Unabhängig davon, wie man „Tomate“ sagt, enthalten sie alle Tomaten, einen Giftstoff in den grünen Früchten, Blättern und Wurzeln der Pflanze. Tomaten produzieren die bitter schmeckende Verbindung – einen wichtigen pflanzenspezifischen Metaboliten, der von den Wurzeln abgesondert wird –, um sich gegen Krankheitserreger und Futterfresser zu verteidigen.
Solche Metaboliten fungieren als Nährstoffe und chemische Signale und beeinflussen die Bildung mikrobieller Gemeinschaften, die das Pflanzenwachstum stark beeinflussen.
Frühere Studien haben gezeigt, dass pflanzliche organische Toxine – Saponine wie Tomaten – die mikrobielle Gemeinschaft um Tomatenwurzeln verändern, indem sie das Bakterium Sphingobium vermehren. Unbekannt blieb jedoch, wie die Mikrobenkolonien in der Rhizosphäre der Tomate – dem Boden, der die Wurzeln umgibt – mit der Tomate umgingen.
Jetzt hat eine Forschungsgruppe unter der Leitung der Universität Kyoto herausgefunden, dass Sphingobium über eine Reihe von Enzymen verfügt, die Tomaten hydrolysieren und sie entgiften.
„Wir haben auch Enzyme identifiziert, die das steroidale Tomatidin in ungiftige, kleinere Verbindungen umwandeln“, sagt Akifumi Sugiyama vom Forschungsinstitut für nachhaltige Humanosphäre der KyotoU.
„Unsere Entdeckung dieser Metaboliten hilft uns zu verstehen, wie Bodenmikroorganismen mit pflanzlichen toxischen Verbindungen umgehen, um erfolgreich in der Rhizosphäre zu leben“, fügt Masaru Nakayasu, ebenfalls am RISH, hinzu.
Sugiyamas Team isolierte mehrere Bakterien aus Tomatenwurzeln und mit Tomaten angereicherter Erde und identifizierte den Bakterienstamm RC1, der Tomaten degradiert und als Kohlenstoffquelle nutzt.
Sequenzanalysen der RC1-Gene zeigten, dass die Expression mehrerer Gene der Glykohydrolase-Familie in Gegenwart von Tomatin zunahm. Die Expression der Proteine, die von den Genen des Bakteriums E. Coli kodiert werden, bestätigte deren Fähigkeit, Tomaten in vitro abzubauen.
„Wir dachten, die vier an Tomaten gebundenen Zucker würden in einer bestimmten Reihenfolge abgebaut, entdeckten aber, dass die vier entsprechenden Gene SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-1 und SpGH3-3 gemeinsam daran arbeiten, Tomaten zu Tomatidin zu hydrolysieren“, bemerkte Kyoko Takamatsu KyotoUs Graduiertenschule für Agrarwissenschaften.
Die Autoren erwarten weitere Bemühungen zur Entwicklung anderer Saponine als Tomaten und analysieren, wie sich die Saponin-abbauenden Gene auf die Interaktion zwischen Pflanzen und Bakteriengemeinschaften in der Rhizosphäre auswirken.
„Angesichts der Tatsache, dass viele auf Pflanzen spezialisierte Metaboliten Vorteile für die menschliche Gesundheit bieten, können wir die bakteriellen Gene auf der Grundlage ihrer enzymatischen Funktionen manipulieren, um neue bioaktive Verbindungen für menschliche Anwendungen herzustellen“, schloss Sugiyama.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht mBio.
Mehr Informationen:
Masaru Nakayasu et al., Tomatenwurzel-assoziiertes Sphingobium beherbergt Gene zur Katabolisierung toxischer steroidaler Glykoalkaloide, mBio (2023). DOI: 10.1128/mbio.00599-23