Hoe veredelen de samenstelling en smaak van tomaten heeft beïnvloed

Het kweken en de cultivatie van planten is de basis van de huidige levensstijl van mensen. Maar hoe hebben mensen planten en hun chemische samenstelling beïnvloed? Onderzoekers uit China, de VS, Bulgarije en Duitsland, waaronder Alisdair Fernie van het Max Planck Instituut van Moleculaire Plant Fysiologie (MPI-MP) in Potsdam, vroegen zich dit ook af en hebben in hun onderzoek tomaten gedetailleerd geanalyseerd. Het doel van hun onderzoek was om nieuwe inzichten te verkrijgen over het kweken van tomaten en de consequenties die dit heeft. De onderzoekers hebben de metabolische samenstelling en genetische achtergrond van de tomaten geanalyseerd en voor het eerste keer ooit een overzicht van de menselijke invloed op de chemische samenstelling van een gewas gepubliceerd. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het blad Cell.

Tomaten en hun wilde familieleden 
Oorspronkelijk komen tomaten uit Zuid- en Midden-Amerika, waar de Maya's de gewassen cultiveerden. De oorsprong van hun wilde familieleden ligt in Andes. Hier hebben wilde tomaten kleine en gedeeltelijk bitter smakende of zelfs giftige bessen. Tomaten behoren tot de nachtschade familie (Solanaceae), waar ook bijvoorbeeld aardappelen en paprika's bij horen. Zogenoemde alkaloïden zijn verantwoordelijk voor de bitter smakende/giftige bestandsdelen. De plant gebruikt deze om zichzelf te beschermen tegen herbivoren en pathogenen. Door domesticatie en moderne kweekprogramma's zijn de bitter smakende bestandsdelen van de tomaat gereduceerd en zijn de grotere stukken geselecteerd. 

Genetische vererving is een complex proces en het kweken van planten met alleen hun beste eigenschappen is een moeilijke opgave. De reden hiervoor is dat goede kenmerken, zoals de grootte, beïnvloed wordt door meerdere genen. Daarnaast kunnen er meerdere versies van een gen bestaan in een levend organisme. De DNA code van genen kunnen daarom op verschillende manieren in elkaar zitten, zodat de kenmerken uiteindelijk ook verschillend kunnen zijn. Daarnaast worden kwalitatieve kenmerken niet alleen beïnvloed door genen en hun verschillende versies, maar ook door het milieu waarin, bijvoorbeeld, een bloem of gewas groeit. 

Nieuwe methodes in plantenonderzoek zorgen voor diepgaande analyse van kweekresultaten
Als we weer teruggaan naar tomaten, is het niet moeilijk om na te gaan dat het kweken van grotere tomaten samen moet gaan met andere veranderingen in de plant. De grootte moest niet alleen beïnvloed worden door het aantal cellen te vergroten, maar ook de chemische samenstelling moest veranderd worden. 

De vergelijking van wilde en gecultiveerde tomaten is hier zeer belangrijk, omdat de kleine op bessen lijkende vruchten van de wilde soorten zijn getransformeerd in rode tomaten, die bijna 100 keer zo groot zijn. Het kweekproces heeft de twee voornaamste stadia doorlopen. Ten eerste werden de planten gedomesticeerd en ten tweede werden ze verbeterd. De onderzoekers ontdekten dat deze twee fases een verschillende invloed op de chemische samenstelling bleek te hebben. 

Genomen en metabolieten
Met behulp van een uitgebreide analyse van genomen en metabolieten kon het onderzoeksteam aantonen dat de fase waarin de plant werd verbeterd een sterke invloed op het metaboliet gehalte had. "We hebben tijdens deze kweekfase twee verschillende selectie mechanismes gevonden. Aan de ene kant werd de smaak zo direct gekweekt, omdat alleen de minst bitter smakende vruchten werden geselecteerd. Bovendien kwamen we erachter dat de grootte beïnvloed wordt door metabolieten. Op deze manier werd de smaak indirect gekweekt door de grotere vruchten te selecteren," vertelt Alisdair Fernie. Het lijkt zo te zijn dat deze genomen met elkaar 'meeliften'. Ze zijn gekoppeld aan de genen die verantwoordelijk zijn voor de grootte en worden daarom samen genetisch geërfd. Hier hebben de onderzoekers een directe invloed van grootte op de metabolieten uitgesloten. Het lijkt daarom toeval te zijn dat grotere vruchten beter smakende metabolieten bevatten. 

Het verbeteren van kweekprogramma's 
De data die verzameld is, geeft meer inzicht in de genetische en biochemische controle mechanismes. De kennis die op dit moment beschikbaar is over de chemische samenstelling van tomaten en hun moleculaire biologische verwantschap zou kunnen leiden tot een verbetering van de kwaliteit van de groente. Bovendien kan deze data worden gebruikt in toekomstige studies die de controle mechanismes van het metabolisme van tomaten onderzoeken. 

Bron: Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology