Gentechnisch veränderte Tomaten - Genetically modified tomato
Eine gentechnisch veränderte Tomate oder transgene Tomate ist eine Tomate , deren Gene durch Gentechnik verändert wurden . Der erste Versuch eines gentechnisch veränderten Lebensmittels war eine Tomate, die auf eine längere Haltbarkeit ausgelegt war (das Flavr Savr ), die es jedoch nie auf den Markt brachte. Die erste Tomate für den Direktverzehr wurde 2021 in Japan zugelassen. Die Hauptarbeit konzentriert sich auf die Entwicklung von Tomaten mit neuen Eigenschaften wie erhöhter Resistenz gegen Schädlinge oder Umweltbelastungen . Andere Projekte zielen darauf ab, Tomaten mit Substanzen anzureichern, die gesundheitliche Vorteile bieten oder nahrhafter sein können. Neben dem Ziel, neue Nutzpflanzen zu produzieren, produzieren Wissenschaftler genetisch veränderte Tomaten, um die Funktion von Genen zu verstehen, die natürlicherweise in Tomaten vorkommen.
Wildtomaten sind klein, grün und weitgehend unappetitlich, aber nach jahrhundertelanger Züchtung werden heute weltweit tausende Sorten angebaut. Agrobacterium vermittelter gentechnischer Methoden wurden in den späten 1980er Jahren entwickelt , die erfolgreich genetische Material in die Übertragung könnte Kerngenom von Tomaten. Genetisches Material kann auch eingesetzt in einer Tomatenzelle Chloroplasten und Chromoplasten Plastome Verwendung Biolistik . Tomaten waren die ersten Nahrungspflanzen mit einer essbaren Frucht, wo dies möglich war.
Beispiele
Verzögerte Reifung
Tomaten wurden als Modellorganismen verwendet , um die Fruchtreife von klimakterischen Früchten zu untersuchen. Um die am Reifungsprozess beteiligten Mechanismen zu verstehen, haben Wissenschaftler Kartoffeln gentechnisch verändert.
1994 erhielt der Flavr Savr als erstes kommerziell angebautes gentechnisch verändertes Lebensmittel eine Lizenz für den menschlichen Verzehr. Eine zweite Kopie des Tomatengens Polygalacturonase wurde in Antisense- Richtung in das Tomatengenom eingefügt . Das Polygalacturonase Enzym abbaut Pektin , eine Komponente der Tomatenzellwand , so dass die Frucht zu erweichen. Wenn das Antisense-Gen exprimiert wird, stört es die Produktion des Polygalacturonase-Enzyms und verzögert den Reifungsprozess. Der Flavr Savr konnte keinen kommerziellen Erfolg erzielen und wurde 1997 vom Markt genommen. Eine ähnliche Technologie, jedoch unter Verwendung einer verkürzten Version des Polygalacturonase-Gens, wurde verwendet, um eine Tomatenpaste herzustellen .
DNA Plant Technology (DNAP), Agritope und Monsanto haben Tomaten entwickelt, die die Reifung verzögern, indem sie die Produktion von Ethylen verhindern , einem Hormon , das die Reifung von Früchten auslöst. Alle drei Tomaten hemmten die Ethylenproduktion, indem sie die Menge an 1-Aminocyclopropan-1-carbonsäure (ACC), der Vorstufe von Ethylen, verringerten . Die Tomate von DNAP, genannt Endless Summer, fügte eine verkürzte Version des ACC- Synthase- Gens in die Tomate ein, die mit der endogenen ACC-Synthase interferierte . Monsantos Tomate wurde mit dem ACC- Deaminase- Gen aus dem Bodenbakterium Pseudomonas chlororaphis hergestellt , das den Ethylenspiegel durch den Abbau von ACC senkte. Agritope führte ein S-Adenosylmethionin-Hydrolase (SAMase) kodierendes Gen ein, das aus dem E. coli- Bakteriophagen T3 stammt und die Spiegel von S-Adenosylmethionin, einem Vorläufer von ACC, reduzierte. Endless Summer war kurz auf dem Markt getestet, aber Patent Argument gezwungen seinen Rückzug.
Wissenschaftler in Indien haben die Reifung von Tomaten verzögert, indem sie zwei Gene, die N- Glykoprotein modifizierende Enzyme codieren , α-Mannosidase und β-DN-Acetylhexosaminidase, zum Schweigen gebracht haben. Die produzierten Früchte waren nach 45 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur nicht sichtbar beschädigt, während unmodifizierte Tomaten verfault waren. In Indien, wo 30% der Früchte aufgrund fehlender Kühlung und schlechter Straßeninfrastruktur verschwendet werden, bevor sie auf den Markt kommen, hoffen die Forscher, dass die Gentechnik der Tomate die Verschwendung verringern kann.
Toleranz gegenüber Umweltstress
Abiotischer Stress wie Frost, Trockenheit und erhöhter Salzgehalt sind ein limitierender Faktor für das Wachstum von Tomaten. Während derzeit keine gentechnisch veränderten stresstoleranten Pflanzen kommerzialisiert werden, wurden transgene Ansätze erforscht. Mit dem Ziel, die Frosttoleranz der Tomate zu erhöhen, wurde eine frühe Tomate entwickelt, die ein Frostschutz-Gen ( afa3 ) aus der Winterflunder enthielt , was in den frühen Jahren der Debatte um gentechnisch veränderte Lebensmittel zu einer Ikone wurde , insbesondere in Bezug auf die wahrgenommenen ethisches Dilemma der Kombination von Genen verschiedener Arten. Diese Tomate erhielt den Spitznamen "Fischtomate". Es wurde festgestellt, dass das Frostschutzprotein die Eisrekristallisation im Flunderblut hemmt , aber keine Wirkung hatte, wenn es in transgenem Tabak exprimiert wurde. Die resultierende Tomate wurde nie kommerzialisiert, möglicherweise weil die transgene Pflanze hinsichtlich ihrer Frosttoleranz oder anderer agronomischer Eigenschaften nicht gut abschnitt.
Andere Gene verschiedener Arten wurden in die Tomate eingeschleust, in der Hoffnung, ihre Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Umweltfaktoren zu erhöhen. Ein Gen aus Reis ( Osmyb4 ), das für einen Transkriptionsfaktor kodiert , der in transgenen Arabidopsis thaliana- Pflanzen nachweislich die Kälte- und Trockenheitstoleranz erhöht , wurde in die Tomate eingebaut. Dies führte zu einer erhöhten Trockenheitstoleranz, schien jedoch keinen Einfluss auf die Kältetoleranz zu haben. Überexprimierenden einen vakuoläre Na + / H + Antiport ( AtNHX1 ) aus A. thaliana zum Salz führt in den Blättern der Pflanzen akkumulieren, aber nicht in der Frucht , und man ließ sich in mehr als Salzlösungen wachsen Wildtyp- Pflanzen. Sie waren die ersten salztoleranten, essbaren Pflanzen, die jemals geschaffen wurden. Tabak osmotische Gene in Tomaten überexprimiert erzeugten Pflanzen , die einen höheren Wassergehalt als der Wildtyp - Pflanzen zu erhöhen Toleranz gegen Trockenheit und Salzstress gehalten.
Schädlingsresistenz
Das insektizide Toxin aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis wurde in eine Tomatenpflanze eingebracht. Bei Feldversuchen zeigten sie Resistenzen gegen den Tabakschwärmer ( Manduca sexta ), den Tomatenfruchtwurm ( Heliothis zea ), den Tomatenpinwurm ( Keiferia lycopersicella ) und den Tomatenfruchtbohrer ( Helicoverpa armigera ). Ein 91-tägiger Fütterungsversuch an Ratten zeigte keine Nebenwirkungen, aber die Bt-Tomate wurde nie kommerzialisiert. Tomaten beständig gegen eine Wurzelgallennematoden wurden durch Einfügen eines geschaffen Cystein - Proteinase - Inhibitor - Gen aus Taro . Ein chemisch synthetisiertes Cecropin B- Gen, das normalerweise in der Riesenseidenmotte ( Hyalophora cecropia ) vorkommt, wurde in Tomatenpflanzen eingeführt und in-vivo- Studien zeigen eine signifikante Resistenz gegen Bakterienwelke und Bakterienflecken . Werden die Zellwandproteine Polygalacturonase und Expansin in Früchten an der Bildung gehindert, sind sie weniger anfällig für den Pilz Botrytis cinerea als normale Tomaten. Schädlingsresistente Tomaten können den ökologischen Fußabdruck der Tomatenproduktion reduzieren und gleichzeitig das landwirtschaftliche Einkommen steigern.
Verbesserte Ernährung
Tomaten wurden in Versuchen verändert, Nährstoffgehalt hinzuzufügen. Im Jahr 2000 wurde die Pro- Vitamin-A- Konzentration durch Zugabe eines bakteriellen Gens, das für die Phytoen- Desaturase kodiert , erhöht , obwohl die Gesamtmenge an Carotinoiden gleich blieb. Die Forscher gaben damals zu, dass es aufgrund des Anti-GV-Klimas keine Aussicht auf einen kommerziellen Anbau hatte. Sue Meyer von der Interessengruppe Genewatch sagte gegenüber The Independent, dass sie glaubte: "Wenn Sie die grundlegende Biochemie ändern, können Sie die Menge anderer Nährstoffe ändern, die für die Gesundheit sehr wichtig sind". In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler blaue Tomaten entwickelt , die die Produktion von Anthocyanen , einem Antioxidans in Tomaten, auf verschiedene Weise erhöht haben . Eine Gruppe fügte einen Transkriptionsfaktor für die Produktion von Anthocyanin aus Arabidopsis thaliana hinzu, während eine andere Transkriptionsfaktoren aus Löwenmaul ( Antirrhinum ) verwendete. Bei Verwendung der Löwenmaul-Gene hatten die Früchte ähnliche Anthocyankonzentrationen wie Brombeeren und Blaubeeren . Die Erfinder der GVO-blauen Tomate mit Löwenmaul-Genen, Jonathan Jones und Cathie Martin vom John Innes Center , gründeten eine Firma namens Norfolk Plant Sciences, um die blaue Tomate zu kommerzialisieren. Sie haben sich mit einem Unternehmen in Kanada namens New Energy Farms zusammengetan, um eine große Ernte blauer Tomaten anzubauen, aus denen Saft hergestellt wird, um sie in klinischen Studien auf dem Weg zur Erlangung der behördlichen Zulassung zu testen.
Eine andere Gruppe hat versucht, den Isoflavonspiegel , der für seine potentiellen krebsvorbeugenden Eigenschaften bekannt ist, zu erhöhen , indem er die Sojabohnen- Isoflavonsynthase in Tomaten einführt .
Im Jahr 2021 hat Japanese Sanatech Seed die Tomatensorte Sicilian Rouge High GABA mit erhöhten GABA- Werten herausgebracht.
Verbesserter Geschmack
Wenn Geraniolsynthase aus Zitronenbasilikum ( Ocimum basilicum ) in Tomatenfrüchten unter einem fruchtspezifischen Promotor exprimiert wurde, bevorzugten 60 % der ungeschulten Geschmackstester den Geschmack und Geruch der transgenen Tomaten. Die Früchte enthielten etwa die Hälfte der Lycopinmenge .
Impfungen
Tomaten (zusammen mit Kartoffeln , Bananen und anderen Pflanzen) werden als Vehikel für die Bereitstellung von essbaren Impfstoffen untersucht . Klinische Studien wurden an Mäusen mit Tomaten durchgeführt , die Antikörper oder Proteine exprimieren , die die Antikörperproduktion gegen Norovirus , Hepatitis B , Tollwut , HIV , Milzbrand und Respiratory Syncytial Virus stimulieren . Koreanische Wissenschaftler untersuchen die Verwendung der Tomate, um einen Impfstoff gegen die Alzheimer-Krankheit zu exprimieren . Hilary Koprowski , die an der Entwicklung des Polio - Impfstoffs beteiligt war , leitete eine Gruppe von Forschern bei der Entwicklung einer Tomate , die einen rekombinanten Impfstoff gegen SARS exprimiert .
Grundlagenforschung
Tomaten werden als Modellorganismus in der wissenschaftlichen Forschung verwendet und häufig genetisch verändert, um bestimmte Prozesse besser zu verstehen. Tomaten wurden als Modell für das kartenbasierte Klonen verwendet , bei dem transgene Pflanzen erzeugt werden müssen, um zu beweisen, dass ein Gen erfolgreich isoliert wurde. Das Pflanzenpeptidhormon , Systemin wurde zuerst in Tomatenpflanzen identifiziert und genetische Modifikation verwendet worden ist, seine Funktion zu zeigen, durch Zugabe von Antisense - Genen des native Gen oder durch das Hinzufügen von zusätzlichen Kopien des nativen Gens stumm zu schalten.