Wie Früchte oder Blumen bestimmte Färbungen oder Farbmuster erzeugen, ist eine Frage, die oft komplexe Antworten hat. Es mag auch eine relativ triviale Frage sein. Lassen Sie sich jedoch nicht täuschen – Barbara McClintock gewann 1983 den berühmten Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für die Entdeckung von Transposons, während sie daran arbeitete, warum Maiskörner oft mosaikartige Farbmuster aufweisen. Diese „trivialen“ Fragen können uns also tatsächlich viel über grundlegende zugrunde liegende Mechanismen in der Biologie verraten.

Ähnlich wie Mosaik-Maiskörner ist Green-Stripe (auch bekannt als Green Zebra) ein natürlich vorkommendes Merkmal in Tomaten, das zur Herstellung von Tomatensorten mit einer auffälligen Farbvariation der Früchte verwendet wird. Dieses Farbmuster ist nicht nur für Tomatenzüchter und das kaufende Publikum attraktiv, sondern gilt auch als attraktiver für samenverbreitende Vögel. Was diese Farbmusterung bei diesen Tomaten verursacht, ist jedoch unbekannt. In einem kürzlich veröffentlichten Artikel, der Open Access in verfügbar ist Neuer Phytologe, Genzhong Liu und Kollegen aus China untersuchen die genetischen Grundlagen für die Farbvariation von Green-Stripe-Tomaten.

Mithilfe einer komplexen Reihe genetischer Experimente ordnen Liu und Kollegen das Vorhandensein des Green-Stripe-Merkmals einem einzigen genetischen Locus zu, den sie als ein Gen namens TOMATO AGAMOUS-LIKE 1 (TAGL1) identifizieren. TAGL1 codiert einen Transkriptionsfaktor, von dem bereits bekannt ist, dass er an der Entwicklung von Tomatenfrüchten beteiligt ist, aber seine Beteiligung am Green-Stripe-Merkmal ist eine neue Entdeckung. Überraschenderweise zeigen Tomatenpflanzen mit oder ohne Green-Stripe-Merkmal keinen Unterschied in der codierenden Sequenz des TAGL1-Gens oder seiner unmittelbar umgebenden regulatorischen Regionen.

Die Autoren vermuten daher, dass die Unterschiede zwischen Pflanzen mit oder ohne Green-Stripe-Merkmal auf einen epigenetischen Unterschied (eine reversible vererbbare DNA-Modifikation) im TAGL1-Gen oder seinen angrenzenden Regionen zurückzuführen sein könnten. Das Green-Stripe-Merkmal besteht aus einer ungleichmäßigen Fruchtfärbung basierend auf grünen Streifen und hellgrünen Streifen. Liu und Kollegen finden heraus, dass die epigenetische Modifikation der Upstream-Sequenz des TAGL1-Gens in den grün gestreiften Bereichen größer ist als in den hellgrün gestreiften Bereichen. Die Autoren zeigen dann, dass eine verstärkte epigenetische Modifikation stromaufwärts von TAGL1 seine Expression in grün gestreiften Bereichen der Frucht im Vergleich zu hellgrün gestreiften Bereichen herunterreguliert.

Um zu identifizieren, wie die unterschiedliche Expression von TAGL1 in Früchten zu Farbvariationen führen kann, untersuchen Liu und Kollegen, welche anderen Arten von Genen in ähnlichen Mustern ebenfalls differenziell exprimiert werden können. Sie fanden heraus, dass etwa 90 Gene, die an der Chloroplastenentwicklung beteiligt sind, in grün gestreiften Bereichen im Vergleich zu hellgrünen Bereichen hochreguliert sind. Weitere Arbeiten bringen die Wirkung von TAGL1 direkt mit der Herunterregulierung einiger dieser Chloroplasten-Entwicklungsgene in Verbindung. In Grünstreifengebieten ermöglicht die geringe Expression von TAGL1 aufgrund der epigenetischen Modifikation die Expression von Chloroplasten-Entwicklungsgenen, was zu der für Chlorophyll so charakteristischen grünen Pigmentierung führt. In hellgrün gestreiften Bereichen ist die Expression von TAGL1 aufgrund einer reduzierten epigenetischen Modifikation höher, was dazu führt, dass die Expression der Chloroplasten-Entwicklungsgene verringert wird und eine hellere grüne Farbe erzeugt wird.

Liu und Kollegen liefern ein schönes Beispiel für die Verknüpfung eines Pflanzenmerkmals, das für eine Vielzahl von Menschen erkennbar ist, mit einem bestimmten Ereignis und der DNA-Ebene und geben eine Vorstellung davon, was dazwischen passiert. Die Vererbbarkeit von Pflanzenmerkmalen ist seit den Tagen von Gregor Mendel als Prinzip bekannt, aber das detaillierte Wissen über die verschiedenen Wege, auf denen dies tatsächlich geschieht, ist für uns viel jünger, unterstützt durch die inzwischen weit verbreitete Verfügbarkeit genetischer und molekularer Techniken. Möge es noch lange so weitergehen!