoleranz verantwortlich sind. Eine aktuelle Studie in der Fachzeitschrift Nature Genetics liefert nun die Grundlagen zum Verständnis der Stresstoleranz und damit auch für die zukünftige Tomatenzüchtung.

In der Studie hat ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Dr. Alisdair Fernie vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie und Prof. Dr. Björn Usadel von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen und dem Forschungszentrum Jülich das Genom der Wildtomate sequenziert und analysiert.

Während des Züchtungsprozesses der vergangenen Jahrhunderte sind viele der ursprünglichen Eigenschaften der Wildpflanzen aus dem Genpool der Kulturtomaten verschwunden. So zeichnen sich Wildtomaten im Vergleich zur Kulturart Solanum lycopersicum häufig durch eine deutlich höhere Toleranz gegenüber ungünstigen Wachstumsbedingungen, wie trockenen oder salzigen Böden, aus. Daneben konnten auch wilde Arten identifiziert werden, die Resistenzen gegen Pilzkrankheiten besitzen.

Um diese Eigenschaften für Kulturtomaten nutzbar zu machen, werden sie mit den verwandten Wildarten gekreuzt. Die Nachkommen dieser Kreuzungen werden anschließend noch mehrmals mit den Kulturtomaten gekreuzt, genannt Rückkreuzung. Diese hat das Ziel, den Anteil der genetischen Information der Wildpflanzen auf wenige Bereiche im Genom und damit auch auf die gewünschten Eigenschaften zu beschränken. Die dabei entstehenden Linien nennt man Introgressionslinien (IL), informiert das Max-Planck-Institut weiter.

Die wilde Solanum pennellii wurde wegen ihrer enormen Stresstoleranz bereits häufiger für die Herstellung dieser Linien benutzt. Sie sind unter anderem auf Grund einer veränderten chemischen Zusammensetzung der Frucht oder einer erhöhten Trocken- oder Salztoleranz interessant. Solche Eigenschaften nennt man auch quantitative Merkmale.

Mit Hilfe dieser Introgressionslinien konnte bereits eine Vielzahl sogenannter quantitative trait loci (QTLs), das heißt Regionen eines quantitativen Merkmals, identifiziert werden. Dabei handelt es sich um Abschnitte im Genom, die für die Ausprägung bestimmter Merkmale verantwortlich sind, erklärt es Prof. Dr. Björn Usadel. Über die Gene, die diesen QTLs zu Grunde liegen, war bisher nur wenig bekannt. Hauptsächlich lag das an der fehlenden Information über die Genomsequenz von Solanum pennellii. Die nun in Nature Genetics veröffentlichte Studie soll diese Lücke schließen.

Mit der Sequenzierung dieser Wildtomate sei die Grundlage für die genetische Aufklärung der verschiedenen QTLs, wie der Trockentoleranz, geschaffen. Man habe beispielsweise ein Gen in Solanum pennellii identifiziert, das für eine veränderte chemische Zusammensetzung der Cuticula, der wachsartigen Schicht auf den Blättern, verantwortlich ist. Dieses Gen führe zu einem erhöhten Wachsgehalt in der Cuticula, den die Wissenschaftler auch durch chemische Analysen nachweisen konnten. Die natürliche Funktion der Cuticula, der Schutz der Blätter vor Wasserverlust, werde durch den erhöhten Wachsgehalt noch verbessert.

Durch den Vergleich bekannter, Stresstoleranz-vermittelnder Gene mit den QTLs der Introgressionslinien aus Solanum pennellii und lycopersicum konnte das internationale Team von Wissenschaftlern 100 weitere Kandidatengene identifizieren, die für eine erhöhte Toleranz gegen Trockenheit oder einen erhöhten Salzgehalt verantwortlich sein könnten. Mit der Sequenzierung sei es gelungen, eine wertvolle Quelle für die Aufklärung der Eigenschaften der Introgressionslinien zu schaffen, doch es gebe noch eine Vielzahl bekannter QTLs, die es mit Hilfe von Genomsequenzen zu erklären gilt. Genetische Grundlagen zu klären, werde in der künftigen Züchtung helfen und die Kulturpflanzen verbessern. (ts/fri)