Baumwolle, Cotton Bollworm

Bt-Pflanzen: Resistenzen lassen sich verzögern, aber nicht ausschließen

Das Auftreten von Schädlingen, die gegen die Bt-Proteine gentechnisch veränderter Nutzpflanzen resistent sind, hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen - auch wenn insgesamt weniger Resistenzen aufgetreten sind, als zu Beginn befürchtet wurde. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, die im Oktober 2017 in der Fachzeitschrift Nature Biotechnology veröffentlicht wurde. Vorbeugende Maßnahmen sowie auch der Einsatz neuer Bt-Proteine können die Resistenzentwicklung verzögern.

Seit Ende der 1990er Jahre werden gentechnisch veränderte Pflanzen angebaut, die sogenannte Bt-Proteine produzieren. Diese Proteine wirken als spezifische Fraßgifte gegen verschiedene Schädlingsarten. Das bekannteste Beispiel ist Mais, der das Bt-Protein Cry1Ab enthält, welches gegen den Maiszünsler gerichtet ist. Bt-Proteine werden auch im Biolandbau eingesetzt, wo sie in gelöster Form versprüht werden.

Bruce Tabashnik

Bruce Tabashnik von der University of Arizona erforscht seit vielen Jahren die Resistenzentwicklung von Schädlingen beim Anbau von Bt-Pflanzen.

Foto: University of Arizona

Resistenzen gegenüber Bt-Pflanzen

Auftreten von Resistenzen gegenüber Bt-Pflanzen. 2016 wurden 16 Fälle resistenter Schädlinge gefunden, viermal so viel wie 2006 (4 Fälle). Eine Insektenpopulation wird dann als resistent eingestuft, wenn mehr als die Hälfte der Tiere resistent ist.

Mais, Befall Maiszünsler

Bisher keine Resistenzen: Der Maiszünsler war einer der ersten Schädlinge, der mit Hilfe einer gentechnisch veränderten Bt-Pflanze bekämpft wurde. Bis heute sind beim Maiszünsler keine Resistenzen gegen das gegen ihn gerichtete Bt-Protein Cry1Ab aufgetreten.

Mais, Befall Diabrotica

Resistente Schädlinge: Der Maiswurzelbohrer hat in größerem Umfang Resistenzen gegen das für ihn spezifische Bt-Protein Cry3Bb1 entwickelt. Experten führen das u. a. auf ein unzureichendes Resistenzmanagement zurück. Anfang 2016 hat die US-Umweltbehörde Regeln erlassen, welche die Farmer beim Anbau von Bt-Mais künftig beachten müssen. Damit soll eine weitere Ausbreitung von resistenten Maiswurzelbohrern „verlangsamt“ werden.

Foto: Mihaly Czepo

Großes Foto oben: Baumwollkapselbohrer, USDA / ARS

Bt-Pflanzen wurden zunächst in den USA angebaut, inzwischen wachsen sie in zahlreichen Ländern. 2016 wurden weltweit 98,5 Millionen Hektar Bt-Mais, -Baumwolle und -Sojabohnen angebaut. Seit sie auf den Markt kamen, haben sich Wissenschaftler damit beschäftigt, ob und unter welchen Bedingungen die Schädlinge resistent gegenüber Bt-Proteinen werden könnten.

Bruce Tabashnik, Wissenschaftler an der Universität von Arizona, verfolgt seit vielen Jahren die globale Resistenzentwicklung bei Insekten gegenüber Bt-Pflanzen. Er und seine Kollegen haben ein weiteres Mal zahlreiche Studien und Monitoringdaten ausgewertet und im Oktober 2017 eine aktuelle Bestandsaufnahme in Nature Biotechnology veröffentlicht. Die Wissenschaftler analysierten Daten zu insgesamt 36 „Fällen“. Dabei ging es um Bt-Pflanzen (Mais, Soja, Baumwolle) mit zehn verschiedenen Bt-Proteinen, 15 Insektenarten (14 Schmetterlinge, ein Käfer) in zehn Ländern auf sechs Kontinenten.

Die Wissenschaftler fanden 16 Fälle, bei denen mehr als die Hälfte einer Schädlingspopulation resistent war und sich die Wirksamkeit der Bt-Pflanzen im Feld dadurch wesentlich reduzierte – gegenüber 2005 mit nur drei Fällen eine Verfünffachung. Im Schnitt brauchten die Schädlinge fünf Jahre, um eine Resistenz auszubilden.

Demgegenüber stehen 17 Fälle, bei denen die Resistenz über eine lange Zeit bis heute gehalten hat. So sind z.B. beim Maiszünsler, der als erster Schädling mit gentechnisch verändertem Bt-Mais bekämpft wurde, bis heute keine Resistenzen aufgetreten.

In den drei verbleibenden Fällen war die Resistenz zwar schon vorhanden, aber noch nicht massiv genug, um praktische Konsequenzen zu haben. Die Wissenschaftler stufen diese Fälle als „Frühwarnung vor Resistenzen“ ein.

Dass die Entwicklung von Resistenzen - so wie man es auch beim Einsatz konventioneller Pflanzenschutzmittel kennt - nur eine Frage der Zeit sein würde, stand für Wissenschaftler bereits Ende der 1990er Jahre fest. Als geeignete Strategie, die Resistenzentwicklung hinauszuzögern, gilt die high dose/refuge- Strategie. Wenn sich Insekten, die resistent geworden sind, mit nicht-resistenten Insekten paaren, weist der Nachwuchs in der Regel nur eine schwache Resistenz auf. Die gentechnisch veränderten Pflanzen müssen eine ausreichende Menge Bt-Protein produzieren, um auch diese schwach resistenten Insekten abzutöten (high dose). Damit die nicht-resistenten Insekten genügend Lebensraum finden und so auch beginnende Resistenzen wieder „ausgedünnt“ werden, müssen in unmittelbarer Nähe zu den Feldern, auf denen Bt-Pflanzen angebaut werden, konventionelle Pflanzen der gleichen Art angebaut werden (Refugienflächen).

Die high dose/refuge- Strategie habe sich bisher insgesamt als erfolgreich erwiesen – so die Autoren der Studie - und in der überwiegenden Zahl der Fälle die Resistenzbildung beim Anbau von Bt-Pflanzen hinausgezögert. Als ein Beispiel wird der Rote Baumwollkapselwurm genannt, der in Indien sehr schnell nach nur sechs Jahren in Bt-Baumwollfeldern eine Resistenz entwickeln konnte. In den USA hingegen ist der gleiche Schädling auch nach zwanzig Jahren noch empfindlich gegenüber Bt-Baumwolle, was offenbar an den strengen Vorschriften zur Anlage von Refugienflächen liegt. Die gibt es in Indien zwar auch, sie werden aber in der Praxis oft nicht eingehalten. Daten aus China zeigen, dass durch ausreichende Refugienflächen sogar bereits ausgebildete Resistenzen des Roten Baumwollkapselwurms wieder zurückgedrängt werden konnten.

Auch wenn Schädlingsresistenzen sich insgesamt langsamer entwickelt haben als von den meisten erwartet, wird aber doch deutlich, dass das Auftreten resistenter Schädlinge inzwischen schneller zunimmt. Vor allem auch deshalb, weil durch den parallelen Anbau von Bt-Pflanzen mit verschiedenen Bt-Proteinen sogenannte Kreuzresistenzen auftreten können, d.h. die Schädlinge werden resistent gegen mehrere verwandte Bt-Proteine. Eine vielversprechende Entwicklung seien deshalb Bt-Pflanzen die einen neuen Typ von Bt-Proteinen enthalten, sogenannte „vegetative insecticidal proteins“ (Vip). Alle bisher genutzten Bt-Proteine gehören zu einer anderen Gruppe, den kristallinen Proteinen (Cry-Proteine). Da die beiden Typen von Proteinen so unterschiedlich sind, gibt es zwischen ihnen keine Kreuzresistenzen oder sie sind nur sehr gering.

Tabashnik und seine Kollegen sehen Bt-Pflanzen auch in Zukunft als wichtigen Teil der Landwirtschaft, auch wenn sich die Bildung von Resistenzen nicht verhindern lasse. Aber wenn man sie nicht nur für ein paar Jahre, sondern für einige Jahrzehnte aufhalten könne, sei dies ein großer Gewinn.

Sie sprechen sich aber auch dafür aus, bei der Bekämpfung der Schädlinge nicht allein auf gentechnisch veränderte Bt-Pflanzen zu setzen. Die Landwirte sollten insgesamt stärker die Grundsätze des integrierten Pflanzenschutzes beachten. Der Anbau von Bt-Sorten sei nur eine von mehreren Maßnahmen.

Schädlinge, die bereits Reasistenzen entwickelt haben (>50%) Land
Zuckerrohrbohrer Argentinien
Maiswurzelbohrer USA
Herbst-Heerwurm Brasilien, USA
Baumwollkapselbohrer USA
Roter Baumwollkapselwurm Indien
Maisstengelbohrer Südafrika
Western Bean Cutworm (kein deutscher Name) USA
Maiszünsler: bislang keine Resistenzen

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