Ein Cornell-Forscher hat ein jahrzehntelanges Programm zur Entwicklung neuer Tomatensorten abgeschlossen, die auf natürliche Weise Schädlingen widerstehen und die Übertragung von Viruserkrankungen durch Insekten begrenzen.
Martha Mutschler-Chu, eine Pflanzenzüchterin und Genetikerin, die das Programm leitet, hat kürzlich einen ersten Satz insektenresistenter Tomatenforschungslinien im Keimplasmasystem des US-Landwirtschaftsministeriums und im Tomato Genetics Resource Center der University of California-Davis hinterlegt, die dies tun werden für jedermann zugänglich sein, um zu Forschungszwecken auf die Pflanzen zuzugreifen.
In diesem Frühjahr wird Mutschler-Chu die Entwicklung eines neuen Satzes von 20 Elite-Linien abschließen, die dann allen interessierten Saatgutunternehmen zur Verfügung gestellt werden, die die schädlingsresistenten Merkmale in kommerzielle Sorten züchten können. Die Züchtung neuer Sorten könnte bis zu fünf Jahre dauern, bis Saatgutunternehmen mit dem Verkauf neuer insektenresistenter Sorten beginnen.
Für die Erzeuger bieten diese Vorteile weniger Ernteverluste und Fruchtschäden, während gleichzeitig der Einsatz von Pestiziden eliminiert oder reduziert und die Umwelt geschützt wird.
Die Schädlingsresistenz in diesen Tomaten wurde von einer in Peru beheimateten wilden Tomate, Solanum pennellii, übernommen. Die Andentomate hat kleine Haare, sogenannte Trichome, die Tröpfchen von Zuckerverbindungen, sogenannte Acylzucker, ausscheiden, die Insekten abwehren. Auf diese Weise halten die Pflanzen eine Vielzahl von Insekten sicher und natürlich ab, indem sie sie daran hindern, sich zu ernähren, Blätter zu fressen und Viren zu übertragen oder Eier zu legen, wo Larven Pflanzen schädigen könnten.
„Die neuen Linien kombinieren Pflanzen und Früchte von besserer Qualität mit hohen Acylzuckergehalten, eine Kombination, die Saatgutunternehmen benötigen, um die Acylzuckereigenschaft in kommerzielle Sorten zu übertragen“, sagte Mutschler-Chu, emeritierter Professor an der School of Integrative Plant Science, Plant Breeding and Genetics Section , Teil des College of Agriculture and Life Sciences.
In Feld- und Labortests der ersten Forschungslinien haben Pflanzenwissenschaftler von Cornell und sieben weiteren Universitätspartnern (North Carolina State University; University of Georgia, Clemson University; University of Florida; University of California, Davis; University of California, Riverside; and Tennessee Tech University) fanden heraus, dass die richtigen Konzentrationen und Formen von Acylzuckern Westliche Blütenthripse kontrollieren, die Fleckenwelke verbreiten Virus, und Süßkartoffel-Weisse Fliegen, die das Yellow-Leaf-Curl-Virus übertragen. Infolgedessen wurden deutlich weniger Pflanzen mit diesen verheerenden Krankheiten infiziert und in Feldversuche, traten jene Infektionen spät in der Jahreszeit auf.
„Für die beste Viruskontrolle habe ich vorgeschlagen, dass Saatgutunternehmen einen zweischichtigen Ansatz verwenden: Hybride mit sowohl dem Acylzucker-Merkmal als auch Standard-Virusresistenzgenen herstellen“, sagte Mutschler-Chu. Gelingt es Insekten trotz der Acylzucker, eine Pflanze mit einem Virus zu infizieren, bieten virusresistente Gene zusätzlichen Schutz.
„Es ist ein System, das den Nutzen der Virusresistenzgene schützt, denn wenn weniger Viren in eine Pflanze gelangen, sinkt auch die Wahrscheinlichkeit, dass das Virus eine zufällige Mutation aufweist, die einen Stamm erzeugt, der die Resistenz überwindet“, sagte Mutschler-Chu. Da Acylzucker ungiftig sind und Insekten nicht töten, besteht in ähnlicher Weise weniger Selektionsdruck für Insekten selbst, tolerant zu werden, sodass sie sich langsamer an das Repellent anpassen.
Bei den neuen Elite-Linien, die den Saatgutunternehmen bald zur Verfügung stehen werden, wurden die meisten Wildgene von S. pennellii, die agronomisch unerwünschte Eigenschaften fördern, aus ihren Genomen entfernt. Mutschler-Chu behielt kritische Acylzucker-Gene bei, während viele andere wilde Gene entfernt wurden, die negative Merkmale wie übermäßige Zweige, kleine Früchte und einen Fehlgeschmack verursachten. Während anfängliche Forschungslinien etwa 12 % wilde S. pennellii-DNA enthielten, sind die neuesten Linien auf etwa 2.5 % wilde DNA reduziert.
Im weiteren Sinne demonstriert die Arbeit praktisch ein Verfahren zur Einarbeitung eines wertvollen Merkmals, das auf einer sicheren natürlichen Verbindung basiert, von zahlreichen Genen kontrolliert wird und gegen das es wirksam ist Viren und mehrere Schädlinge, eine Strategie, die auch anderen Pflanzen zugute kommen könnte, sagte Mutschler-Chu.
Während die Elite-Linien nicht exklusiv für alle Saatgutunternehmen freigegeben werden, um Merkmale in ihre kommerziellen Sorten zu züchten, müssen sie beim Cornell's Center for Technology Licensing eine Lizenz beantragen, bevor sie Saatgut verkaufen können.