Die Anfälligkeit von Tomatenpflanzen gegenüber Hitzestress stellt eine bedeutende Herausforderung für die Landwirtschaft dar, insbesondere in Zeiten des Klimawandels. Ein Forschungsteam vom Leibniz-Institut für Gartenbauwissenschaften hat nun vielversprechende Ergebnisse zu einem Verfahren namens thermisches Priming veröffentlicht, das die Hitzetoleranz und den Ertrag von Tomaten nach erneutem Hitzestress erheblich verbessern könnte. In ihrer Studie, die in der Fachzeitschrift „The Plant Journal“ veröffentlicht wurde, zeigen die Wissenschaftler, dass Tomatenpflanzen nach einer moderaten Hitzebelastung besser auf nachfolgende extreme Temperaturschwankungen reagieren können.
Die Untersuchung begann mit der Analyse der Tomatensorte „Moneymaker“ unter kontrollierten Bedingungen. Die Pflanzen wurden zunächst einer moderaten Hitzebelastung ausgesetzt, gefolgt von einem intensiven Hitzestress. Während die Pflanzen, die nicht zuvor moderatem Hitzestress ausgesetzt waren, erhebliche Schäden erlitten, zeigten die vorher behandelten Pflanzen eine deutlich verbesserte Stressresistenz. Dies deutet darauf hin, dass das thermische Priming eine Art Gedächtnis in den Pflanzen aktiviert, das es ihnen ermöglicht, sich auf künftige Stresssituationen vorzubereiten.
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass der schützende Effekt des Primings über einen längeren Zeitraum anhält als bei der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Selbst nach einer zehn Tage dauernden Pause zwischen den Hitzebelastungen war eine signifikante Schutzwirkung bei den Tomatenpflanzen nachweisbar. Allerdings ließ diese Wirkung mit der Zeit nach, sodass nach 20 Tagen keine messbaren Effekte mehr feststellbar waren. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Dauer des thermischen Gedächtnisses von Art zu Art variiert.
Ein besonders interessanter Aspekt dieser Studie betrifft die Produktivität der Pflanzen. Unter kontrollierten Bedingungen konnten die durch thermisches Priming behandelten Tomatenpflanzen im Vergleich zu ihren nicht vorbelasteten Gegenstücken durchschnittlich 41 Prozent mehr Früchte produzieren. Auch die Gesamtfruchtmasse war signifikant höher, was darauf hindeutet, dass das thermische Priming in Kombination mit wiederholtem Hitzestress zu einer Ertragssteigerung führen kann. Zudem ergaben Analysen von β-Carotin und Lutein – zwei wichtigen Markern für die Fruchtqualität – keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen, was darauf hinweist, dass die Qualität der Früchte nicht unter dem Stress gelitten hat.
Diese positiven Ergebnisse wurden auch in einem Feldversuch in Großbeeren beobachtet, wo die moderat erhitzten und anschließend erneut hitzegestressten Tomatenpflanzen etwa 53 Prozent mehr Früchte produzierten als die Kontrollgruppe. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Feldversuche unter variablen Umweltbedingungen stattfanden, was die Generalisierbarkeit der Ergebnisse einschränkt.
Auf molekularer Ebene haben die Forscher 267 Gene identifiziert, die nach der ersten Hitzebelastung sowie während des folgenden Hitzestresses besonders aktiviert wurden. Dazu gehören Gene wie _SlBAG6_ und _SlHSFA2_, letzteres spielt eine zentrale Rolle in der thermischen Gedächtnisreaktion. Untersuchungen an genetisch veränderten Tomatenpflanzen, die kein funktionelles SlHSFA2 aufwiesen, zeigen, dass diese Pflanzen in ihrer Fähigkeit zum thermischen Priming stark eingeschränkt waren und Schwierigkeiten hatten, sich nach erneutem Hitzestress zu erholen.
Zusammengefasst zeigt die Forschung, dass thermisches Priming ein vielversprechender Ansatz ist, um die Hitzetoleranz und den Ertrag von Tomatenpflanzen zu verbessern. Die Untersuchung hebt die Bedeutung des thermischen Stressgedächtnisses hervor und bietet interessante Ansatzpunkte für zukünftige Forschungen, um hitzebeständige Tomatensorten zu entwickeln. Dennoch bleibt die genaue Verbindung zwischen der molekularen Stressreaktion und der Erhöhung der Fruchtzahl noch zu klären.
