Für die menschliche Gesundheit hat β-Carotin – auch bekannt als Provitamin A – vielfältige Funktionen. Es bremst Zellschäden durch freie Radikale und ist an Wachstum, Zellbildung, Fortpflanzung sowie Sehkraft beteiligt. Doch auch in Pflanzen haben Carotinoide vielfältige Funktionen. So zeigten frühere Studien, dass die genetische Integration des entsprechenden Gens LCYB aus der Karotte in die Tabakpflanze die Entwicklung der Pflanze fördert und ihre Resistenz gegen abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit erhöht. Im Fachjournal „Metabolic Engineering“ beschreiben Forschende vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie nun einen Ansatz, der diesen Zusammenhang ausnutzt, um Ertrag und Nährwert von Tomaten zu erhöhen.

Resistenz und Nährwert statt bloßer Masse

Die Pflanzenzüchtung hat in den vergangenen Jahren den Ertrag von Pflanzen vornehmlich gesteigert, indem sie deren Aufnahme von Kohlenstoff und damit das Massewachstum verbessert hat. Der Nährwert der Pflanzen bleibt dabei ebenso oft auf der Strecke wie deren Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse. Spätestens seit die Klimakrise zunehmend zu Ernteverlusten führt, hat sich dieser Fokus verschoben. Dem Team um Juan Moreno vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie zufolge könnten Carotinoide an dieser Stelle eine wichtige Rolle spielen. Die wichtigsten Vertreter der Carotinoide – β-Carotin und Xanthophylle –, sind in Pflanzen nachweislich an der Photosynthese, dem Schutz gegen abiotischen Stress und am Hormonhaushalt beteiligt.

Transgene Tomaten mit veränderter Carotinoid-Synthese

„Aufbauend auf diese früheren Experimente mit Tabak wollten wir herausfinden, ob andere LCYB-Gene, die von anderen Pflanzen oder Bakterien stammen, eine wirtschaftlich wichtige Kulturpflanze wie die Tomate beeinflussen würden“, erläutert Moreno die nun vorgestellte Studie. Die Fachleute haben daher in Tomatenpflanzen unterschiedliche Gene für Carotinoide integriert, die aus anderen Tomatenlinien, der Narzisse sowie einem Bakterium stammten. Tatsächlich zeigte sich, dass bereits eines dieser Gene ausreichte, um einen ähnlichen Effekte hervorzurufen, wie er in den früheren Experimenten bei Tabakpflanzen beobachtet worden war. Das zusätzliche Gen veränderte sowohl die Synthesewege bestimmter Carotinoide als auch mancher Pflanzenhormone.

77 Prozent mehr Ertrag, 20-mal mehr Provitamin A

Mit Blick auf die Landwirtschaft war jedoch am wichtigsten, was das für die Früchte und den Ertrag bedeutet. Die Pflanzen erwiesen sich gegenüber unveränderten Pflanzen als toleranter gegenüber Stress durch Trockenheit, Salz und Licht. Sie produzierten bis zu 77 % mehr Früchte, die zudem noch einen 20-fach erhöhten Gehalt an Provitamin A aufwiesen. Nicht zuletzt waren die Tomaten länger haltbar. Was das langfristig bedeuten könnte, resümiert Moreno so: „Die Ergebnisse aus unserer Studie ebnen den Weg für die Entwicklung einer neuen Generation von Nutzpflanzen, die eine hohe Produktivität mit einer verbesserten Nährstoffzusammensetzung auf sich vereinen und zudem besser mit den durch den Klimawandel verursachten Umweltveränderungen zurechtkommen.“

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