Die Vorfahren der Tomaten sahen ganz anders aus. Foxys Forest Herstellung / Shutterstock
Die große Idee: Der Weg der Tomate von der Wildpflanze zum Grundnahrungsmittel ist viel komplexer, als Forscher lange angenommen haben. Viele Jahre lang glaubten Wissenschaftler, dass der Mensch die Tomate in zwei Hauptphasen domestiziert habe. Zunächst bauten die Ureinwohner Südamerikas vor etwa 7,000 Jahren wilde Tomaten in Blaubeergröße an, um eine Pflanze mit kirschgroßen Früchten zu züchten. Später kamen Leute herein Mesoamerika züchtete diese Zwischengruppe weiter zu den großen Kulturtomaten, die wir heute essen.
Aber in einer aktuellen Studie zeigen wir, dass die kirschgroße Tomate wahrscheinlich ist entstand vor etwa 80,000 Jahren in Ecuador. Vor so langer Zeit haben keine menschlichen Gruppen Pflanzen domestiziert, was darauf hindeutet, dass es sich um eine wilde Art handelte, obwohl die Menschen in Peru und Ecuador sie wahrscheinlich später kultivierten.
Wir fanden auch heraus, dass sich zwei Untergruppen dieser Zwischengruppe nach Norden nach Mittelamerika und Mexiko ausbreiteten, möglicherweise als unkrautige Begleiter anderer Nutzpflanzen. Dadurch veränderten sich ihre Fruchtmerkmale radikal. Sie ähnelten eher Wildpflanzen, hatten kleinere Früchte als ihre südamerikanischen Gegenstücke und einen höheren Gehalt an Zitronensäure und Beta-Carotin.
Wir waren überrascht, als wir herausfanden, dass moderne Kulturtomaten am engsten mit dieser wilden Tomatengruppe verwandt zu sein scheinen, die immer noch in Mexiko vorkommt, obwohl die Landwirte sie nicht bewusst anbauen.
Durchschnittliche Fruchtgröße der Kulturtomate im Vergleich zu ihren halbdomestizierten und völlig wilden Verwandten. Hamid Razifard, CC BY-ND
Warum es darauf ankommt: Diese Forschung hat direkte Auswirkungen auf die Verbesserung der Ernte. Beispielsweise weisen einige mittlere Tomatengruppen einen hohen Glukosegehalt auf, der die Frucht süßer macht. Züchter könnten diese Pflanzen nutzen, um Kulturtomaten für Verbraucher attraktiver zu machen.
Wir sahen auch Anzeichen dafür, dass einige Sorten in dieser Zwischengruppe Merkmale aufwiesen, die die Krankheitsresistenz und Dürretoleranz förderten. Diese Pflanzen könnten zur Züchtung widerstandsfähigerer Tomaten verwendet werden.
Was noch nicht bekannt ist: Wir wissen nicht, wie sich die Zwischengruppe der Tomaten von Südamerika nach Mittelamerika und Mexiko verbreitete. Möglicherweise haben Vögel die Früchte gefressen und die Samen an anderer Stelle ausgeschieden, oder Menschen haben sie angebaut oder gehandelt.
Eine andere Frage ist, warum sich diese Zwischengruppe „zurückbildete“ und so viele Domestikationsmerkmale verlor, als sie sich nach Norden ausbreitete. Die natürliche Selektion in neuen nördlichen Lebensräumen könnte Tomaten mit wildähnlicheren Merkmalen aktiv begünstigt haben. Es könnte auch sein, dass der Mensch diese Pflanzen nicht gezüchtet und sie nicht auf Domestizierungsmerkmale wie große Früchte selektiert hat, die möglicherweise erfordern, dass Pflanzen mehr Energie verbrauchen, als sie auf natürliche Weise in die Fruchtbildung stecken würden.
Wie wir unsere Arbeit machen: We Rekonstruieren Sie die Tomatengeschichte by Sequenzierung der Genome von wilden, mittelschweren und domestizierten Tomatensorten. Darüber hinaus führen wir Populationsgenomanalysen durch, bei denen wir mithilfe von Modellen und Statistiken Rückschlüsse auf die Veränderungen ziehen, die sich im Laufe der Zeit bei Tomaten ergeben haben.
Bei dieser Arbeit müssen viele Computercodes geschrieben werden, um große Datenmengen zu analysieren und Variationsmuster in DNA-Sequenzen zu untersuchen. Wir arbeiten auch mit anderen Wissenschaftlern zusammen, um Tomatenproben zu züchten und Daten zu vielen Merkmalen aufzuzeichnen, wie etwa Fruchtgröße, Zuckergehalt, Säuregehalt und Geschmacksstoffe.
Was sonst noch auf dem Feld passiert: Um eine wachsende Menschheit zu ernähren, müssen die Ernteerträge und die Qualität verbessert werden. Dazu müssen Wissenschaftler mehr über Pflanzengene wissen, die an Phänomenen wie Fruchtentwicklung, Geschmack und Krankheitsresistenz beteiligt sind.
Zum Beispiel die Forschung unter der Leitung von Zachary Lippmann im Kaltes Frühlingshafen-Labor in New York nutzt die Bearbeitung des Genoms, um Merkmale zu manipulieren, die zur Verbesserung des Tomatenertrags beitragen können. Durch die Optimierung der in zwei beliebten Tomatenpflanzenarten heimischen Gene haben sie eine schnelle Methode entwickelt, mit der die Pflanzen schneller blühen und reife Früchte produzieren können. Das bedeutet mehr Pflanzungen pro Vegetationsperiode, was den Ertrag erhöht. Dies bedeutet auch, dass die Pflanze in nördlicheren Breitengraden angebaut werden kann, als dies derzeit möglich ist – eine wichtige Eigenschaft angesichts der Erwärmung des Erdklimas.
Durch die Genbearbeitung sind Tomaten entstanden, die Wochen früher blühen und reifen.
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Was kommt als nächstes für Sie: Unsere Forschung liefert einen Atlas von Kandidaten für zukünftige Studien zur Genfunktion von Tomaten. Wir können nun identifizieren, welche Gene in den einzelnen Phasen der Domestizierungsgeschichte wichtig waren, und herausfinden, was sie bewirken. Wir können auch nach nützlichen Allelen oder Varianten bestimmter Gene suchen, die bei der Domestizierung der Tomate möglicherweise verloren gegangen oder zurückgegangen sind. Wir wollen herausfinden, ob einige dieser verlorenen Varianten genutzt werden könnten, um das Wachstum und die gewünschten Eigenschaften von Kulturtomaten zu verbessern.
Über den Autor
Hamid Razifard, Postdoktorand in Biologie, University of Massachusetts Amherst und Ana Caicedo, außerordentliche Professorin für Biologie, University of Massachusetts Amherst
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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