Benutzer:Gerhart Ryffel/ad Pilzresistenz

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Pilzresistenz

Kraut- und Knollenfäule
Schnitt durch eine von der Knollenfäule befallene Kartoffel

Algenähnliche Pilze wie die Gattung Phytophthora infestans gehören zu den Pflanzenschädlingen, die die höchsten Ernteschäden verursachen, etwa durch die Kraut- und Knollenfäule bei Tomaten und Kartoffeln. Mit konventionellen Züchtungsmethoden erreicht man zwar hier durch Einkreuzung mexikanischer Wildrassen eine gewisse Resistenz, jedoch werden auch unerwünschte Eigenschaften übertragen, die dann in langwierigen Verfahren wieder herausgezüchtet werden müssen. Alternativ werden chemische Fungizide ausgebracht – pro Anbausaison bis zu sechzehnmal – oder etwa im Biolandbau Kupfersulfate, die aber zu einer starken Bodenbelastung führen.[1] Um die Kraut- und Knollenfäule zu bekämpfen, wurden mit gentechnischen Methoden Resistenzgene aus Wildkartoffeln in etablierte Kartoffelsorten übertragen. Zunächst wurde vom Chemieunternehmen BASF die Kartoffelsorte „Fortuna“ hergestellt, die zwei Resistenzgene aus einer südamerikanischen Wildkartoffelsorte enthält. Nach ersten Freilandversuchen entschied BASF im Jahr 2012 angesichts der kritischen Beurteilung durch die Oeffentlichkeit generell auf eine Weiterentwicklung gentechnisch veränderter Pflanzen für den europäischen Markt zu verzichten.[2] Seit 2009 werden cisgene Kartoffeln mit mehreren Resistenzgenen gegen Phytophthora von der Universität Wageningen (Niederlanden) in mehreren europäischen Ländern getestet.[3] Aufgrund zehnjähriger Tests im Freiland schätzen die Forscher aus Wageningen, dass beim Verwenden dieser cisgenen Kartoffeln etwa 80 % der normalerweise verwendeten Fungizide eingespart werden könnten.[4] Seit 2015 werden 8 verschiedene cisgene Kartoffellinien auch von Agroscope in der Schweiz getestet.[5] In den USA wurden im Jahr 2016 zwei Phythophtora resistente Kartoffelsorten "innate second generation potato" der Firma Simplot für den kommerziellen Anbau zugelassen.[6]

Apfelschorf

Apfelschorf ist eine häufige Pilzkrankheiten beim Kulturapfel, die den Einsatz von Fungiziden bedingt, um die Krankheit einzudämmen. Um den Einsatz dieser Fungizide zu reduzieren, die teilweise auch in der ökologischen Landwirtschaft zugelassen sind, versucht man resistente Apfelsorten zu entwickeln. Da die Wildformen des Apfels gegen diese Krankheiten resistent sind, hat man Kreuzungen vorgenommen, um pilzresistente Äpfel zu erhalten. Dieses Unterfangen ist sehr langwierig, da aus den Nachkommen über mehrere Generationen Äpfel selektioniert werden müssen, die neben der Resistenz auch die gewünschten Eigenschaften des Kulturapfels besitzen. Ein wesentlich einfacherer Weg besteht darin, die isolierten Resistenzgene der Wildform mit gentechnischen Methoden in die gewünschte Apfelsorte einzubringen. So wurde das Resistenzgen gegen Apfelschorf in die Apfelsorte Gala eingebracht.[7] Dieser gentechnisch veränderte Gala Apfel zeigt ein um 80 % reduziertes Wachstum des Apfelschorfs. Er ist ein cisgener Apfel, da er keine Fremd-DNA enthält, und es besteht somit kein Risiko der Auskreuzung. Seit 2011 wird diese cisgene Apfelsorte in Freilandversuchen in Holland getestet.[8]

Panamakrankheit der Bananen

Panamakrankheit ist eine verheerende Krankheit der Bananen, die durch den Pilz Fusarium oxysporum f. sp. cubense vermittelt wird und durch Befall der Wurzeln zum Verwelken der Bananenstauden führt. In den letzten Jahren ist eine neue Variante, TR4, dieses Pilzes aufgetaucht, die die Bananensorte Cavendish bedroht, die als weltweit bedeutendste Banane gilt. Da bisher keine wirksame Bekämpfung möglich ist und die Sporen Jahrzehnte im Boden überleben, können schon in vielen Regionen der Welt keine Bananen mehr angebaut werden.[9] Die Cavendish-Banane ist wie viele Kulturbananen steril, so dass das Einkreuzen eines Resistenzgens nicht möglich ist. Eine Forschergruppe der Queensland University of Technology hat mit gentechnischen Methoden ein Resistenzgen aus einer wilden Bananensorte in die Cavendish-Banane eingebracht. Diese Banane ist resistent gegen die Panamakrankheit und zeigt vergleichbare Erträge wie die ursprüngliche Cavendish-Banane. Sie ist aber nicht cisgen, da sie auch Fremd-DNA enthält. Ein Auskreuzen dieser Fremd-DNA ist aber nicht möglich, da Cavendish steril ist.[10] Als alternative werden pilzresistente Bananen durch Genome Editing entwickelt, um keine Fremd-DNA einzuführen.[11]

Echter Mehltau

Das Eindringen eines Pilzes in eine Pflanzenzelle setzt in der Regel eine Wechselwirkung mit bestimmten Pflanzengenen voraus. Daher kann das gezielte Zerstören solcher Gene eine Resistenz vermitteln. So konnte durch gezieltes Ausschalten (Gen-Knockout) der sechs MLO (Mildew Resistance Locus) Allele für den Echten Mehltau beim Brotweizen eine Resistenz gegen diese Pilzkrankheit erreicht werden.[12] Die gleichzeitige Mutation mit Genome Editing aller sechs Allele im hexaploiden Weizen dokumentiert die Effizienz dieser neuen Methode. Da die verwendeten Endonukleasen im resistenten Weizen nicht mehr vorhanden sind, wird in den USA dieser gentechnisch veränderter Weizen nicht als gentechnisch veränderter Organismus eingestuft, während in der EU noch keine abschließende Bewertung vorgenommen ist.[13]

  1. ↑ G. Gheysen, R. Custers: Why Organic Farming Should Embrace Co-Existence with Cisgenic Late Blight–Resistant Potato. In: Sustainability. Band 9, Nr. 2 2017, S. 172. doi:10.3390/su9020172
  2. ↑ C. Dixelius, T. Fagerstrom, J. F. Sundström: European agricultural policy goes down the tubers. In: Nat Biotechnol. Band 30, 2012, S. 492–493. doi:10.1038/nbt.2255
  3. ↑ Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln: Neue Strategien gegen einen trickreichen Erreger. In: transgen.de. Abgerufen am 29. November 2017.
  4. ↑ A. J. Haverkort u. a.: Durable Late Blight Resistance in Potato Through Dynamic Varieties Obtained by Cisgenesis: Scientific and Societal Advances in the DuRPh Project. In: Potato Research. Band 59, Nr. 1, 2016, S. 35–66. doi:10.1007/s11540-015-9312-6
  5. ↑ Feldversuch mit cisgenen Kartoffeln auf der Protected Site bewilligt. Abgerufen am 30. November 2017.
  6. ↑ Innate Second Generation Potatoes with Late Blight Protection Recieve EPA and FDA Clearances. Abgerufen am 30. November 2017.
  7. ↑ T. Vanblaere, H. Flachowsky, C. Gessler, G. A. Broggini: Molecular characterization of cisgenic lines of apple 'Gala' carrying the Rvi6 scab resistance gene. In: Plant BiotechnolJ. Band 12, 2014, S. 2–9. doi:10.1111/pbi.12110
  8. ↑ Go-ahead for field test with cisgene apples. Wageningen Universiteit, abgerufen am 30. November 2017.
  9. ↑ Stokstad, E. (2019). "Banana fungus puts Latin America on alert." Science 365(6450): 207-208.doi:10.1126/science.365.6450.207
  10. ↑ J. Dale u. a.: Transgenic Cavendish bananas with resistance to Fusarium wilt tropical race 4. In: Nat Commun. Band 8, Nr. 1 2017, S. 1496. doi:10.1038/s41467-017-01670-6
  11. ↑ Maxmen, A. (2019). "CRISPR might be the banana's only hope against a deadly fungus." Nature 574(7776): 15.doi:10.1038/d41586-019-02770-7
  12. ↑ Y. Wang, X. Cheng, Q. Shan, Y. Zhang, J. Liu, C. Gao, J. L. Qiu: Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. In: Nat Biotechnol. Band 32, 2014, S. 947–951. doi:10.1038/nbt.2969
  13. ↑ J. Gil-Humanes, D. F. Voytas: Wheat rescued from fungal disease. In: Nat Biotechnol. Band 32, 2014, S. 886–887. doi:10.1038/nbt.3013
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