Suchen

Neue Tomatensorte enthält mehr Lycopin CRISPR-Cas9: Erstmals neue Kulturpflanze durch Genom-Editierung geschaffen

| Autor / Redakteur: Dr. Christina Heimken* / Dr. Ilka Ottleben

Die Pflanzenzüchtung ist eine langwierige Angelegenheit. Sie dient immer der genetischen Veränderung der Pflanzen, diese erfolgt jedoch schrittweise durch Kreuzung und Auslese von Pflanzen mit den gewünschten Eigenschaften über viele Generationen. Viele positive Eigenschaften von Wildpflanzen, bei Tomatensorten etwa der Geschmack und Gehalt an gesundheitsförderndem Lycopin gehen im Verlauf der Züchtung mehr und mehr verloren. Nun haben Forscher erstmals mit CRISPR-Cas9, einem modernen Verfahren der Genom-Editierung, aus der Wildform unserer heutigen Tomate innerhalb von nur einer Generation eine neue Kulturpflanze geschaffen.

Firmen zum Thema

Moderne Tomatensorten, haben im Verlauf der Züchtung unter anderem an Geschmack verloren. (Symbolbild)
Moderne Tomatensorten, haben im Verlauf der Züchtung unter anderem an Geschmack verloren. (Symbolbild)
(Bild: gemeinfrei)

Münster – Nutzpflanzen wie Weizen und Mais haben einen jahrtausendelangen Züchtungsprozess durchlaufen. Dabei veränderte der Mensch die Eigenschaften der wilden Pflanzen nach und nach, um sie seinen Bedürfnissen anzupassen. Ein Motiv war und ist der höhere Ertrag. Als „Nebenwirkung“ führte die Züchtung zu einer verringerten genetischen Vielfalt und zum Verlust anderer nützlicher Eigenschaften. Dies zeigt sich unter anderem durch eine erhöhte Krankheitsanfälligkeit, mangelnden Geschmack und einen verminderten Vitamin- und Nährstoffgehalt der modernen Zuchtsorten.

Wissenschaftler aus Brasilien, den USA und Deutschland haben nun erstmals mit CRISPR-Cas9, einem modernen Verfahren der Genom-Editierung, aus einer Wildpflanze innerhalb von einer Generation eine neue Kulturpflanze geschaffen: Ausgehend von einer „Wildtomate“ haben sie gleichzeitig verschiedene Nutzpflanzen-Merkmale erzeugt, ohne dass die wertvollen genetischen Eigenschaften der Wildpflanze verloren gingen.

Genom-Editierung: Moderne Kulturpflanzen in kürzester Zeit erzeugen

„Die neue Methode erlaubt es uns, bei null anzufangen und einen Domestikationsprozess noch einmal ganz neu zu starten“, sagt Biologe Prof. Dr. Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der mit seinem Team an der Studie beteiligt ist. „Dabei können wir das gesamte Wissen über die Pflanzengenetik und -domestizierung nutzen, das Forscher in den vergangenen Jahrzehnten angesammelt haben. Wir können das genetische Potenzial und besonders wertvolle Eigenschaften der Wildpflanzen bewahren und gleichzeitig die gewünschten Merkmale moderner Nutzpflanzen in kürzester Zeit erzeugen.“ Für ihre Studien haben die Forscher insgesamt etwa drei Jahre Arbeit investiert.

Wilde Tomatensorte als Ausgangspflanze für die CRISPR-Cas9-Editierung

Die Wissenschaftler wählten als Ausgangspflanze für ihr Pionierprojekt die wilde Tomatenart Solanum pimpinellifolium aus Südamerika, den Vorfahren heutiger Kulturtomaten. Die Wildpflanze hat nur erbsengroße Früchte und liefert einen geringen Ertrag – zwei Eigenschaften, die sie als Kulturpflanze ungeeignet machen. Auf der anderen Seite sind die Früchte aromatischer als moderne Tomaten, die durch die Züchtung an Geschmack verloren haben. Außerdem enthalten die Wildfrüchte mehr Lycopin. Dieser sogenannte Radikalfänger, fachsprachlich Antioxidans, gilt als gesund und ist vor diesem Hintergrund ein erwünschter Inhaltsstoff.

Die neue Zuchttomate (rechts) hat verschiedene Domestikations-Merkmale, die sie von der Wildpflanze (links) unterscheiden.
Die neue Zuchttomate (rechts) hat verschiedene Domestikations-Merkmale, die sie von der Wildpflanze (links) unterscheiden.
(Bild: Agustin Zsögön/Nature Biotechnology)

Die Wissenschaftler veränderten die Wildpflanze mithilfe von „Multiplex-CRISPR-Cas9“ so, dass die Tochterpflanzen kleine genetische Veränderungen an sechs Genen trugen. Diese entscheidenden Gene wurden durch die Forschung in den vergangenen Jahren erkannt und gelten als genetische Schlüssel für Merkmale der domestizierten Tomate. Konkret erzeugten die Wissenschaftler folgende Veränderungen gegenüber der Wildtomate: Die Früchte sind dreimal so groß wie die der Wildpflanze, was der Größe einer Cocktailtomate entspricht. Die Zahl der Früchte ist verzehnfacht, und ihre Form ist ovaler als bei der runden Wildfrucht. Diese Eigenschaft ist beliebt, weil die ovalen Früchte bei Regen weniger schnell aufplatzen als ihre runden Verwandten. Die Pflanzen haben zudem einen kompakteren Wuchs.

Genom-Editierung mit CRISPR/Cas9: Mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Systeme können die Genome der unterschiedlichsten Organismen bearbeitet werden. Doch wie funktioniert die neue Gentechnik mit dem unaussprechlichen Namen? (© MPG)

(ID:45525771)