A multidisciplinary approach to elucidate glandular trichome differentiation in tomato

• Antragsteller: Professor Dr. Alain Tissier
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238047333

Glanduläre Trichome sind Strukturen, die sich auf der Oberfläche der oberirdischen Organe von Pflanzen befinden. Sie sind in der Lage, Metaboliten zu produzieren, zu sekretieren und in einigen Fällen auch zu speichern. Dabei kommen unter den verschiedenen Trichomtypen der Tomate die des Typs VI am häufigsten vor und sind am wichtigsten für die Sekretion. Die darin gebildeten Metaboliten, die oft spezifisch für eine Spezies oder sogar für Ökotypen sind, spielen eine Rolle in der Pflanzenabwehr von Schädlingen, insbesondere von Insekten. Wildformen der Tomate (z.B. Solanum habrochaites) zeigen im Vergleich zu kultivierten Formen (S. lycopersicum) eine erhöhte Resistenz gegenüber Herbivoren und produzieren eine Vielzahl von Metaboliten, die zu den Sesquiterpen-Carboxylsäuren, Methylketonen oder Acyl-Zuckern gehören. In Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Typ-VI-Trichome von S. habrochaites im Gegensatz zu denen von S. lycopersicum einen interzellulären Hohlraum ausbilden, der ein Reservoir für die Akkumulation der sekretierten Stoffe darstellt. Immunmarkierungen zeigten, dass für die Bildung des Hohlraums die Pektin Demethylierung und Lyse eine kritische Rolle zu spielen scheinen. Da die Menge der durch die Trichome hergestellten Metaboliten ein wichtiger Faktor für die Resistenz gegen Insekten ist, wird es wichtig, die molekulare Basis für die Bildung dieses interzellularen Hohlraums zu verstehen. Aufgrund der Kreuzbarkeit von S. habrochaites mit S. lycopersicum sollten diese Trichom-basierten Merkmale der Wildform (erhöhte Resistenz verbunden mit der Produktion der o.g. Sesquiterpenverbindungen und der Form der Typ-VI-Trichome) stabil in die kultivierte Form eingebracht werden können. Eine erste Kreuzungspopulation zwischen S. habrochaites LA1777 und S. lycopersicum WVA106 (75 Individuen) wurde bereits bezüglich des Trichom-Phänotyps charakterisiert und zeigte eine kontinuierliche Verteilung der elterlichen Phänotypen. Dies ist der Ausgangspunkt für die quantitative Genetik, die in diesem Projekt durchgeführt werden soll. Es sollen Gene und molekulare Marker identifiziert werden, die den Typ-VI-Phänotyp bestimmen. Dabei werden zwei komplementäre Ansätze verfolgt: Im ersten erfolgt eine Kombination von vergleichenden biochemischen und Transkriptom-Analysen, die in einem Set von Kandidatengenen resultieren wird, die dann in planta funktionell charakterisiert werden. Im zweiten Ansatz soll ein QTL-Mapping mit Hilfe einer erweiterten Kreuzungspopulation durchgeführt werden. Die inzwischen bekannte Genomsequenz der Tomate wird dabei die Identifikation der Genombereiche der QTLs und möglicher Kandidatengene erleichtern. Beide Ansätze können im Ergebnis dieselben Kandidatengene liefern, die nicht nur den Ausgangspunkt für die Generation molekularer Marker zur Züchtung Insekten-resistenter Tomaten darstellen, sondern auch unsere Kenntnis der basalen Prozesse der Zell-Separierung und Metabolitenspeicherung in Pflanzen vertiefen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr. José M. Jiménez-Gómez; Professor Dr. Albrecht E. Melchinger