Although tomatoes are botanically a berry, a kind of fruit, these round red (or orange) delights are considered to be vegetables for culinary purposes because of their savory flavor. Jakikolwiek sposób cięcia, plasterki lub kostki to niezwykle wszechstronny owoc. Festiwale, zabawy i degustacje pomidorów odbywają się w ponad połowie wszystkich stanów USA i na całym świecie. Ira i George Gershwinowie uwiecznili nawet podwójną wymowę słowa pomidor w swojej piosence z 1937 roku „Let’s Call the Whole Thing Off”: „…You like tomato and I like tomahto”. Więc czego więcej możemy się o nich dowiedzieć? Okazuje się, że bardzo dużo.

Kłopoty i przemiany pomidora

Zarazy, stres środowiskowy i choroby nękają ten owoc od tysiącleci. Wczesna i późna zaraza, opadanie kwiatów i antraknoza, a także inne powszechne grzyby i stresy abiotyczne (zgnilizna końcówek liści i żółta łopatka) to tylko niektóre z wielu problemów, z jakimi boryka się szlachetny pomidor.

Ten idealnie czerwony, smaczny pomidor z lata nie jest pomidorem uprawianym w stanie, w jakim znajdował się u swoich przodków. Gdybyś chciał cofnąć czas o 6000 lat i zerwać pomidora z winorośli, zanim człowiek zaczął próbować go udomowić, mógłbyś trafić do Ekwadoru lub Peru, gdzie jadłbyś małe dzikie pomidory. Technicznie rzecz biorąc, bezpośrednim dzikim przodkiem uprawianego pomidora jest Solanum pimpinellifolium. Te małe owoce są bliskim krewnym współczesnych pomidorów, które można kupić na targu, w torbie CSA lub w sklepie spożywczym, ale są o wiele mniejsze, jak maleńkie pomidorki koktajlowe. Obecnie niektóre z naszych dużych, czerwonych, udomowionych pomidorów (takie jak 'Iron Lady’ i 'Defiant’) zostały genetycznie wyselekcjonowane pod kątem odporności na choroby, ale nie zawsze mają najlepszy smak i konsystencję. Czy istnieje możliwość selekcji cech pod kątem odporności na choroby i szkodniki przy jednoczesnej poprawie smaku i wyglądu? Profesor Ana Caicedo i doktorant Jake Barnett uważają, że bardzo dobrze może być.

Połączenie matki i dziecka?

Ewolucja dzikich pomidorów przyciągnęła zainteresowanie absolwenta UMass Amherst Jacob 'Jake’ Barnett. Jego letnie badania w 2019 roku miały miejsce w nowej szklarni z wysokim tunelem w University’s Crop and Animal Research and Education Farm w South Deerfield. Barnett jest szczególnie zainteresowany dwoma tematami: opłacalnością uprawy południowoamerykańskich pomidorów w Massachusetts i ich odpornością na owady.

Więc jak uzyskać, sadzić i badać dzikie nasiona, które są coraz trudniejsze do znalezienia w środowisku naturalnym? Barnett skontaktował się z bankiem nasion na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis, znanym z kolekcji dzikich gatunków i mutantów wykorzystywanych do badań. Począwszy od lat czterdziestych ubiegłego wieku, szczególnie myślący przyszłościowo badacz, Charley Rick, zbierał i przechowywał nasiona dzikich gatunków pomidorów, z których wszystkie pochodzą z Ameryki Południowej. Ci przodkowie gatunków pomidorów posiadają geny, które zapewniają naturalną genetyczną obronę przed szkodnikami lub zdolność do tolerowania różnych rodzajów stresu. Po tysiącach lat hodowli nasze udomowione pomidory, hodowane ze względu na kolor i rozmiar, utraciły swoją naturalną zdolność do odporności na szkodniki. Barnett, współpracując z profesor Caicedo, wypełnił wysoki tunel 280 zdrowymi liniami pomidorów, które wyhodował z 40 odmian nasion.

Caicedo jest idealnym badaczem doradzającym Barnettowi ze względu na jej wieloletnie zainteresowanie atrybutami tych dzikich roślin. W 2003 roku otrzymała tytuł doktora na Washington University w St. Louis, gdzie jej badania skupiały się na genetyce populacyjnej genów odporności na choroby w dzikich pomidorach.

Celem Barnetta jest zbadanie dzikich gatunków pomidorów i dwóch odmian komercyjnych, oceniając ich zdolność do wzrostu w warunkach Massachusetts i ich potencjalną odporność na szkodniki i choroby.

Biolog ewolucyjny i genetyk

Biolog czy genetyk? Jako biolog ewolucyjny, Caicedo jest jednym i drugim. Wyjaśnia, że udomowienie jest przykładem procesu ewolucyjnego. Zaczynając od dzikich roślin, ludzie wywierają na nie presję selektywną, często dla atrakcyjnych cech, i po wielu pokoleniach kończą z udomowionymi roślinami. Zaczynając od jednej rzeczy, a kończąc na innej… to jest właśnie ewolucja i to jest jej pasja. Aby zmiany ewolucyjne mogły zachodzić, w całym procesie muszą zachodzić zmiany genetyczne. Efektem udomowienia jest dostosowanie się roślin do środowiska, w którym są uprawiane. Udomowione rośliny nadal muszą ewoluować. Zmiany klimatyczne są dramatycznym przykładem jednej z prawdopodobnych zmian środowiskowych, do których rośliny muszą się dostosować.

Gdy badacze zadają poważne pytania o to, jak rośliny ewoluowały, łączą cechy z genetyką, czyli zawartością DNA. Informacje z DNA są wykorzystywane do zrozumienia, jak różne grupy roślin i populacje są powiązane i jak się różnicują. DNA określa również, jakie cechy mają różne rośliny. Na pytanie skąd pochodzą pomidory, Caicedo odpowiada: „Wszystkie dzikie pomidory pochodzą z zachodniej części Ameryki Południowej. Istnieje tylko 13 gatunków dzikich pomidorów występujących w różnych siedliskach w Chile, Peru, Ekwadorze i na Wyspach Galapagos. Galapagos stanowią piękny przykład tego, jak różnorodne mogą być gatunki pomidorów; te czysto dzikie gatunki są blisko spokrewnione z maleńkimi czerwonymi Solanum pimpinellifolium, ale zostały od nich oddzielone przez tysiąclecia, co doprowadziło do powstania wielu różnych cech.” Naukowcy mają teraz możliwość edycji pożądanych genów: można o tym myśleć jak o użyciu nożyczek DNA, aby wyciąć je z jednej odmiany i wstawić do innej. To jak ewolucja w tempie warp.

Dlaczego różnorodność jest tak ważna? Caicedo mówi: „Dzikie gatunki posiadają przydatne i pożądane cechy. Niektóre z nich są odporne na sól, co może być bardzo przydatne, gdy nasze gleby stają się uboższe. Niektóre są odporne na suszę, co jest szczególnie ważne w obliczu globalnych zmian klimatycznych. Gatunki odporne na zimno, takie jak kilka dzikich pomidorów rosnących w Andach, zaczęły być wykorzystywane jako podkładki.

„Jeden fascynujący pomidor rosnący obficie w South Deerfield posiada niezwykłą owłosioną łodygę. Ten gatunek (Solanum habrochaites) wytwarza substancje chemiczne przeciwko owadom i został wybrany na podkładkę, ponieważ może przetrwać również w trudnych, zimnych warunkach.

„Tak więc zrozumienie różnych istniejących cech i próba ustalenia, które z nich są przydatne do uprawy w środowisku północno-wschodnich Stanów Zjednoczonych, jest kolejnym ważnym powodem do badań nad dzikimi pomidorami. Kładziemy podwaliny pod kierunki, w których możemy podążać.”

Głębiąc się w badania nad pomidorami

Z powrotem w South Deerfield, w swoim wysokim tunelu, Barnett pracuje wśród kwitnących roślin pomidorów, prawie dwa razy wyższych od tego wysokiego badacza. Chociaż rośliny kwitną w wysokim tunelu, następnym krokiem będzie sprawdzenie, czy mogą rosnąć na zewnątrz w naturalnym środowisku. Badacz pracuje z wieloma dzikimi gatunkami o różnych wymaganiach dotyczących wzrostu, pochodzącymi z różnych środowisk w Ameryce Południowej. Niektóre z nich są przystosowane do warunków pustynnych, inne rozwijają się w ekstremalnie zimnym środowisku. Wyspiarskie pomidory rosną przy bardzo skąpej roślinności, a kilka gatunków przystosowanych jest do życia w lasach. Utrzymanie ich wszystkich w szczęściu nie jest trywialne. Jego badania mogą ostatecznie okazać się przydatne dla rolnictwa w Nowej Anglii.

Barnett bada również produkcję alkaloidów (kategoria leków, jak kofeina) w pomidorach. Wszystkie rośliny z tej rodziny wytwarzają alkaloidy (do „rodziny” należą też ziemniaki i bakłażan). Szczególnie istotna jest tomatina, alkaloid wytwarzany przez pomidory. Tomatina chroni owoce przed grzybami, a Barnett bada sposoby, w jakie zawartość tomatiny różni się między gatunkami i czy istnieje związek między zawartością tomatiny w liściach roślin i w ich owocach.

Wreszcie, ocenia, jak kolory owoców zmieniły się podczas ewolucji pomidora: dlaczego niektóre owoce są czerwone, inne pomarańczowe lub żółte, a niektóre są zielone, gdy są dojrzałe. To może rzucić światło na to, jak nasiona są rozprzestrzeniane przez zwierzęta (ptaki są bardziej przyciągane do czerwonego, podczas gdy gryzonie do żółtego, więc nasiona są rozprzestrzeniane inaczej). Cukier i zawartość wody to cechy, które mogą wpływać na dyspersję zwierząt.

Wątek, który oplata całe badania Caicedo i Barnetta to zrozumienie różnorodności pomidorów i znalezienie innych zastosowań dla niego. Na przykład, geny odporności na choroby z kilku dzikich gatunków zostały wyhodowane w uprawianych pomidorach, które kupujemy w supermarketach. Dziesiątki lat temu, zmechanizowane zbiory udomowionych pomidorów stały się możliwe dzięki hodowli cechy znalezionej w dzikich pomidorach z Galapagos, która pozwala na ściągnięcie owoców z rośliny bez dołączonej łodygi.

Caicedo zauważył: „Chcę wiedzieć, jak gatunki pomidorów dostosowały się do swoich różnorodnych środowisk i stały się inne. Każdy gigantyczny uprawiany pomidor pierwotnie pochodzi od uroczych malutkich pomidorków. Uważam, że to fascynujące.” Ważne badania nad pomidorami będą kontynuowane, ponieważ ewoluowały one, stając się jednym z najbardziej pożądanych i powszechnie spożywanych owoców. Ale dzięki badaniom DNA i innym dostępnym dziś technologiom, prawdopodobnie nie minie 6 000 lat, zanim zostanie napisany kolejny wielki rozdział.

– University of Massachusetts Amherst

Zdjęcie u góry: Jacob Barnett w szklarni z wysokimi roślinami pomidorów.

.