In einer wärmeren Welt sieht Brokkoli eher wie Blumenkohl aus
Wie erfahrene Gärtner wissen, entwickeln sich die Köpfe von Brokkoli nicht richtig und können Blumenkohl ähneln, wenn sie bei höheren Temperaturen angebaut werden.
Hans / Pixabay
Eine neue Studie zeigt die genetischen Grundlagen dafür auf, warum die Köpfe von Brokkoli bei Hitze abnormal werden. Sie gibt Aufschluss über die Auswirkungen der klimabedingten Erwärmung auf alle Kulturpflanzen und weist den Weg für die Züchtung hitzeresistenter neuer Sorten.
Brokkoli wächst am besten, wenn er im kühlen zeitigen Frühjahr oder im Spätsommer bis in den Herbst hinein gepflanzt wird. Die Forscher fanden heraus, dass Brokkoli zwar bei durchschnittlichen Temperaturen von 16°C normal wächst, seine Kronen sich jedoch bei 22°C zu verformen beginnen und er bei 28 °C dichte, blumenkohlartige Köpfe (so genannte Quarkköpfe) bildet.
Die Forscher wendeten dann 5-Azacytidin an, eine Chemikalie, von der bekannt ist, dass sie einen Prozess namens DNA-Methylierung hemmt, bei dem eine Methylgruppe - ein kleines Molekül - an die DNA angehängt wird. Die Methylierung ist ein Mechanismus, mit dem Gene ein- und ausgeschaltet werden können; in diesem Fall unterdrückt sie eine Gruppe von Genen, die für die normale Produktion von Brokkoliköpfen erforderlich sind. Nach der Verabreichung von 5-Azacytidin wuchsen normale Brokkoliköpfe sogar bei 82 Grad Celsius, was darauf hindeutet, dass die Methylierung hinter dem abnormalen Wachstum in Gegenwart von Hitze steckt.
"Sobald wir den Mechanismus besser verstehen, sollten wir in der Lage sein, Wege zu finden, um eine neue Biotechnologie zu entwickeln, einen molekulargenetischen Ansatz zur Unterdrückung der DNA-Methylierung, um Pflanzen zu züchten, die bei viel wärmeren Temperaturen und in größeren Regionen wachsen", sagte Susheng Gan, Professor an der Cornell University im College of Agriculture and Life Sciences und Mitautor der am 22. Dezember in der Zeitschrift Molecular Horticulture veröffentlichten Arbeit . Liping Chen, Professor für Gemüsewissenschaft an der Zhejiang Universität in Hangzhou, China, ist der andere korrespondierende Autor.
Wärmere Temperaturen wirken sich auf alle Aspekte des Wachstums und der Entwicklung von Pflanzen aus. Die Blütenentwicklung ist besonders komplex und reagiert empfindlich auf Temperaturen, wobei Hitze die Qualität und den Ertrag von Gemüse wie Brokkoli mindert, bei dem der gesamte Blütenkopf - einschließlich Stängel, Stiele, Blätter und Blüten - verzehrt wird. Obwohl weitere Studien erforderlich sind, glaubt Gan, dass die DNA-Methylierung von Genen, die an der Blütenentwicklung beteiligt sind, bei höheren Temperaturen in allen Kulturpflanzen konserviert sein könnte.
In der Studie untersuchten die Forscher Brokkoli-Pflanzen (Brassica oleracea) mit Hilfe von Ganzgenom-Sequenzierungstechnologien, die das Methylom der Pflanze - also den Ort der Methylierung im Genom - und ihr Transkriptom - das angibt, welche Gene eingeschaltet sind - identifizierten. Sie fanden heraus, dass die abnormale Blütenentwicklung bei Brokkoli durch eine Reihe von Genen reguliert wird, die mit der Einstellung der Blütenentwicklung in Verbindung stehen (FCGs). Bei 16 °C entwickelten sich die Brokkoliköpfe (die Blütenknospen) normal. Bei 28°C und in geringerem Maße bei 22°C wurde die Methylierung von genetischen Elementen unterdrückt, die die FCGs einschalteten.
Bei wärmeren Temperaturen wird die Blütenentwicklung auf frühere Entwicklungsstadien beschränkt. So sind die Brokkoliknospen bei 22°C auf ein Stadium beschränkt, in dem sie wie eine Kreuzung aus Brokkolikopf und Blumenkohlquark aussehen; und bei 28°C sind sie noch weiter unterentwickelt und ähneln einem Blumenkohl-ähnlichen Quark.
Künftige Studien werden den Mechanismus der DNA-Methylierung von FCGs bei hohen Temperaturen untersuchen.
Zilei Yao und Lu Yuan, beide von der Universität Zhejiang, sind die Erstautoren der Studie.
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