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18.04.2012

Die Tomate im Stresstest

Ein internationales Forschungsprojekt stellt die Tomate auf den Prüfstand

In einem internationalen Netzwerk von Molekular- und Zellbiologen, Genetikern, Biophysikern, -chemikern und -informatikern machen Wissenschaftler der Frankfurter Goethe-Universität seit Anfang 2012 Untersuchungen zur Thermotoleranz von Tomaten. In dem von der Europäischen Union geförderten Projekt wollen sie herausfinden, welche Pflanzen hitzeempfindlicher sind, welche weniger und warum.

Frankfurt am Main (pia) Primelchen. Ein Wort und jeder weiß: Der oder die ist besonders empfindlich. Die blumige Anleihe kommt nicht von ungefähr: Eine Reihe von Pflanzen reagiert auf Stress. Positiv wie negativ. In einem von der EU geförderten internationalen Forschungsprojekt ergründen Wissenschaftler der Frankfurter Goethe-Universität, warum die einen besser mit Stress klarkommen als die anderen und wie Pflanzen sich schützen. Forschungsobjekt ist die Tomate.

Fortpflanzung in Gefahr

Das rote Gemüse mag es sonnig und warm. Aber wenn es zu heiß wird, macht es schlapp. Theoretisch kann die Pflanze Temperaturen von mehr als 45 Grad aushalten - solange sie genug Wasser hat. In der Regel treten aber Wärme und Trockenheit zusammen auf – die Pflanze bekommt Probleme, den Stress zu verkraften. Passiert dies genau an den wenigen Tagen, an denen das Nachtschattengewächs Pollen entwickelt, ist die Fortpflanzung in Gefahr. Das kann schon bei anhaltenden Temperaturen um die 30 Grad Celsius geschehen. „Die Früchte bleiben dann, wenn sie überhaupt ausgebildet werden, klein. Vor allem aber generieren sie keinen Samen“, erläutert Dr. Klaus-Dieter Scharf vom Institut für Molekulare Biowissenschaften das Phänomen.

Hitzestress bremst die Tomaten

Keine Vermehrung bedeutet Probleme in der Züchtung, schlechte Ernte sowie wirtschaftliche Verluste in Landwirtschaft und Industrie. Weniger Tomaten, das bekämen auch die Verbraucher zu spüren: Das Angebot würde knapper und wahrscheinlich nicht nur der Ketchup teurer. Im Jahr 2009 wurden weltweit fast 40 Millionen Tonnen Tomaten allein für den Handel produziert. Schon jetzt gibt es Ernteausfälle, weil Hitzestress das Tomaten-Wachstum bremst. Um herauszufinden, welche Pflanzen empfindlicher sind, welche weniger und warum, haben die Frankfurter Wissenschaftler sich mit Kollegen aus Belgien, Israel, Italien, den Niederlanden und Österreich zusammengetan. „Solanaceae Pollen Thermotolerance“ – abgekürzt SPOT-ITN – haben die Molekular- und Zellbiologen, Genetiker, Biophysiker, -chemiker und -informatiker ihr internationales Netzwerk genannt. Seit Anfang 2012 unternehmenn zwanzig Forscher Untersuchungen zur Thermotoleranz in der Pollenbildung im Rahmen des Marie-Curie-Programms der Europäischen Union. Projektmanager Dr. Bernd Märtens vom Zentrum für Membran Proteomics verwaltet die EU-Förderung von insgesamt 2,8 Millionen Euro, verteilt auf vier Jahre.

Tomatenblüten.
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Auf der Suche nach optimalen Pflanzen

Koordinator des Netzwerks ist Professor Enrico Schleiff. Der neue Vize-Präsident der Goethe-Uni formuliert die vorrangigen Ziele: "Pflanzen selektieren, die ihre Pollenentwicklung an höheren Stress anpassen können, außerdem untersuchen, welche molekularen Mechanismen eine Rolle spielen und verstehen, worauf sich die Temperaturempfindlichkeit in der Pollenentwicklung begründet". Schleiff und das Team wollen Methoden entwickeln, mit denen eines Tages Züchter im großen Maßstab schon an Pflänzchen feststellen können, wie viel Hitze und Stress eine Tomatensorte verträgt: „Blattecken abschneiden, in Reagenzgläsern analysieren und wissen, woran man ist.“ Biomarker würden eine solche schnelle, effiziente Beurteilung erlauben, so die Vision. Auf der Suche nach optimalen Pflanzen stützt SPOT-ITN sich auf Samendatenbanken und -sammlungen sowie Erfahrungen aus den im Projekt vertretenen Anbauländern. Aus den Niederlanden kommt das Wissen um den Anbau in Gewächshäusern. In Italien wächst das Gemüse im Freiland, wo Witterungswechsel wie ein Fitnessprogramm auf die genetisch bedingte Widerstandskraft der Pflanze wirken können – positiver Stress, der die Entwicklung voranbringen kann.

Pflanzen haben ein Stress-Gedächtnis

Die Forscher hoffen, am Ende thermotolerante Sorten mit den dafür verantwortlichen Molekülen und damit auch Schutzmechanismen zu entdecken. Bislang wissen sie zwar, dass in den Pflanzen ein von Proteinen gesteuertes Netzwerk einschließlich eines Stress-Gedächtnis existiert, aber wie es funktioniert ist kaum bekannt. Die Ideallösung wäre, „Pflanzen zu finden, die solche molekularen Schutzmechanismen ausbilden und sie mit bewährten, aber empfindlichen Zuchtsorten zu kreuzen, um Sorten mit den kombinierten Eigenschaften zu entwickeln.“

Die Tomate ist modellhaft

„In Zeiten des Klimawandels“, sagt Enrico Schleiff, „ist Pollenentwicklung überall ein Thema“: Getreidearten wie Mais, Reis, Weizen sind Grundnahrungsmittel, denen die globale Erwärmung ebenfalls zu schaffen macht. Schleiff und Kollegen forschen auch deshalb an Tomaten, weil sie modellhaft sind für Organismen. Möglicherweise sogar für den Menschen, weil die Entwicklung der Spermien des Mannes ebenfalls ein äußerst temperaturempfindlicher Prozess ist. Könnten die Pflanzen-Experten die Wirkung von Umwelteinflüssen auf die Pollenentwicklung der Tomate besser verstehen, wären eventuell Rückschlüsse auf Entwicklungsstörungen in menschlichen Keimzellen möglich.

Margarete Lausberg


Informationen zum Projekt unter www.spot-itn.eu