Lychee genome erzählt eine bunte Geschichte über eine farbenfrohe tropische Frucht
Die leuchtenden und schmackhaften Litschis waren in der Antike sehr beliebt
Sie sind außen stachelig, innen süß und werden für ihre kultigen rosa Schalen und perligen, duftenden Früchte geliebt. In den USA kennt man sie vielleicht als geschmackvolle Zutat in Bubble Tea, Eiscreme oder Cocktails. Man kann sie auch schälen und frisch essen.
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Litschis werden in China schon seit der Antike angebaut; Aufzeichnungen über den Anbau reichen etwa 2.000 Jahre zurück. Frische Litschis waren so begehrt, dass ein Kaiser in der Tang-Dynastie eigens eine Pferdestaffel einrichtete, um die Früchte von den Ernten weit im Süden an den kaiserlichen Hof zu bringen.
Jetzt haben Wissenschaftler die Genomik genutzt, um noch tiefer in die Geschichte der Litschi einzudringen. Dabei sind sie auf Erkenntnisse gestoßen, die auch die Zukunft der Art mitbestimmen könnten.
"Litschi ist eine wichtige tropische Nutzpflanze aus der Familie der Sapindaceae (Ahorn- und Rosskastaniengewächse) und gehört zu den wirtschaftlich bedeutendsten Obstsorten Ostasiens, vor allem für das Jahreseinkommen der Bauern in Südchina", sagt Dr. Jianguo Li, Professor am College of Horticulture der South China Agricultural University (SCAU) und einer der Hauptautoren der Studie. "Durch die Sequenzierung und Analyse von wilden und kultivierten Litschisorten konnten wir den Ursprung und die Domestizierungsgeschichte der Litschis nachvollziehen. Wir konnten nachweisen, dass die extrem früh- und spätreifenden Sorten auf unabhängige menschliche Domestizierungsereignisse in Yunnan bzw. Hainan zurückgehen".
Darüber hinaus haben wir eine spezifische genetische Variante identifiziert, einen gelöschten Abschnitt des genetischen Materials, der als einfacher biologischer Marker für das Screening von Litschisorten mit unterschiedlichen Blütezeiten entwickelt werden kann und einen wichtigen Beitrag zu künftigen Züchtungsprogrammen leistet", fügt Rui Xia, PhD, Professor an derselben Hochschule an der SCAU und ein weiterer Hauptautor der Forschung, hinzu.
"Wie ein Puzzle setzen wir die Geschichte dessen, was der Mensch mit Litschi gemacht hat, zusammen", sagt Victor Albert, PhD, Evolutionsbiologe an der University at Buffalo und ebenfalls einer der Hauptautoren der Studie. "Dies sind die wichtigsten Geschichten, die unsere Forschung erzählt: Die Ursprünge der Litschi, die Idee, dass es zwei getrennte Domestizierungen gab, und die Entdeckung einer genetischen Deletion, von der wir annehmen, dass sie dazu führt, dass verschiedene Sorten zu unterschiedlichen Zeiten Früchte tragen und blühen."
Die Studie wird am 3. Januar in Nature Genetics veröffentlicht. Sie wurde von der SCAU in Zusammenarbeit mit einem großen internationalen Team aus China, den USA, Singapur, Frankreich und Kanada geleitet.
Hauptautoren sind Rui Xia, Jianguo Li und Houbin Chen von der SCAU, Ray Ming von der University of Illinois in Urbana-Champaign und Victor Albert von der UB. Erstautoren sind Guibing Hu, Junting Feng, Chengming Liu und Zhenxian Wu von der SCAU, Xu Xiang von der Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Jiabao Wang von der Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences und Jarkko Salojärvi von der Nanyang Technological University.
Eine Frucht, die so beliebt ist, dass sie mehr als einmal domestiziert wurde
Für die Studie erstellten die Wissenschaftler ein hochwertiges "Referenzgenom" für eine beliebte Litschi-Sorte namens "Feizixiao" und verglichen ihre DNA mit der von anderen wilden und gezüchteten Sorten. (Alle Sorten gehören zur gleichen Art, Litchi chinensis).
Die Untersuchungen zeigen, dass der Litschi-Baum, Litchi chinensis, wahrscheinlich mehr als einmal domestiziert wurde: Wilde Litschis stammen ursprünglich aus Yunnan im Südwesten Chinas, verbreiteten sich nach Osten und Süden bis zur Insel Hainan und wurden dann unabhängig voneinander an jedem dieser beiden Orte domestiziert, so die Analyse.
In Yunnan begannen die Menschen mit dem Anbau sehr früh blühender Sorten und auf Hainan mit dem Anbau spät blühender Sorten, die erst später im Jahr Früchte tragen. Schließlich führte die Kreuzung von Sorten aus diesen beiden Regionen zu Hybriden, darunter auch Sorten wie 'Feizixiao', die bis heute sehr beliebt sind.
Der genaue Zeitpunkt dieser Ereignisse ist ungewiss. Die Studie legt beispielsweise nahe, dass ein Meilenstein, die evolutionäre Spaltung zwischen L. chinensis-Populationen in Yunnan und Hainan, die vor der Domestizierung stattfand, vor etwa 18 000 Jahren stattgefunden haben könnte. Dies ist jedoch nur eine Schätzung; andere Lösungen sind möglich. Dennoch bietet die Analyse einen faszinierenden Einblick in die Evolutionsgeschichte der Litschis und ihre Verbindung zum Menschen.
Wann wird dieser Litschibaum blühen? Ein einfacher Gentest könnte es verraten
Die Studie fügt der Geschichte der Litschi nicht nur ein neues Kapitel hinzu, sondern bietet auch einen detaillierten Einblick in die Blütezeit, ein für die Landwirtschaft enorm wichtiges Merkmal.
"Früh reifende Litschis und spät reifende Litschis stammen von verschiedenen Orten und wurden unabhängig voneinander domestiziert", sagt Dr. Albert, Empire Innovation Professor für Biologische Wissenschaften am UB College of Arts and Sciences. "Dies ist an sich schon eine interessante Geschichte, aber wir wollten auch wissen, was diese Unterschiede verursacht: Warum fruchten und blühen diese Sorten zu unterschiedlichen Zeiten?"
Durch den Vergleich der DNA vieler Litschisorten identifizierte das Team eine genetische Variante, die für einen einfachen Test zur Identifizierung von früh- und spätblühenden Litschipflanzen verwendet werden könnte.
Bei der Variante handelt es sich um eine Deletion - ein Stück fehlender DNA -, die in der Nähe von zwei Genen liegt, die mit der Blüte in Verbindung stehen, und möglicherweise dazu beiträgt, die Aktivität eines oder beider Gene zu steuern.
Yunnan-Sorten, die sehr früh blühen, haben die Deletion, die sie von beiden Elternteilen geerbt haben. Hainan-Sorten, die spät reifen, haben sie überhaupt nicht. Und Feizixiao - eine Hybride mit fast gleichen Mengen an DNA aus beiden regionalen Populationen - ist heterozygot" für die Deletion, d. h. sie hat nur eine Kopie von einem Elternteil geerbt. Dies ist sinnvoll, da Feizixiao früh, aber nicht extrem früh blüht.
"Dies ist für die Züchter sehr nützlich. Da Litschis leicht verderblich sind, waren die Blütezeiten wichtig, um die Saison zu verlängern, in der die Litschis auf den Märkten erhältlich sind", sagt Albert.
Die Sequenzierung des Litschi-Genoms ist nur der Anfang
Das Team der SCAU hat die Litschi-Genomstudie als Teil eines größeren Projekts initiiert, mit dem man hofft, das Wissen über die DNA wichtiger Blütenpflanzen innerhalb derselben Familie, der Sapindaceae, erheblich zu erweitern.
"Sapindaceae ist eine große Familie, die viele wirtschaftlich wichtige Pflanzen umfasst", sagt Xia. "Bisher wurden nur bei einigen wenigen von ihnen, darunter Litschi, Longan, Rambutan, Gelbhorn und Ahorn, die vollständigen Genome sequenziert."
"Wir, das College of Horticulture an der SCAU, arbeiten an einem großen Gemeinschaftsprojekt zur Sequenzierung weiterer Sapindaceae-Arten, die in China heimisch und von wirtschaftlicher Bedeutung sind, wie z. B. Rambutan, Sapindus (Seifenbeeren) und Ballonrebe, mit dem Ziel einer breit angelegten und gründlichen vergleichenden Genomforschung für Sapindaceae-Genomik", fügt Xia hinzu. "Die Hauptforschungsinteressen werden unter anderem die Blüte, der Sekundärstoffwechsel, der zu Aromen und Düften führt, sowie die Blüten- und Fruchtentwicklung sein."
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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