Hoewel tomaten botanisch gezien een bes zijn, een soort fruit, worden deze ronde rode (of oranje) lekkernijen voor culinaire doeleinden beschouwd als groenten vanwege hun hartige smaak. Hoe je ze ook snijdt, in plakjes of blokjes snijdt, het is een ongewoon veelzijdige vrucht. Tomatenfestivals, ravotten en proeverijen worden gehouden in meer dan de helft van alle Amerikaanse staten en internationaal. Ira en George Gershwin vereeuwigden zelfs de dubbele uitspraak van tomaat in hun liedje Let’s Call the Whole Thing Off uit 1937: “…You like tomato and I like tomahto.” Dus wat kunnen we nog meer over ze te weten komen? Heel veel, zo blijkt.

Tomatenproblemen en transformaties

Pest, omgevingsstress en ziekten teisteren deze vrucht al millennia. Vroege en late meeldauw (blossom drop), anthracnose, andere schimmels en abiotische stress (blossom end rot en yellow shoulder) zijn enkele van de vele problemen waarmee de nobele tomaat wordt geconfronteerd.

Die perfect rode, smakelijke zomertomaat is geen tomaat die in zijn oorspronkelijke staat is geteeld. Als je de klok zo’n 6000 jaar terug zou zetten en een tomaat van de tros zou plukken voordat de mens hem domesticeerde, zou je in Ecuador of Peru wel eens kleine wilde tomaten kunnen gaan eten. Technisch gezien is de directe wilde voorouder van de gecultiveerde tomaat de Solanum pimpinellifolium. Deze kleine vruchtjes zijn nauw verwant aan de moderne tomaten die je koopt op boerenmarkten, in je CSA-tas of in kruidenierswinkels, maar ze zijn veel kleiner, zoals een heel klein kerstomaatje. Tegenwoordig zijn sommige van onze grote rode tamme tomaten (zoals ‘Iron Lady’ en ‘Defiant’) genetisch geselecteerd op ziekteresistentie, maar ze hebben niet altijd de beste smaak of textuur. Is er een mogelijkheid om te selecteren op resistentie tegen ziekten en plagen en tegelijkertijd de smaak en het uiterlijk te verbeteren? Professor Ana Caicedo en promovendus Jake Barnett denken dat die mogelijkheid er heel goed kan zijn.

Een moeder en kind reünie?

De evolutie van wilde tomaten heeft de interesse gewekt van UMass Amherst afgestudeerde student Jacob ‘Jake’ Barnett. Zijn zomeronderzoek in 2019 heeft plaatsgevonden in een nieuwe hoge tunnelkas op de Crop and Animal Research and Education Farm van de universiteit in South Deerfield. Barnett is vooral geïnteresseerd in twee onderwerpen: de levensvatbaarheid van het kweken van Zuid-Amerikaanse tomaten in Massachusetts en hun insectenresistentie.

Dus hoe kom je aan, plant en bestudeer je wilde zaden die steeds moeilijker te vinden zijn in het wild? Barnett nam contact op met de zaadbank van de Universiteit van Californië in Davis, die bekend staat om zijn verzameling wilde soorten en mutanten die voor onderzoek worden gebruikt. Vanaf de jaren 1940 verzamelde en bewaarde een bijzonder vooruitstrevende onderzoeker, Charley Rick, zaden van wilde tomatensoorten, die allemaal afkomstig waren uit Zuid-Amerika. Deze voorouderlijke tomatensoorten bezitten gezamenlijk genen die zorgen voor een natuurlijke genetische afweer tegen schadelijke organismen of voor het vermogen om verschillende soorten stress te verdragen. Na duizenden jaren van veredeling hebben onze gedomesticeerde tomaten, die werden gekweekt op kleur en grootte, hun natuurlijke vermogen om ongedierte te weerstaan verloren. Barnett heeft in samenwerking met professor Caicedo de hoge tunnel gevuld met 280 gezonde tomatenlijnen die hij uit 40 zaadsoorten heeft gekweekt.

Caicedo is de ideale onderzoeker om Barnett te adviseren vanwege haar langdurige belangstelling voor de eigenschappen van deze wilde planten. In 2003 promoveerde ze aan de Washington University in St. Louis, waar haar onderzoek zich richtte op de populatiegenetica van ziekteresistentiegenen in wilde tomaten.

Barnetts doel is om wilde tomatensoorten en twee commerciële variëteiten in kaart te brengen, waarbij hun vermogen om te groeien onder Massachusetts-condities en hun potentiële resistentie tegen plagen en ziekten worden geëvalueerd.

Evolutionair bioloog en geneticus

Bioloog of geneticus? Als evolutiebiologe is Caicedo beide. Ze legt uit dat domesticatie een voorbeeld is van een evolutionair proces. Beginnend met wilde planten, oefent de mens daarop selectieve druk uit, vaak voor aantrekkelijke eigenschappen, en na vele generaties eindigt dat met gedomesticeerde planten. Beginnen met het ene en eindigen met het andere … dat is evolutie en het is haar passie. Om evolutionaire veranderingen te laten plaatsvinden, moeten er gedurende het proces genetische veranderingen zijn. Een resultaat van domesticatie is dat planten aangepast raken, dat wil zeggen, aangepast raken aan de gecultiveerde omgeving. Gedomesticeerde planten moeten zich nog steeds blijven ontwikkelen. Klimaatverandering is een dramatisch voorbeeld van een van de waarschijnlijke veranderingen in het milieu waaraan planten zich moeten aanpassen.

Wanneer onderzoekers grote vragen stellen over hoe planten zijn geëvolueerd, leggen zij een verband tussen eigenschappen en genetica, dat wil zeggen, de DNA-inhoud. Informatie uit het DNA wordt gebruikt om te begrijpen hoe verschillende plantengroepen en -populaties verwant zijn en hoe ze diversifiëren. DNA bepaalt ook welke kenmerken verschillende planten hebben. Op de vraag waar tomaten vandaan komen, antwoordt Caicedo: “Alle wilde tomaten komen uit het westen van Zuid-Amerika. Er zijn slechts 13 soorten wilde tomaten die voorkomen in verschillende habitats in Chili, Peru, Ecuador en de Galapagos Eilanden. De Galapagos vormen een prachtig voorbeeld van hoe divers tomatensoorten kunnen zijn; deze zuiver wilde soorten zijn nauw verwant aan de kleine rode Solanum pimpinellifolium, maar zijn er millennia lang van gescheiden geweest, wat tot veel verschillende eigenschappen heeft geleid.” Onderzoekers hebben nu de mogelijkheid om gewenste genen te bewerken: je kunt het zien als het gebruik van een DNA-schaar om het uit de ene soort te knippen en het in een andere soort in te brengen. Het is als evolutie in warpsnelheid.

Waarom is diversiteit zo belangrijk? Caicedo zegt: “Wilde soorten herbergen nuttige en gewenste eigenschappen. Sommige zijn zouttolerant, wat heel nuttig kan zijn nu onze bodem armer wordt. Sommige zijn droogtetolerant, vooral belangrijk met de wereldwijde klimaatverandering. Koudtolerante soorten, zoals enkele wilde tomaten die in het Andesgebergte groeien, worden nu gebruikt als wortelstokken.

“Een fascinerende tomaat die in South Deerfield overvloedig groeit, heeft een ongewone behaarde stengel. Deze soort (Solanum habrochaites) maakt chemische stoffen tegen insecten en is gekozen als onderstam omdat hij ook in barre, koude omstandigheden kan overleven.

“Dus het begrijpen van de verschillende eigenschappen die er bestaan en proberen uit te vinden welke bruikbaar zijn voor de teelt in het noordoosten van de VS, is een andere dwingende reden om onderzoek te doen naar wilde tomaten. We leggen de basis voor richtingen waarin we verder kunnen gaan.”

Diepen in tomatenonderzoek

Terug in South Deerfield in zijn hoge tunnel, werkt Barnett tussen bloeiende tomatenplanten, bijna twee keer zo hoog als deze lange onderzoeker. Hoewel de planten het goed doen in een hoge tunnel, zal de volgende stap zijn om te zien of ze buiten in een natuurlijke omgeving kunnen groeien. Hij werkt met een reeks wilde soorten met verschillende groeivereisten uit verschillende habitats in Zuid-Amerika. Sommige zijn aangepast aan woestijnomstandigheden, andere gedijen in extreem koude omgevingen. Eilandtomaten groeien met zeer schaarse vegetatie, en een handvol soorten is aangepast aan bossen. Ze allemaal tevreden houden is niet triviaal. Zijn onderzoek zou uiteindelijk nuttig kunnen blijken voor de landbouw in New England.

Barnett onderzoekt ook de produktie van alkaloïden (een categorie geneesmiddelen, zoals cafeïne) in tomaten. Alle planten in deze familie produceren alkaloïden (de “familie” omvat ook aardappelen en aubergine). Van bijzonder belang is tomatine, de alkaloïde die door tomaten wordt geproduceerd. Tomatine beschermt de vruchten tegen schimmels en Barnett onderzoekt hoe het tomatinegehalte verschilt van soort tot soort en of er een verband bestaat tussen het tomatinegehalte in de bladeren van planten en in hun vruchten.

Ten slotte onderzoekt hij hoe de vruchtkleuren tijdens de evolutie van de tomaat zijn veranderd: waarom sommige vruchten rood zijn, andere oranje of geel en weer andere groen zijn wanneer ze rijp zijn. Dit kan licht werpen op de manier waarop zaden door dieren worden verspreid (vogels voelen zich meer aangetrokken tot rood, terwijl knaagdieren zich meer aangetrokken voelen tot geel, zodat zaden op verschillende manieren worden verspreid). Suiker en watergehalte zijn kenmerken die van invloed kunnen zijn op de verspreiding door dieren.

De rode draad in het onderzoek van Caicedo en Barnett is het begrijpen van de diversiteit van tomaten en het vinden van andere toepassingen ervan. Zo zijn bijvoorbeeld genen voor ziekteresistentie van verschillende wilde soorten ingebouwd in de gekweekte tomaten die we in de supermarkt kopen. Decennia geleden werd de gemechaniseerde oogst van tamme tomaten mogelijk gemaakt door het veredelen van een eigenschap die in wilde Galapagos-tomaten werd aangetroffen en die het mogelijk maakt vruchten van de plant te trekken zonder dat er een steel aan zit.

Caicedo merkte op: “Ik wil weten hoe tomatensoorten zich aan hun diverse omgevingen hebben aangepast en verschillend zijn geworden. Elke reusachtige gekweekte tomaat is oorspronkelijk ontstaan uit schattige kleine tomaatjes. Dat vind ik fascinerend.” Belangrijk tomatenonderzoek zal doorgaan, aangezien de tomaat is geëvolueerd tot een van de meest begeerde en meest gegeten vruchten. Maar met DNA-onderzoek en andere technologieën die vandaag beschikbaar zijn, zal het waarschijnlijk geen 6.000 jaar duren voor het volgende grote hoofdstuk geschreven is.

– University of Massachusetts Amherst

Foto bovenaan: Jacob Barnett in de kas met hoge tomatenplanten.