Apfelschorf 2:1

Mit Apfel-Genen gegen Feuerbrand und Apfelschorf

Apfelschorf und Feuerbrand sind weit verbreitete Pflanzenkrankheiten, die der Obstbauer in der Regel mit chemischen Pflanzenschutzmitteln bekämpft. Beliebte Apfelsorten wie Gala oder Jonagold sind hochanfällig dafür, neuere resistentere Sorten aber nur schwer zu vermarkten. Seit ein paar Jahren verfolgen Wissenschaftler aus Deutschland, der Schweiz und den Niederlanden das Ziel, mit Hilfe der Gentechnik Resistenzgene aus Wildäpfeln in gängige Kulturäpfel zu übertragen. Die Sorte kann dabei in ihren charakteristischen Eigenschaften erhalten bleiben. Und die Äpfel enthalten trotz Gentechnik am Ende nur apfeleigene Gene. Seit 2011 werden solche cisgenen Apfelbäume mit Schorfresistenz an der Universität Wageningen (Niederlande) im Freiland getestet. 2016 starten in der Schweiz Versuche mit feuerbrandresistenten cisgenen Apfelbäumen.

Apfel

Apfelschorf wird ausgelöst durch einen Pilz. Durch Ausschleudern der Wintersporen werden im Frühjahr bei feuchter Witterung die ersten Infektionen ausgelöst. Auf den Blättern und Früchten bilden sich zunächst blass oliv-grüne, später bräunliche bis schwarze Flecken. An den Befallsstellen bilden sich dann die Sommersporen, die zu weiteren Infektionen führen.

Feuerbrand

Feuerbrand wird durch ein Bakterium übertragen. Er kann sich rasend schnell ausbreiten, befallene Pflanzenteile verfärben sich und sehen aus „wie vom Feuer verbrannt“. Feuerbrand breitet sich seit den fünfziger Jahren in Europa und seit Anfang der siebziger Jahre auch in Deutschland aus.

Foto: Sebastian Stabinger / wikimedia

Vergleich Kulturapfel, Wildapfel

Klassische Züchtung: Wenn ein Kulturapfel (links) mit einer Wildart (rechts) gekreuzt wird, gehen viele gute Anbau- und Produkteigenschaften der Kultursorte verloren und müssen erneut eingezüchtet werden. Die vom Wildapfel erworbene Resistenz soll dabei erhalten bleiben.

Apfelplantage

Im Herbst 2011 ausgepflanzte cisgene Apfelbäumchen an der Universität Wageningen, Niederlande. Der Freisetzungsversuch ist auf zehn Jahre angelegt (2011-2021)

Foto: Cesare Gessler/ETH Zürich

Der Apfel ist die Obstart, bei der mit Abstand die meisten Pflanzenschutzmitteleingesetzt werden. Um einen Befall mit Apfelschorf, der durch einen Pilz ausgelöst wird, zu vermeiden, werden die Apfelbäume in Deutschland zehn bis zwanzigmal mit chemischen Mitteln gegen Pilzerkrankungen (Fungizide) behandelt. Im biologischen Anbau werden mehrfach Kupfer und Schwefelpräparate ausgebracht. Der Verzehr von Äpfeln, die mit Schorf befallen sind, ist zwar nicht gesundheitsschädlich, aber solche Früchte lassen sich nicht vermarkten.

Die Bekämpfung von Feuerbrand, einer hochansteckenden bakteriellen Erkrankung, ist schwierig. Oft bleibt nichts anderes übrig, als betroffene Bäume radikal zu beschneiden oder zu fällen – manchmal ganze Apfelanlagen. Wirksame Pflanzenschutzmittel basieren auf dem Antibiotikum Streptomycin, die aber in Zukunft nicht mehr erlaubt sind.

Gegen die berüchtigten Apfelkrankheiten widerstandsfähige Äpfel zu züchten, um den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu verringern, ist schon seit langem eines der wichtigsten Ziele in der Apfelzüchtung. Dabei greift man auch in der klassischen Züchtung auf Resistenzeigenschaften von Wildäpfeln zurück. So gehen etwa die meisten der heutigen Apfelsorten mit einer gewissen Schorfresistenz auf eine Kreuzung mit dem Wildapfel Malus floribunda 821 zurück.
Es dauert dann allerdings Jahrzehnte, bis aus einer solchen Kreuzung mit einem kleinen ungenießbaren Wildapfel wieder eine Apfelsorte mit großen, gut schmeckenden Früchten gezüchtet werden kann, die zugleich resistent ist. Bei der Kreuzung der Apfelsorte Morgenduft mit Malus floribunda dauerte es sechzig Jahre. Und der neue Apfel war kein Morgenduft mehr, sondern eine neue Sorte mit Namen Florina. Denn auf klassischem Wege ist es nicht möglich, eine Resistenz in beliebte, auf dem Markt eingeführte Apfelsorten hineinzuzüchten.

Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich, des Julius Kühn-Institutes (JKI) Dresden-Pillnitz sowie der Universität Wageningen (Niederlande) verfolgen schon seit vielen Jahren das Ziel, geeignete Resistenzgene aus Wildäpfeln mit Hilfe der Gentechnik in gängige Apfelsorten zu übertragen. Das besondere ihres Ansatzes ist, dass die gentechnisch veränderten Äpfel am Ende kein artfremdes Erbmaterial enthalten, sondern nur Gene aus Apfel, die auch mit konventioneller Züchtung eingekreuzt werden könnten. Die Früchte sind dann nicht transgen (lat. trans = jenseits (der Artgrenzen)), sondern cisgen (lat. cis = diesseits). Neben dem eigentlichen Resistenzgen aus der Wildart, stammen auch alle weiteren benötigten Gensequenzen aus dem Apfelerbgut.

Ein Gen für Schorfresistenz aus dem Wildapfel Malus floribunda 821 konnte von den Wissenschaftlern schon vor einigen Jahren isoliert werden. Mit diesem Gen wurden mehrere cisgene Apfellinien der Sorte Gala erzeugt. Ein Teil dieser Linien wird seit 2011 an der Universität Wageningen im Freilandversuch angebaut. 2014 trugen die Apfelbäume das erste Mal Früchte. Während die Früchte der gegen Apfelschorf empfindlichen konventionellen Apfelbäume befallen waren, zeigten die Früchte der cisgenen Bäume keine Anzeichen von Apfelschorf.

Anfang 2014 gelang schließlich auch der Durchbruch bei Feuerbrand. Es konnte ein wirksames Resistenzgen (FB_Mr5) gegen Feuerbrand in dem Wildapfel Malus x robusta5 identifiziert und in die Sorte Gala übertragen werden. Dass dieses Gen tatsächlich eine Resistenz gegen Feuerbrand bewirkt, wurde in Deutschland und der Schweiz inzwischen im Gewächshaus erfolgreich getestet. Die Apfelbäume sollen ab 2016 über fünf Jahre auf dem Gelände der Protected Site der Schweizer Forschungseinrichtung Agroscope getestet werden. Ein entsprechender Freisetzungsantrag wurde Anfang Mai 2016 bewilligt. Das Freisetzungsgelände Protected Site wurde 2012 eingerichtet, um das Wissen über gentechnisch veränderte Pflanzen und ihr Verhalten in der Umwelt zu erweitern. So geht es auch bei der Freisetzung mit den cisgenen Apfelbäumen zunächst darum, die Vor- und Nachteile der neuen Züchtungstechnologie „Cis-Gentechnik“ differenzierter beurteilen zu können. Eine Kommerzialisierung ist nicht vorgesehen.

Es ist grundsätzlich möglich, beliebig viele apfeleigene Resistenzgene auf diese Weise in bestehende Apfelsorten einzuführen. Da Krankheitserreger die Fähigkeit besitzen, sich anzupassen und bestehende Resistenzen auch wieder zu durchbrechen, ist es sinnvoll, dass mehrere Gene an der Resistenz beteiligt sind. Deshalb wird eine „Pyramidisierung“ der Resistenzgene angestrebt. Die Suche nach weiteren geeigneten Resistenzgenen geht weiter.