Mining a tomato core collection for resistance to TSWV, ToMV and Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici

Tomaten gehören zu den beliebtesten Lebensmitteln der Welt; sie werden in fast jedem Land angebaut und über Ozeane hinweg gehandelt. Doch trotz ihrer kulinarischen Bedeutung stehen die Pflanzen unter ständigem Beschuss. Sie sind einem unerbittlichen Trio von Feinden ausgesetzt, das ganze Ernten vernichten kann: Viren, die Blätter in Mosaikmuster verwandelt oder sie mit nekrotischen Flecken bronzefarben erscheinen lassen, und ein im Boden lebender Pilz, der die Wurzeln erstickt und die Pflanze von unten her welken lässt. Landwirte verlassen sich seit langem darauf, Tomaten mit spezifischen Resistenzgenen zu züchten, die als genetische Schilde gegen diese Eindringlinge dienen. Diese Pathogene sind jedoch klug und entwickeln sich schnell; sie mutieren oft, um einzelne genetische Barrieren zu durchbrechen, was die Kulturpflanze erneut verwundbar macht. Um der Entwicklung einen Schritt voraus zu sein, müssen Pflanzenwissenschaftler über die Standard-Handelsvarietäten hinausblicken und in die weite, vielfältige Geschichte der Tomate selbst eintauchen. Sie müssen nach seltenen, verborgenen Quellen der Resistenz in alten Landsorten, vergessenen Kultivaren und Zuchtlinien suchen, die den Schlüssel zu dauerhaftem Schutz halten könnten.

In einer kürzlich durchgeführten Studie untersuchten Forscher das verborgene Potenzial innerhalb einer kuratierten Sammlung von 204 kultivierten Tomaten-Akzessionen. Dies waren keine wilden Verwandten aus den Anden, sondern eine Mischung aus traditionellen spanischen und italienischen Landsorten, obsoleten Handelsvarietäten und modernen Zuchtlinien. Das Team setzte diese Pflanzen einem strengen Test aus, bei dem sie den drei oben genannten Hauptbedrohungen ausgesetzt wurden: dem Tomato spotted wilt virus, dem Tomato mosaic virus und dem Fusarium-Welkepilz. Das Ziel war einfach, aber entscheidend: zu sehen, welche dieser vielfältigen Pflanzen den Angriff überleben konnten, ohne schwere Symptome zu zeigen, und um die genetischen Mechanismen hinter ihrem Überleben zu verstehen.

Die Ergebnisse des Screenings waren drastisch. Die große Mehrheit der Tomaten erlag den Krankheiten, was die Schwere der Bedrohung bestätigte. Nur ein kleiner Bruchteil der Sammlung erwies sich als wirklich resistent. Konkret hielten nur 15 Akzessionen, also etwa 7,35 Prozent, dem Tomato spotted wilt virus stand. Eine noch kleinere Gruppe, nur 7 Akzessionen (3,40 Prozent), widerstand dem Tomato mosaic virus. Gegen den Pilzwelke zeigten 10 Akzessionen (4,90 Prozent) Resistenz. Trotz dieser niedrigen Zahlen ist die Entdeckung auch nur einer Handvoll resistenter Pflanzen signifikant, da sie aus Hintergründen stammen, die bereits an den Ackerbau angepasst sind, was sie für Zuchtprogramme wesentlich einfacher nutzbar macht als Wildarten.

Um zu verstehen, wie diese Pflanzen überlebten, untersuchten die Forscher deren DNA. Sie prüften auf das Vorhandensein bekannter „Resistenzgene“, die Wissenschaftler in der Vergangenheit bereits identifiziert hatten. Für das Tomato spotted wilt virus fanden sie heraus, dass die meisten resistenten Pflanzen ein spezifisches Gen namens Sw-5b trugen. Ähnlich wurde die Resistenz gegen das Tomato mosaic virus in den meisten Fällen durch das Vorhandensein des Tm-2²-Gens erklärt. Diese Ergebnisse bestätigten, dass die bekannten genetischen Schilde in dieser Sammlung tatsächlich wirkten. Doch die Geschichte endete hier nicht. Die Forscher entdeckten mehrere resistente Pflanzen, die diese bekannten Gene nicht trugen. Beispielsweise widerstand eine traditionelle Sorte namens „Platense“ dem Virus, ohne den erwarteten genetischen Marker zu besitzen, was darauf hindeutet, dass sie eine andere, vielleicht subtilere Art besitzt, die Infektion zu bekämpfen.

Die Untersuchung ging mittels einer genomweiten Assoziationsstudie tiefer. Diese Methode scannt den gesamten genetischen Code der Pflanzen, um neue Regionen zu finden, die mit der Resistenz verknüpft sein könnten, indem sie nach Mustern sucht, die die bekannten Gene allein nicht erklären konnten. Die Studie fand starke Signale auf den Chromosomen 9 und 12 für die Viren sowie auf Chromosom 11 für den Pilz. Diese Signale wiesen auf neue Bereiche des Genoms hin, die wahrscheinlich zusätzliche Resistenzfaktoren enthalten. Für die Pilzwelke war die Situation besonders interessant. Keine der resistenten Pflanzen trug das am häufigsten verwendete Gen zur Bekämpfung dieser spezifischen Pilzart, und die genetischen Scans deuteten nicht auf eine einzige, offensichtliche Ursache hin. Dies legt nahe, dass die Resistenz in diesen Pflanzen ein komplexes, quantitatives Merkmal sein könnte, das auf vielen kleinen genetischen Effekten beruht, die zusammenwirken, anstatt auf einem einzelnen, starken Schild.

Vielleicht der wertvollste Fund war, dass einige der resistenten Pflanzen „Multitasker“ waren. Drei spezifische Akzessionen wurden gefunden, die gleichzeitig gegen alle drei Pathogene resistent waren. Eine dieser Akzessionen, eine Zuchtlinie, trug mehrere bekannte Resistenzgene, während andere die Resistenz ohne die erwarteten genetischen Marker zeigten. Diese Kombination von Merkmalen ist eine Goldgrube für Züchter. Es bedeutet, dass sie potenziell diese Resistenzen kombinieren können, um neue Tomatensorten zu erschaffen, die gegen mehrere Krankheiten gleichzeitig robust sind.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass resistente Tomaten in kultivierten Sammlungen zwar selten sind, sie aber existieren und oft in Landsorten und Zuchtlinien direkt vor Augen liegend verborgen sind. Die Forschung bestätigt, dass die bekannten Gene wie Sw-5b und Tm-2² zwar die primären Verteidiger sind, aber nicht die ganze Geschichte erzählen. Es gibt andere, weniger verstandene genetische Mechanismen, die Schutz bieten, wenn die Hauptverteidigungen versagen. Indem sie diese seltenen, resilienten Pflanzen und die einzigartigen genetischen Werkzeuge identifizieren, die sie besitzen, haben Wissenschaftler einen Fahrplan für die Entwicklung zukünftiger Tomatensorten erstellt, die den sich entwickelnden Druck der Krankheiten standhalten können, um sicherzustellen, dass dieses globale Grundnahrungsmittel produktiv und sicher bleibt.