( Inside Science) – Zitronen sind bekannt für ihren sauren Geschmack. Jetzt haben Wissenschaftler die mysteriösen Gene hinter dieser Säure aufgedeckt, neue Erkenntnisse, die Landwirten helfen könnten, süßere Orangen, Zitronen, Limetten, Grapefruits und andere Zitrusfrüchte zu züchten.
Der älteste bekannte Hinweis auf Zitrusfrüchte stammt aus dem Jahr 2200 v. Chr., als dem kaiserlichen Hof von Yu dem Großen in China Tribute von Mandarinen und Pampelmusen in Zierseide überreicht wurden. Mehr Zitrusfrüchte werden jetzt angebaut als jede andere Art von Obst weltweit; Zum Beispiel im Jahr 2014 konsumierten die Menschen in den Vereinigten Staaten etwa 35,6 Kilogramm Zitrusfrüchte pro Person, nach dem Agricultural Marketing Resource Center.
Zitrusfrüchte sind für ihre Säure bekannt. Der saure Geschmack einer Frucht hängt von Kompartimenten in Pflanzenzellen ab, die als Vakuolen bekannt sind, die sauer sind, weil positiv geladene Wasserstoffionen (im Wesentlichen Protonen) in sie gepumpt werden. Bei den meisten Pflanzenarten sind diese Vakuolen im Vergleich zum Rest des Zellinneren nur schwach sauer. Es war lange ein Rätsel, wie Zitrusvakuolen extrem sauer wurden.
Die neue Entdeckung in Bezug auf Zitrusfrüchte begann mit entfernten Verwandten von Zitruspflanzen, den Petunien. Das Ehepaar Ronald Koes und Francesca Quattrocchio, Molekulargenetiker an der Universität Amsterdam, und ihre Kollegen fanden heraus, dass mutierte Versionen von Genen, die als PH1 und PH5 bekannt sind, die Farbe der Blüten verändern können, indem sie ihre Blütenblätter übersäuern. „Blütenblätter mit mehr sauren Vakuolen sind rötlich; Blütenblätter mit weniger sauren Vakuolen sind bläulich“, sagte Quattrocchio.
Diese Gene produzierten Moleküle, die als P-ATPasen auf den Membranen der Vakuolen bekannt sind, wodurch die Anzahl der Protonen erhöht wurde, die in die Kompartimente gepumpt werden. Versionen dieser Gene finden sich nicht nur in Blütenpflanzen, einschließlich Arten ohne bunte Blütenblätter, sondern auch in Pflanzen ohne Blüten, wie Nadelbäumen.
Die weitverbreitete Natur dieser Pflanzengene deutete darauf hin, dass sie über die Blütenfarbe hinaus eine Rolle spielen könnten. Dies spornte die Wissenschaftler an zu untersuchen, ob sie für den sauren Geschmack von Zitrusfrüchten verantwortlich sein könnten. „Wir haben uns die säurereichste Pflanze angesehen, die wir uns vorstellen konnten, Zitronen“, sagte Koes.
Die Forscher untersuchten CitPH1 und CitPH5, die Zitrusversionen dieser Petuniengene. Sie fanden heraus, dass diese Gene in sauren Zitronen, Orangen, Pampelmusen und Rangpur-Limetten hochaktiv waren, aber in süß schmeckenden „säurefreien“ Zitrussorten wie Lima-Orangen und Millsweet-Limettas aufgrund einer Vielzahl von hinderlichen Mutationen viel weniger aktiv waren. „Die Leute werden diese Arbeit als Lösung für ein Rätsel sehen, das schon lange da draußen war“, sagte Quattrocchio.
Frühere Versuche, diese Proteine hinter Zitrusfrüchten zu isolieren, hatten wahrscheinlich Probleme, da diese Moleküle in Membranen eingebettet sind und daher schwer zu reinigen und zu analysieren sind, sagte Koes. Darüber hinaus besteht die komplette Pumpe aus Dutzenden von Proteinen und neigt dazu, während der Reinigung auseinanderzufallen, fügte er hinzu. Darüber hinaus würde die Säure in Zitrusvakuolen selbst viele Versuche, ihre Membranen zu untersuchen, zunichte machen, sagte der Pflanzenphysiologe Lincoln Taiz von der University of California in Santa Cruz.
„Dies ist eine aufregende Entdeckung – sie erklärt, warum die Zitronenfrucht in der Lage ist, die Vakuole zu übersäuern“, sagte Taiz, der an dieser Forschung nicht teilnahm.
Diese Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Züchtung neuer Obstsorten zu beschleunigen, sagte Koes. Durch die Analyse der DNA junger Setzlinge könnten Züchter eines Tages die Süße oder Säure ihrer Früchte vorhersagen, „viele Jahre bevor die Bäume Früchte tragen, die man auf herkömmliche Weise auf Säure oder Geschmack untersuchen kann“, erklärte Koes.
Eine solche verbesserte Züchtung ist möglicherweise nicht auf Zitrusfrüchte beschränkt. „Zum Beispiel könnte der Säuregehalt von Weintrauben variiert werden, um verschiedene Weinaromen zu erzeugen“, sagte Taiz. „Eine andere Anwendung könnte darin bestehen, die Farben von Blumen zu variieren.“
Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass diese Gene mit wichtigen Teilen der Pflanzenentwicklung verbunden sind. „Wir sehen sie in Stammzellen aktiv, und wir haben noch keine Ahnung, warum“, sagte Studienleiterin Pamela Strazzer, Molekulargenetikerin an der Universität Amsterdam.
Die Wissenschaftler detailliert ihre Ergebnisse online Februar. 26 in der Zeitschrift Nature Communications.
