Obwohl Tomaten botanisch gesehen eine Beere, also eine Art Obst, sind, werden diese runden roten (oder orangefarbenen) Köstlichkeiten wegen ihres herzhaften Geschmacks für kulinarische Zwecke als Gemüse betrachtet. Egal, wie man sie schneidet, hobelt oder würfelt, sie ist eine ungewöhnlich vielseitige Frucht. In mehr als der Hälfte aller US-Bundesstaaten und auf internationaler Ebene werden Tomatenfeste, -touren und -verkostungen veranstaltet. Ira und George Gershwin verewigten die doppelte Aussprache der Tomate sogar in ihrem Lied Let’s Call the Whole Thing Off aus dem Jahr 1937: „…You like tomato and I like tomahto.“ Was können wir also noch über sie lernen? Wie sich herausstellt, eine ganze Menge.

Tomatenprobleme und -veränderungen

Schädlinge, Umweltstress und Krankheiten haben diese Frucht seit Jahrtausenden geplagt. Frühe und späte Kraut- und Knollenfäule, Blütentrockenheit und Anthraknose sowie andere verbreitete Pilze und abiotische Stressfaktoren (Blütenendfäule und gelbe Schulter) sind nur einige der vielen Probleme, mit denen die edle Tomate zu kämpfen hat.

Die perfekt rote, schmackhafte Sommertomate ist keine Tomate, die in ihrem ursprünglichen Zustand gewachsen ist. Wenn man die Uhr etwa 6.000 Jahre zurückdreht und eine Tomate von der Rebe pflückt, bevor der Mensch sie zu domestizieren versuchte, landet man vielleicht in Ecuador oder Peru und isst kleine Wildtomaten. Technisch gesehen ist der direkte wilde Vorfahre der kultivierten Tomate die Solanum pimpinellifolium. Diese kleinen Früchte sind eng verwandt mit den modernen Tomaten, die Sie auf Bauernmärkten, in Ihrer CSA-Tüte oder in Lebensmittelgeschäften finden, aber sie sind viel kleiner, wie eine winzige Kirschtomate. Einige unserer großen roten Haustomaten (wie die ‚Iron Lady‘ und die ‚Defiant‘) wurden genetisch auf Krankheitsresistenz selektiert, haben aber nicht immer den besten Geschmack oder die beste Konsistenz. Gibt es eine Möglichkeit, Merkmale für Krankheits- und Schädlingsresistenz zu selektieren und gleichzeitig Geschmack und Aussehen zu verbessern? Professorin Ana Caicedo und Doktorand Jake Barnett sind der Meinung, dass dies sehr wohl möglich ist.

Ein Wiedersehen von Mutter und Kind?

Die Evolution von Wildtomaten hat das Interesse des UMass Amherst-Absolventen Jacob ‚Jake‘ Barnett geweckt. Seine Sommerforschung 2019 findet in einem neuen Hochtunnelgewächshaus auf der Crop and Animal Research and Education Farm der Universität in South Deerfield statt. Barnett interessiert sich vor allem für zwei Themen: die Lebensfähigkeit des Anbaus südamerikanischer Tomaten in Massachusetts und ihre Insektenresistenz.

Wie beschafft, pflanzt und untersucht man also Wildsamen, die in der freien Natur immer seltener zu finden sind? Barnett wandte sich an die Saatgutbank der Universität von Kalifornien in Davis, die für ihre Sammlung von Wildarten und Mutanten für Forschungszwecke bekannt ist. Seit den 1940er Jahren sammelte und lagerte ein besonders vorausschauender Forscher, Charley Rick, Samen von Wildtomatenarten, die alle aus Südamerika stammen. Diese angestammten Tomatensorten verfügen alle über Gene, die natürliche genetische Abwehrkräfte gegen Schädlinge oder die Fähigkeit zur Toleranz gegenüber verschiedenen Arten von Stress bieten. Nach Tausenden von Jahren der Züchtung haben unsere domestizierten Tomaten, die auf Farbe und Größe gezüchtet wurden, ihre natürliche Fähigkeit zur Schädlingsabwehr verloren. In Zusammenarbeit mit Professor Caicedo hat Barnett den Hochtunnel mit 280 gesunden Tomatenlinien gefüllt, die er aus 40 Saatgutsorten gezüchtet hat.

Caicedo ist die ideale Forscherin, um Barnett zu beraten, da sie seit langem an den Eigenschaften dieser Wildpflanzen interessiert ist. Im Jahr 2003 promovierte sie an der Washington University in St. Louis, wo sie sich mit der Populationsgenetik von Krankheitsresistenzgenen bei Wildtomaten beschäftigte.

Barnett hat sich zum Ziel gesetzt, Wildtomatenarten und zwei kommerzielle Sorten zu untersuchen und ihre Fähigkeit, unter den Bedingungen von Massachusetts zu wachsen, sowie ihre potenzielle Resistenz gegen Schädlinge und Krankheiten zu bewerten.

Evolutionsbiologin und Genetikerin

Biologin oder Genetikerin? Als Evolutionsbiologin ist Caicedo beides. Sie erklärt, dass die Domestikation ein Beispiel für einen evolutionären Prozess ist. Ausgehend von Wildpflanzen übt der Mensch einen Selektionsdruck auf diese aus, oft auf attraktive Eigenschaften, und nach vielen Generationen entstehen domestizierte Pflanzen. Mit einer Sache beginnen und mit einer anderen enden … das ist Evolution und das ist ihre Leidenschaft. Damit es zu evolutionären Veränderungen kommt, muss es während des gesamten Prozesses zu genetischen Veränderungen kommen. Ein Ergebnis der Domestizierung ist, dass sich die Pflanzen an die kultivierte Umgebung anpassen, d. h. sich darauf einstellen. Auch domestizierte Pflanzen müssen sich ständig weiterentwickeln. Der Klimawandel ist ein dramatisches Beispiel für eine der wahrscheinlichen Umweltveränderungen, an die sich Pflanzen anpassen müssen.

Wenn Forscher große Fragen darüber stellen, wie sich Pflanzen entwickelt haben, stellen sie eine Verbindung zwischen den Merkmalen und der Genetik her, d. h. dem Inhalt der DNA. Informationen aus der DNA werden verwendet, um zu verstehen, wie verschiedene Pflanzengruppen und -populationen miteinander verwandt sind und wie sie sich diversifizieren. Die DNA bestimmt auch, welche Eigenschaften verschiedene Pflanzen haben. Auf die Frage, woher die Tomate stammt, antwortet Caicedo: „Alle Wildtomaten stammen aus dem westlichen Südamerika. Es gibt nur 13 Arten von Wildtomaten, die in verschiedenen Lebensräumen in Chile, Peru, Ecuador und auf den Galapagosinseln vorkommen. Die Galapagos-Inseln sind ein schönes Beispiel dafür, wie vielfältig Tomatenarten sein können; diese rein wilden Arten sind eng mit der winzigen roten Solanum pimpinellifolium verwandt, aber seit Jahrtausenden von ihr getrennt, was zu vielen unterschiedlichen Merkmalen geführt hat.“ Forscher haben nun die Möglichkeit, erwünschte Gene zu verändern: Man kann sich das so vorstellen, als würde man eine DNA-Schere benutzen, um sie aus einer Sorte herauszuschneiden und in eine andere einzufügen. Das ist wie Evolution in Warp-Geschwindigkeit.

Warum ist Vielfalt so wichtig? Caicedo sagt: „Wilde Arten haben nützliche und wünschenswerte Eigenschaften. Einige sind salztolerant, was sehr nützlich sein könnte, da unsere Böden immer ärmer werden. Einige sind trockenheitstolerant, was angesichts des globalen Klimawandels besonders wichtig ist. Kältetolerante Arten, wie einige Wildtomaten, die in den Anden wachsen, werden inzwischen als Wurzelstöcke verwendet.

„Eine faszinierende Tomate, die in South Deerfield in großer Zahl wächst, hat einen ungewöhnlich behaarten Stamm. Diese Art (Solanum habrochaites) stellt Chemikalien zur Insektenbekämpfung her und wird als Wurzelstock verwendet, weil sie auch unter rauen, kalten Bedingungen überleben kann.“

„Ein weiterer wichtiger Grund für die Erforschung von Wildtomaten ist es, die verschiedenen Merkmale zu verstehen und herauszufinden, welche für den Anbau im Nordosten der USA nützlich sind.

Tomatenforschung auf dem Prüfstand

Zurück in South Deerfield arbeitet Barnett in seinem Hochtunnel zwischen blühenden Tomatenpflanzen, die fast doppelt so hoch sind wie der hochgewachsene Forscher. Obwohl die Pflanzen im Hochtunnel gut gedeihen, wird der nächste Schritt darin bestehen, zu prüfen, ob sie auch draußen in einer natürlichen Umgebung wachsen können. Er arbeitet mit einer Reihe von Wildarten mit unterschiedlichen Wachstumsanforderungen aus verschiedenen Lebensräumen in Südamerika. Einige sind an Wüstenbedingungen angepasst, andere gedeihen in extrem kalten Umgebungen. Inseltomaten gedeihen in sehr karger Vegetation, und eine Handvoll Arten sind an Wälder angepasst. Sie alle bei Laune zu halten ist nicht trivial. Seine Forschung könnte sich letztendlich als nützlich für die Landwirtschaft in Neuengland erweisen.

Barnett erforscht auch die Produktion von Alkaloiden (eine Kategorie von Drogen, wie Koffein) in Tomaten. Alle Pflanzen dieser Familie produzieren Alkaloide (zur „Familie“ gehören auch Kartoffeln und Auberginen). Von besonderer Bedeutung ist das von der Tomate produzierte Alkaloid Tomatin. Tomatin schützt die Früchte vor Pilzen, und Barnett untersucht, wie sich der Tomatingehalt von Art zu Art unterscheidet und ob es eine Beziehung zwischen dem Tomatingehalt in den Blättern der Pflanzen und in ihren Früchten gibt.

Schließlich untersucht er, wie sich die Farbe der Früchte im Laufe der Evolution der Tomate verändert hat: Warum sind manche Früchte rot, andere orange oder gelb und wieder andere grün, wenn sie reif sind. Dies könnte Aufschluss darüber geben, wie die Samen von Tieren verbreitet werden (Vögel fühlen sich von roten Früchten mehr angezogen als Nagetiere von gelben, so dass die Samen unterschiedlich verbreitet werden). Zucker- und Wassergehalt sind Merkmale, die die Verbreitung durch Tiere beeinflussen können.

Der rote Faden, der sich durch die Forschung von Caicedo und Barnett zieht, ist das Verständnis der Tomatenvielfalt und die Suche nach anderen Verwendungsmöglichkeiten. So wurden beispielsweise Krankheitsresistenzgene aus verschiedenen Wildarten in die kultivierten Tomaten gezüchtet, die wir in Supermärkten kaufen. Vor Jahrzehnten wurde die maschinelle Ernte von domestizierten Tomaten durch die Züchtung eines Merkmals ermöglicht, das bei wilden Galapagos-Tomaten gefunden wurde und das es ermöglicht, die Früchte ohne Stiel von der Pflanze zu ziehen.

Caicedo bemerkte: „Ich möchte wissen, wie sich die Tomatenarten an ihre verschiedenen Umgebungen angepasst haben und wie sie sich verändert haben. Jede riesige kultivierte Tomate stammt ursprünglich von bezaubernden kleinen Tomaten ab. Das finde ich faszinierend.“ Die wichtige Tomatenforschung wird weitergehen, denn die Tomate hat sich zu einer der begehrtesten und am häufigsten gegessenen Früchte entwickelt. Aber mit der DNA-Forschung und anderen Technologien, die heute zur Verfügung stehen, wird es wahrscheinlich nicht 6.000 Jahre dauern, bis das nächste große Kapitel geschrieben ist.

– University of Massachusetts Amherst

Foto ganz oben: Jacob Barnett im Gewächshaus mit großen Tomatenpflanzen.