Es ist eine Sache, wenn ein Hybrid-Zitrusbaum die Citrus-Greening-Krankheit (auch Huanglongbing genannt) toleriert, und eine ganz andere, wenn er auch orangenartige Früchte hervorbringt – vor allem, wenn der Saft ein köstliches Frühstücksgetränk ergibt. Dank der chemischen und genetischen Detektivarbeit eines Teams aus Wissenschaftlern des Agricultural Research Service (ARS) und des University of Florida Institute of Food and Agricultural Sciences (UF/IFAS) könnte dieser heilige Gral der Merkmale jetzt näher rücken.
Huanglongbing (HLB) wurde erstmals 2005 im Miami-Dade County in Florida entdeckt. Seitdem hat sich die Krankheit in ganz Florida ausgebreitet und bedroht eine dortige Zitrusindustrie, die fast 7 Milliarden US-Dollar zur Wirtschaft des Staates beiträgt und mehr als 32.000 Menschen beschäftigt. Die Krankheit stellt auch eine Bedrohung für andere Zitrusanbaugebiete in den USA dar, darunter Kalifornien, Louisiana und Texas.
In Florida werden hauptsächlich Süßorangen wie Valencia, Hamlin und Midsweet zur Herstellung von Orangensaft verwendet. Süßorangen (Citrus sinensis) sind jedoch sehr anfällig für HLB, das durch das Bakterium Candidatus Liberibacter asiaticus verursacht und durch Insekten übertragen wird, die als asiatische Zitrusflohblätter bezeichnet werden.
Die Krankheit führt dazu, dass Zitrusbäume unproduktiv werden und die Fruchtqualität abnimmt. Bei Süßorangen beispielsweise bleiben die Früchte erkrankter Bäume oft grün und produzieren bitter schmeckenden Saft, was ihre Marktfähigkeit verringert, aber keine Gefahr für den Verbraucher darstellt. Befallene Bäume können derzeit nicht geheilt werden.
Wissenschaftler untersuchen an mehreren Fronten Gegenmaßnahmen in der Hoffnung, dem Sunshine State, der von fast 80 % der US-amerikanischen Nicht-Mandarinen-Zitrusfrüchte auf weniger als 42 % angebaut wurde, einen Hoffnungsschimmer zu geben. Die ARS-Bemühungen fanden indirekt in den 1960er Jahren statt, als behördliche Wissenschaftler Zitrushybriden unter Verwendung eines Verwandten namens Poncirus trifoliata (der kälteresistenten dreiblättrigen Orange) schufen, um die Kältetoleranz der Bäume zu stärken.
Der Beginn der HLB-Epidemie mehr als vier Jahrzehnte später offenbarte noch etwas anderes: Die Hybriden schienen auch die neue Krankheit zu tolerieren, was intensive Forschungen von ARS und UF/IFAS veranlasste, um zu verstehen, warum und wie dies mit der Fruchtqualität zusammenhängt.
Erste Feldtests und Geschmacksbewertungen zeigten, dass einige der von Poncirus abgeleiteten Hybriden – mit der bemerkenswerten Ausnahme von US Sundragon – dazu neigten, Saft mit einem unerwünschten Beigeschmack, aber einem Aromaprofil ähnlich der süßen Orange zu produzieren.
Daher haben die Wissenschaftler ihren Ansatz neu bewertet. Sie kamen zu dem Schluss, dass sie neben der Nutzung von Daten aus der Analyse von Saft-Aroma-Verbindungen auch die einzelnen Chemikalien besser in den Griff bekommen mussten, die Orangensaft seinen charakteristischen Geschmack verleihen. Und genau das taten sie, indem sie insgesamt 26 Aromastoffe und sieben Chemikalien namens Ester identifizierten, die für das gewünschte Geschmacksprofil von Orangensaft als wesentlich erachtet wurden.
Dieser Fortschritt ermöglichte es dem Team wiederum, das Master-Gen der Ester, CsAAT1, zu lokalisieren und einen sogenannten DNA-Marker dafür zu erstellen – ein Werkzeug, mit dem schnell das genetische Vorhandensein eines gewünschten Merkmals in gekeimten Samen überprüft werden kann im Vergleich zur Beobachtung seines physischen Ausdrucks bei 10 oder 15 Jahre alten reifen Pflanzen.
„Züchter können diesen DNA-Marker verwenden, um Sämlinge frühzeitig auf gewünschte Geschmacksprofile zu untersuchen“, erklären Anne Plotto und Jinhe Bai, Pflanzenphysiologen der ARS Citrus and Other Subtropical Products Research Unit in Fort Pierce, Florida.
„Durch den Einbau dieses Gens in die genetische Ausstattung von HLB-toleranten Hybriden aus Poncirus trifoliata und Mandarine oder vielen anderen möglichen Kreuzungen mit dem gleichen Ziel können Züchter sicherstellen, dass diese neuen Hybriden nicht nur HLB-Toleranz besitzen, sondern auch die charakteristische Süße beibehalten.“ Orangengeschmack.
Eine vollständige Beschreibung des Ansatzes des Teams war veröffentlicht 28. Februar 2024 im Journal Wissenschaftliche Fortschritte.
Plotto und Bai, die Hauptforscher, haben das Papier zusammen mit 11 weiteren Mitarbeitern des US Horticultural Research Laboratory der ARS in Fort Pierce, Florida, und des Daniel K. Inouye US Pacific Basin Agricultural Research Center in Hilo, Hawaii, und UF/ verfasst. Das Citrus Research and Education Center des IFAS in Lake Alfred, Florida, und das Gulf Coast Research and Education Center in Balm, Florida.
Die Forscher warnen davor, dass die ersten kommerziellen Veröffentlichungen von orangenähnlichen Hybriden mit HLB-Toleranz selbst mit dem Einsatz von High-Tech-Tools wie maschinellem Lernen noch mehrere Jahre der Tests und Verfeinerung erfordern werden.
Dennoch „stellt diese Forschung einen bedeutenden Schritt in der Zitruszüchtung dar, indem sie traditionelle Techniken mit modernen genetischen Werkzeugen kombiniert“, sagten Plotto und Bai. „Der Ansatz könnte auch als Modell für andere Programme zur Pflanzenverbesserung dienen.“
Mehr Informationen:
Zhen Fan et al., Chemische und genetische Grundlagen des Orangengeschmacks, Wissenschaftliche Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk2051