Pan-genoom onthult ongeveer 5.000 voorheen niet gedocumenteerde tomatengenen

Moleculair-bioloog James Giovannoni van het ARS Plant, Soil & Nutrition Research Laboratory en bio-informatica wetenschapper Zhangjun Fei van BTI, beide in Ithaca, New York, zijn klaar met de constructie van het pan-genoom voor de gekweekte tomaat en de wilde verwanten, waarbij bijna 5.000 voorheen ongedocumenteerde genen in kaart zijn gebracht.

Een genoom is een biologische kaart van de genen van een organisme en hun functies. Maar een genoom is meestal van één enkele soort, die dan als referentiegenoom voor de rest van de soort fungeert. Dit pangenoom omvat alle genen van 725 verschillende gekweekte en nauw verwante wilde tomaten, die 4.873 genen aan het licht brachten die in het oorspronkelijke referentiegenoom ontbraken.

Terwijl geteelde tomaten een breed scala aan fysieke en metabolische variatie vertonen, zijn er tijdens de domesticatie en veredeling van de tomaten een aantal ernstige knelpunten geweest. Dit betekent dat de tomaten van vandaag een smalle genetische basis hebben. Het pan-genoom helpt bij het identificeren van de extra genen die naast de referentie beschikbaar zijn voor veredeling en verbetering van de gewassen.

Een herschreven gen in Endless Summer-tomaten beïnvloedt de rijping om een betere smaak en houdbaarheid te geven. Foto door Jack Dykinga.

Tegenwoordig hebben veredelaars zich geconcentreerd op eigenschappen zoals opbrengst, houdbaarheid, ziektebestendigheid en stressbestendigheid. Dit zijn eigenschappen die economisch belangrijk zijn voor telers. Tomaten zijn een van de meest gegeten groenten (hoewel ze botanisch gezien eigenlijk fruit zijn) met een wereldwijde jaarlijkse productie van 182 miljoen ton en een waarde van meer dan 60 miljard dollar.

De Amerikaanse tomatenconsumptie per hoofd van de bevolking bedroeg 20,3 pond voor verse tomaten in 2017, plus 73,3 pond extra verwerkte tomaten per persoon. De tomaten zijn de tweede meest geconsumeerde groente in de Verenigde Staten na aardappelen.

"Een van de belangrijkste ontdekkingen van de constructie van dit pangenoom is een zeldzame vorm van een gen met het label TomLoxC, die vooral verschilt in de versie van zijn DNA-genpromotor. Het gen beïnvloedt de fruitsmaak door de biosynthese te katalyseren van een aantal lipide (vet)-betrokken vluchtige bestanddelen die gemakkelijk verdampen en bijdragen aan het aroma," legt Giovannoni uit.

Bovendien vonden de onderzoekers een nieuwe functie van TomLoxC. Het vergemakkelijkt ook de productie van een groep apocarotenoïden (organische chemicaliën afgeleid van carotenoïden, waaronder vitamine A-precursoren) die werken als signaalmoleculen en een verscheidenheid aan reacties in planten, waaronder omgevingsstress, beïnvloeden. De verbindingen hebben ook een verscheidenheid aan bloemen- en fruitige geuren die belangrijk zijn voor de tomatensmaak.

De zeldzame versie van TomLoxC werd gevonden in slechts 2 procent van de oudere of oorspronkelijk geteelde grote tomatenrassen, hoewel deze wel aanwezig was in 91 procent van de wilde tomaten van currantgrootte, voornamelijk Solanum pimpinellifolium, de wilde voorganger van de geteelde tomaat. Het wordt steeds gebruikelijker in nieuwere rassen.

"Het lijkt erop dat er in het begin van de domesticatie van tomaten een sterke selectiedruk tegen of in ieder geval geen selectie voor de aanwezigheid van deze versie van TomLoxC kan zijn geweest," voegde Giovannoni eraan toe. "De toename van deze vorm in moderne tomaten weerspiegelt waarschijnlijk de hernieuwde belangstelling van de telers voor een betere smaak."

Met de beschikbaarheid van dit brede scala aan specifieke genetische informatie zouden telers in staat moeten zijn om snel te werken aan het vergroten van de smaak van in massa geproduceerde en verkochte tomaten, met behoud van de eigenschappen die ze tot een economisch voordelig gewas maken.

"Deze nieuwe genen die uit het tomatenpangenoom werden ontdekt, voegen substantiële informatie toe aan het tomatengenoomrepertoire en bieden extra mogelijkheden voor verbetering. De aan- en afwezigheidsprofielen van deze genen in verschillende tomatenpopulaties hebben een belangrijk licht geworpen op de manier waarop de menselijke selectie van de gewenste eigenschappen het tomatengenoom een nieuwe vorm heeft gegeven," aldus Fei.

De wetenschappers verwachten dat de toevoeging van bijna 5.000 genen aan het tomatengenoomrepertoire extra mogelijkheden voor verbetering zal bieden, aangezien hun rol in de tomatenbiologie en de kwaliteit van het fruit wordt bepaald.

Bron: USDA ARS (Kim Kaplan)


Publicatiedatum:


print   

Ook onze nieuwsbrief ontvangen? | Klik hier


Ander nieuws uit deze sector:


© GroentenNieuws.nl 2019

Schrijf je in voor onze dagelijkse nieuwsbrief om al het laatste nieuws direct per e-mail te ontvangen!

Inschrijven Ik ben al ingeschreven