Ein Forschungsteam der Universität Hainan und des Nationalen Labors der Yazhou-Bucht hat kürzlich einen bedeutenden Durchbruch in der Tomatenforschung erzielt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Horticultural Research* veröffentlicht. Die Studie belegt die entscheidende Rolle des SlAAP6-Gens für Wachstum und Salztoleranz von Tomaten und eröffnet damit neue Wege für die genetische Verbesserung von Tomaten sowie zur Bewältigung landwirtschaftlicher Herausforderungen.

Tomaten sind reich an einer Vielzahl essenzieller Metaboliten; im Zuge der Domestizierung hat sich jedoch ihr Aminosäuregehalt, insbesondere der verzweigtkettige Aminosäuren (BCAAs, darunter Isoleucin, Leucin und Valin), deutlich verändert. Diese BCAAs sind entscheidend für die Pflanzenentwicklung und die Stressreaktion, doch ihre Transportmechanismen in Tomaten waren bisher unklar. Obwohl frühere Studien gezeigt haben, dass Aminosäuretransporter für die Nährstoffverteilung und die Stressanpassung in anderen Nutzpflanzen von entscheidender Bedeutung sind, ist ihre Rolle bei der Salztoleranz von Tomaten noch wenig erforscht. Daher ist dringend eine eingehende Untersuchung der genetischen Kontrolle des Transports verzweigtkettiger Aminosäuren und dessen Auswirkungen auf Wachstum und Stressanpassung erforderlich.

Mithilfe genomweiter Assoziationsstudien und funktioneller Charakterisierung entdeckte das Forschungsteam, dass das Gen SlAAP6 eine Schlüsselrolle für das Wachstum und die Salztoleranz von Tomaten spielt. Dieses Gen vermittelt die Aufnahme und den Transport verzweigtkettiger Aminosäuren (BCAAs) und fördert dadurch die Biomasseakkumulation und die Salztoleranz. Diese Entdeckung klärt nicht nur einen wichtigen physiologischen Prozess auf, sondern bietet auch ein vielversprechendes Ziel für die genetische Verbesserung von Tomaten.

Im Rahmen der Forschungsarbeit führten die Wissenschaftler eine genomweite Assoziationsstudie an 374 Tomatensorten durch und identifizierten das Gen SlAAP6 als mit einem hohen Gehalt an verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA) assoziiert. Funktionelle Analysen bestätigten weiterhin, dass SlAAP6 ein Aminosäuretransporter mit hoher Affinität ist, der sich in der Plasmamembran und im endoplasmatischen Retikulum befindet.

Experimentelle Ergebnisse zeigten, dass die Überexpression von SlAAP6 den Gehalt an verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAAs) in Wurzeln und Stängeln signifikant erhöhte, die Biomasseakkumulation förderte und den Stickstoffgehalt steigerte. Knockout-Mutanten hingegen wiesen eine beeinträchtigte Aminosäureaufnahme und verlangsamtes Wachstum auf. Unter Salzstress zeigten SlAAP6-überexprimierende Linien im Vergleich zu Wildtyp und Mutanten ein stärkeres Wurzelwachstum und eine geringere Akkumulation reaktiver Sauerstoffspezies (ROS). Die exogene Applikation von verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAAs), insbesondere Leucin, verbesserte die Salztoleranz von SlAAP6-überexprimierenden Pflanzen weiter, konnte aber die Wachstumsdefekte der Mutanten nicht beheben. Detaillierte molekulare Analysen ergaben, dass die Aktivierung von SlAAP6 die Expression von Genen, die mit Wurzelproliferation und antioxidativer Abwehr in Zusammenhang stehen, verstärkte und somit seine duale Rolle im Nährstofftransport und der Stressbewältigung unterstrich.

Professor Wang Shouchuang, der korrespondierende Autor der Studie, erklärte: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Aminosäuretransporter SlAAP6 ein wichtiger Regulator des Tomatenwachstums und der Stressresistenz ist. Durch die Förderung der Akkumulation und des Transports verzweigtkettiger Aminosäuren können wir nicht nur die Vitalität der Pflanzen steigern, sondern auch ihre Anpassungsfähigkeit an widrige Umweltbedingungen wie beispielsweise Bodenversalzung verbessern. Dies eröffnet neue Wege für Züchtungsstrategien mit dem Ziel, die Pflanzenernährung und die Nachhaltigkeit zu optimieren.“

SlAAP6 wurde als Schlüsselregulator des BCAA-Transports identifiziert und eröffnet neue Hoffnung für die Züchtung von Tomatensorten mit höherem Nährwert, schnellerem Wachstum und größerer Salztoleranz. Durch Gentechnik mit SlAAP6 gezüchtete Tomaten dürften besser für das Wachstum in salzhaltigen Böden geeignet sein und somit den landwirtschaftlichen Herausforderungen des Klimawandels und der Bodendegradation wirksam begegnen. Darüber hinaus lässt sich diese Strategie auf andere Nutzpflanzen übertragen, bei denen die Aminosäurehomöostase entscheidend für optimale Erträge und Stressanpassung ist. Dies trägt zur globalen Ernährungssicherheit bei und fördert eine nachhaltige Landwirtschaft.

Weitere Informationen: Qi Qiang et al., „Amino acid permease SlAAP6 promotes tomato growth and salt tolerance by mediating branched-chain amino acid transport“, Horticultural Research (2024).