The next time you bite into a supermarket tomato and are less than impressed with the taste, blame aesthetics. A new study reveals that decades of breeding the fruits for uniform color have robbed them of a gene that boosts their sugar content.
The finding is "a massive advance in our understanding of tomato fruit development and ripening," says Alisdair Fernie, who studies the chemical composition of tomatoes at the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam, Germany.
The tomato originated in South America and is now grown around the world. More than 15 million tons are harvested in the United States alone each year. Farmers pluck the fruits from the vine before they are ripe, and for about 70 years breeders have selected tomatoes that are uniformly light green at that time. This makes it easier to spot the tomatoes that are ready to be harvested and ensures that, by the time they hit supermarket shelves, the fruits glow with an even red color. Wild varieties, in contrast, "have dark green shoulders, and that makes it harder to determine the right time to harvest," says Ann Powell, a plant scientist at the University of California, Davis. Consumers might also find unevenly colored tomatoes less appealing, she suggests.
To find the gene behind the color change, Powell and colleagues crossed cultivated varieties of tomatoes with wild species. By selecting those plants with dark green shoulders and crossing them back with the cultivated varieties, they narrowed down the culprit to a region on chromosome 10. Using the recently completed tomato genome sequence they then identified the gene as SlGLK2—a so-called transcription factor, which controls when and where other genes are switched on or off.
In wild tomatoes, SlGLK2 increases the formation of chloroplasts, the compartments in plant cells that carry out photosynthesis. Chloroplasts use a green pigment, chlorophyll, to capture the sunlight plants need to grow. A higher number of chloroplasts gives wild tomatoes their darker green color. Even though chloroplast formation and chlorophyll synthesis are among the most important developmental processes in biology, little is known about them, says David Francis, a tomato geneticist at Ohio State University, Wooster, who was not involved in the work. This is a "significant and important" finding, he says. "The authors have described a gene that helps regulate the process."
In most tomatoes on supermarket shelves, however, SlGLK2 is inactive. "We looked at about a dozen varieties, one from Asia, some from Europe, and all of them had the same mutation," says Powell. The researchers do not know where the mutation—a string of bases consisting of seven As, where there should only be six—came from initially. But it might have arisen independently multiple times, says Powell, because repetitions of the same letter of the genetic alphabet are prone to errors.
While the mutation was beneficial to farmers, it's not such a sweet deal for consumers. Chloroplasts use the light energy they capture to convert carbon dioxide and water into sugars. Tomatoes with a mutated SlGLK2gene not only have fewer chloroplasts, they also sport less sugar. By inserting an intact copy of the gene into tomatoes, the researchers increased the amount of glucose and fructose in ripe fruits by up to 40%, the authors write in the paper, published online today in Science. The content of lycopene, an antioxidant that could have significant health benefits, was also increased. Because of regulations the scientists were not allowed to eat these tomatoes, but they suggest that the higher sugar content should make the fruits more palatable. The intact gene could be crossed back into tomatoes by traditional breeding, says Powell.
Francis is not yet convinced that that will improve the taste, however. The increased sugar content might also be due to changes in other parts of the plants, he suggests. (About 80% of the sugar in tomatoes is actually produced in the leaves and transported to the fruit later.) He also cautions that the results obtained in small greenhouse pots might be different from what growers would see in field-grown tomatoes. "The real culprit affecting tomato flavor is a production system that picks tomatoes before they are ripe," because that changes the ripening process, he says, interrupting for instance the conversion of starch to sugar.
Powell agrees that the early harvest affects fruit quality: "Ripening probably doesn't proceed the same way when the fruit is plucked from the vine," she says. There might be more than one reason that supermarket tomatoes pale in comparison.
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La prochaine fois que vous mordez une tomate du supermarché et n'êtes pas impressionnés par goût blâme l'ésthétique. Une nouvelle étude révèle que des décennies de la reproduction des fruits pour une couleur uniforme les ont volés d'un gène qui accroît leur teneur en sucre.
Le constat est "une avance massive dans notre compréhension du développement du fruit de tomate et de la maturation», explique Alisdair Fernie, qui étudie la composition chimique de tomates à l'Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes à Potsdam, en Allemagne.
La tomate originaire d'Amérique du Sud est maintenant cultivé partout dans le monde. Plus de 15 millions de tonnes sont récoltées aux États-Unis seulement chaque année. Les agriculteurs cueillient les fruits de la vigne avant qu'ils soient mûrs, et pour environ 70 ans les éleveurs ont sélectionné les tomates qui sont uniformément verts clairs à ce moment-là. Cela rend plus facile à repérer les tomates qui sont prêtes à être récoltées et veille à ce que, au moment où ils ont frappé les étagères des supermarchés, la lueur des fruits est une couleur uniforme rouge. En revanche,les variétés sauvages, ont des sombres épaules vertes, et qui les rend plus difficile de déterminer le bon moment pour la récolte», explique Ann Powell, un scientifique des plantes à l'Université de Californie, Davis. Les consommateurs pourraient également trouver des tomates inégalement colorées moins attrayante, elle suggère.
Pour trouver le gène derrière le changement de couleur, Powell et ses collègues ont traversé variétés cultivées de tomates avec des espèces sauvages. En sélectionnant ces végétaux, avec les épaules noires et vertes en les croisant de retour avec les variétés cultivées, ils ont rétréci vers le bas le coupable à une région sur le chromosome 10.L' utilisation de la séquence du génome de tomate a récemment terminé, Ils ont ensuite identifié le gène en tant SlGLK2-un facteur de transcription soi-disant, qui contrôle quand et où d'autres gènes sont activés ou désactivés.
Dans les tomates sauvages, SlGLK2 augmente la formation des chloroplastes, les compartiments dans les cellules végétales qui réalisent la photosynthèse. Les chloroplastes utiliser un pigment vert, la chlorophylle, pour capturer la lumière du soleil les plantes ont besoin pour grandir. Un plus grand nombre de chloroplastes donne aux tomates leur couleur verte sauvages sombre. Même si la formation des chloroplastes et synthèse de la chlorophylle sont parmi les plus importants processus de développement en biologie, on sait peu sur eux, dit David Francis, un généticien de tomate à l'Ohio State University, Wooster, qui n'était pas impliqué dans le travail. Il s'agit d'une "importante et significative" constatation, dit-il. "Les auteurs ont décrit un gène qui aide à réguler le processus."
Dans la plupart des tomates sur les tablettes des supermarchés, cependant, SlGLK2 est inactif. «Nous avons examiné une douzaine de variétés, l'une en provenance d'Asie, certains en provenance d'Europe, et tous avaient la même mutation," dit Powell. Les chercheurs ne savent pas est- ce que la mutation est une chaîne de bases composé de sept sous ou il ne devrait être de six provenaient d'abord. Mais il aurait pu se produire plusieurs fois indépendamment, dit Powell, parce que les répétitions de la même lettre de l'alphabet génétique sont sujettes à des erreurs.
Alors que la mutation a été bénéfique pour les agriculteurs, ce n'est pas comme une bonne affaire pour les consommateurs. Les chloroplastes utilisent l'énergie lumineuse qu'ils capturent pour convertir le dioxyde de carbone et de l'eau en sucres. Les Tomates avec un SlGLK2 gène muté non seulement ont moins de chloroplastes, ils ont également arboré moins de sucre. En insérant une copie intacte du gène dans les tomates, les chercheurs ont augmenté la quantité de glucose et de fructose dans les fruits mûrs d'un maximum de 40%, écrivent les auteurs dans le document, publié en ligne aujourd'hui dans Science. Le contenu de lycopène, un antioxydant qui pourrait avoir des avantages importants pour la santé, a également été augmenté. En raison de la réglementation des scientifiques ne sont pas autorisés à manger ces tomates, mais ils suggèrent que la teneur en sucre plus élevée devrait rendre les fruits plus acceptable. Le gène intact pourrait être repassé dans des tomates par l'élevage traditionnel, dit Powell.
Francis n'est pas encore convaincu que ce sera d'améliorer le goût, cependant. La teneur en sucre accrue pourrait aussi être due à des changements dans d'autres parties des plantes, il suggère. (Environ 80% du sucre dans les tomates est effectivement produite dans les feuilles et transporté aux fruits plus tard.) Il met également en garde que les résultats obtenus dans des pots à effet de serre peut être différent de ce que les producteurs verraient dans le champ-les tomates. "Le vrai coupable affecte la saveur de la tomate est un système de production qui capte les tomates avant qu'ils soient mûrs," parce que celà change le processus de maturation, dit-il, interrompant par exemple la conversion de l'amidon en sucre.
Powell reconnaît que la récolte précoce affecte la qualité des fruits: «La maturation probablement ne procède pas de la même manière lorsque le fruit est cueilli de la vigne», dit-elle. Il pourrait y avoir plus d'une raison que les tomates de supermarché pâle figure en comparaison.
