Eine Forschungsgruppe hat eine innovative Methode zur Biofortifizierung von Blättern und anderen grünen Pflanzengeweben entwickelt, um deren Gehalt an gesunden Substanzen wie Beta-Carotin, der wichtigsten Vorstufe von Vitamin A in der menschlichen Ernährung, zu erhöhen.
Die Arbeit zeigt, dass durch den Einsatz biotechnologischer Techniken und Behandlungen mit hoher Lichtintensität der Beta-Carotin-Gehalt in Blättern um das bis zu 30-fache erhöht werden kann, indem neue Speicherorte geschaffen werden, ohne lebenswichtige Prozesse wie die Photosynthese zu beeinträchtigen. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Pflanzentagebuch.
Beta-Carotin ist eines der wichtigsten Carotinoide, Pigmente, die natürlicherweise in Pflanzen und anderen photosynthetischen Organismen vorkommen und der Gesundheit zugute kommen, da sie antioxidative, immunstimulierende und kognitiv verbessernde Eigenschaften haben.
Insbesondere Beta-Carotin ist der primäre Vorläufer von Retinoiden, chemischen Verbindungen mit wichtigen Körperfunktionen (Sehvermögen, Zellvermehrung und -differenzierung, Immunsystem), zu denen auch Vitamin A gehört.
Mithilfe von Tabakpflanzen (Nicotiana benthamiana) als Labormodell und Salat (Lactuca sativa) als Anbaumodell ist es dem Team um Manuel Rodríguez Concepción, Forscher am Forschungsinstitut für Molekular- und Zellbiologie der Pflanzen (IBMCP), des spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC), gelungen, den Beta-Carotin-Gehalt in den Blättern zu erhöhen, ohne andere lebenswichtige Prozesse wie die Photosynthese negativ zu beeinflussen.
„Blätter brauchen für ihre ordnungsgemäße Funktion Carotinoide wie Beta-Carotin in den photosynthetischen Komplexen der Chloroplasten“, erklärt der CSIC-Forscher.
„Wenn in den Chloroplasten zu viel oder zu wenig Beta-Carotin produziert wird, stellen diese ihre Funktion ein und die Blätter sterben schließlich ab. Durch unsere Arbeit ist es uns gelungen, durch die Kombination biotechnologischer Techniken und Behandlungen mit hoher Lichtintensität Beta-Carotin in Zellkompartimenten zu produzieren und anzureichern, in denen es normalerweise nicht vorkommt“, sagt er.
Höhere Akkumulation und Bioverfügbarkeit
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass es möglich ist, den Beta-Carotin-Gehalt in Blättern zu vervielfachen, indem man neue Speicherorte außerhalb der Photosynthesekomplexe schafft. Einerseits ist es ihnen gelungen, hohe Mengen an Beta-Carotin in Plastoglobuli zu speichern, und in Chloroplasten sind natürlicherweise Fettspeicherbläschen vorhanden. Diese Bläschen nehmen nicht an der Photosynthese teil und sammeln normalerweise keine Carotinoide an.
„Die Stimulierung der Bildung und Entwicklung von Plastoglobuli mit molekularen Techniken und intensiven Lichtbehandlungen erhöht nicht nur die Ansammlung von Beta-Carotin, sondern auch seine Bioverfügbarkeit, also die Leichtigkeit, mit der es aus der Nahrungsmatrix extrahiert und von unserem Verdauungssystem aufgenommen werden kann“, sagt Luca Morelli, Erstautor der Studie.
Biofortifizierung von Gemüse
Die Studie zeigt auch, dass die Beta-Carotin-Synthese in Plastoglobulen mit seiner Produktion außerhalb von Chloroplasten durch biotechnologische Ansätze kombiniert werden kann. In diesem Fall, sagt Co-Autor Pablo Pérez Colao, „sammelt sich Beta-Carotin in Vesikeln an, die Plastoglobulen ähneln, sich jedoch im Zytosol befinden, der wässrigen Substanz, die die Organellen und den Zellkern umgibt.“
Durch die Kombination beider Strategien konnte der Gehalt an zugänglichem Beta-Carotin im Vergleich zu unbehandelten Blättern um das bis zu 30-fache erhöht werden. Die massive Anreicherung von Beta-Carotin verlieh den Salatblättern zudem eine charakteristische goldene Farbe.
Die Entdeckung, dass Beta-Carotin in sehr großen Mengen und in einer besser biologisch zugänglichen Form außerhalb der Stellen produziert und gespeichert werden kann, an denen es normalerweise in Blättern vorkommt, „stellt laut den Forschern einen ganz bedeutenden Fortschritt bei der Verbesserung der Ernährung durch Biofortifizierung von Gemüse wie Salat, Mangold oder Spinat dar, ohne dass dabei deren charakteristischer Geruch und Geschmack verloren geht.“
Weitere Informationen:
Luca Morelli et al., Steigerung des Provitamin-A-Gehalts und der Bioverfügbarkeit in Blättern durch die Kombination gentechnisch veränderter Biosynthese- und Speicherwege mit High-Light-Behandlungen, Das Pflanzenjournal (2024). DOI: 10.1111/tpj.16964