Zugriff auf die verbesserten antioxidativen und gesundheitsfördernden Eigenschaften der Bronzetomate durch Metabolic Engineering

Die Bronze-Tomate, ein Produkt des Metabolic Engineering, produziert aufgrund der Überexpression von Genen wie VvStSy, AmDel/Rosea1 und AtMYB12 hohe Mengen an Polyphenol. Diese Modifikation ist Teil umfassenderer Bemühungen zur Steigerung des Nährwerts von Pflanzen durch spezifische biochemische Veränderungen und führt zu reifen Früchten mit deutlich höheren antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften.

Obwohl diese Tomaten einen erhöhten Flavonol-, Anthocyan- und Stilbengehalt aufweisen, müssen die Gesamtauswirkungen auf andere physiologische Prozesse und das gesamte Nährwertprofil noch weiter untersucht werden.

Gartenbauforschung veröffentlichte Forschungsarbeit mit dem Titel „Die Entwicklung des Polyphenol-Biosynthesewegs stimuliert metabolische und molekulare Veränderungen während der Fruchtreife in „Bronze“-Tomaten.“

In dieser Studie analysierten Forscher die Transkriptions- und Stoffwechselprofile der Bronze-Tomatenlinie in verschiedenen Reifestadien, um zu verstehen, wie regulatorische und strukturelle Transgene den Primär- und Sekundärstoffwechsel beeinflussen.

Die Forscher haben zunächst den Gesamtgehalt an Polyphenolen, die antioxidative Kapazität und die löslichen gelösten Stoffe von Früchten gemessen, die in vier verschiedenen Reifestadien geerntet wurden. Bronzefrüchte zeigten im Vergleich zur Kontrolle einen deutlich höheren Polyphenolgehalt und eine deutlich höhere Antioxidationskapazität, mit einem deutlichen Anstieg ab der Breaker-Stufe. Allerdings waren die löslichen gelösten Stoffe, definiert durch den Brix-Grad, im reifen Grün- und Brechstadium der Bronze-Tomaten im Vergleich zum WT leicht reduziert.

Anschließend maßen sie den Gehalt der Monosaccharide Glucose und Fructose sowie zweier organischer Säuren, Äpfelsäure und Zitronensäure, die aus dem Tricarbonsäurezyklus stammen. Die Glukose- und Fruktosewerte in Bronzefrüchten waren im Vergleich zu WT stets niedriger. Im MG- und R-Stadium ist die Apfelsäure im Vergleich zur WT deutlich niedriger.

Im Gegensatz dazu war der Zitronensäuregehalt in der Bronze-Tomate deutlich höher. Die Expressionsprofile von Genen im Zusammenhang mit dem Energiestoffwechsel wurden weiter bestimmt. SUS1 (Saccharose-Synthase 1) und G6PDH (Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase) wurden im MG-Stadium unterdrückt, DAHPS (3-Desoxy-d-arabino-heptulosonat-7-phosphat-Synthase) war stark unterdrückt, während SK (Shikimat-Synthase) hoch war -reguliert bei Bronzefrüchten im Vergleich zu WT-Früchten im gleichen Reifestadium.

Die Studie untersuchte auch den Polyphenolgehalt der Bronze-Tomate und ergab einen signifikanten Anstieg spezifischer Flavonoide sowie das Vorhandensein von Stilbenen und Anthocyanen nur in der Bronze-Tomate. Die meisten Strukturgene, die die Enzyme kodieren, die den biosynthetischen Fluss in Richtung Flavonoide und Anthocyane steuern, wurden insbesondere ab dem Breaker-Stadium deutlich hochreguliert.

Darüber hinaus ergab die Untersuchung der Expression von Genen, die am Transport und der Sequestrierung von Anthocyanen beteiligt sind, signifikante Anstiege, was auf einen verstärkten vakuolären Transport und eine verstärkte pH-Homöostase im Zytoplasma schließen lässt. Die Analyse des Carotinoidgehalts ergab eine deutliche Verschiebung des Lycopin/β-Carotin-Verhältnisses in der Bronze-Tomate, mit einem deutlichen Anstieg des β-Carotins in späteren Reifestadien.

Diese Veränderung hing mit der Herunterregulierung wichtiger Carotinoid-Biosynthesegene zusammen, was auf ein komplexes Zusammenspiel zwischen Carotinoid- und Polyphenolwegen und deren Auswirkungen auf die Fruchtreife und die Ernährungsqualität schließen lässt.

Insgesamt unterstreichen diese Ergebnisse das Potenzial der Bronze-Tomate als Modell zur Untersuchung der kombinierten Wirkung von Polyphenolen und β-Carotin bei der Vorbeugung entzündungsbedingter menschlicher Krankheiten und verdeutlichen die umfassenderen Auswirkungen des Metabolic Engineering auf die Verbesserung der Ernährungsqualität.