Freilandversuch Wageningen 2

Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln: Neue Strategien gegen einen trickreichen Erreger

Phytophthora infestans - so heißt der Erreger der Kraut- und Knollenfäule, die zu den wichtigsten Kartoffelkrankheiten zählt. Der kleine Pilz verursacht weltweit Ernteeinbußen von etwa zwanzig Prozent. Seine Bekämpfung ist aufwändig und belastet die Umwelt, auch im Öko-Landbau. In den USA wurde 2015 die erste phytophthora-resistente gv-Kartoffel für den Anbau zugelassen. Sie enthält ein Resistenzgen aus Wildkartoffel. Auch an der Universität Wageningen (Niederlande) wurden Kartoffeln mit verschiedenen Resistenzgenen aus Wildkartoffeln ausgestattet. Freilandversuche zeigten, dass das Konzept funktioniert - am besten dann, wenn gleich mehrere Resistenzgene übertragen wurden.

Befall durch Phytophthora

Es beginnt mit braunen Flecken. Insbesondere bei feucht-warmer Witterung verbreitet Phytophthora sich rasend schnell. Zunächst bilden sich grau-grüne im weiteren Verlauf braune Flecken auf Stängel und Blättern, an der Unterseite der Blätter ein weißer Pilzrasen. Die Blätter verfaulen schließlich oder vertrocknen.

Phytophthora befallene Knollen

Kranke Knollen. Bei Regen wird Phytophthora in den Boden gespült und befällt dort auch die Knollen.

Fungizid-Behandlungen bei Kartoffeln

Durchschnittliche Anzahl an Fungizid-Behandlungen in einer Vegetationsperiode bei Kartoffeln 2007 - 2011. Bei der Berechnung der Anzahl wurde berücksichtigt, wenn weniger als die erlaubte Menge oder nicht auf der gesamten Fläche gespritzt wurde.

Quelle: Nationaler Aktionsplan zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (NAP), BMELV

Befall durch Phytophthora

Schäden durch Kraut- und Knollenfäule : Normale, nicht resistente Kartoffelsorte ohne Behandlung (vorn), gentechnisch veränderte resistente Kartoffeln (Hintergrund).

Freilandversuch Wageningen

Resistent durch Kartoffel-Gene: Bei dem Wageninger DuRPh-Projekt wurden Resistenzgene aus Wildkartoffeln (Foto) in Kultursorten übertragen. Anders als bei der Kreuzungszüchtung gehen dabei keine erwünschten Eigenschaften verloren. Für eine vergleichbare konventionelle Züchtung würde man 20 bis 30 Jahre benötigen.

Fotos: i-bio (4), BASF; Großes Foto oben: Anton Haverkort, Leiter des DuRPh-Projekts an der Universität Wageningen

Manche halten Phytophthora für die gefährlichste Pflanzenkrankheit überhaupt, denn der Erreger verbreitet sich so schnell, dass er binnen kürzester Zeit großen Schaden anrichten kann. Und er ist darüber hinaus so flexibel, dass er bislang noch jede gegen ihn gerichtete Bekämpfungsstrategie mit neuen, angepassten Formen beantwortet hat.

Traurige Berühmtheit erlangte Phytophthora durch die Ereignisse in Irland Mitte des 19. Jahrhunderts. Der Pilz vernichtete mehrere Jahre hintereinander nahezu die gesamte Kartoffelernte des Landes und löste damit eine Hungerkatastrophe aus, in deren Folge etwa eine Million Menschen starben und weitere zwei Millionen nach Australien und Nordamerika auswanderten.

Pilzresistenz – eine schwierige Aufgabe

Die Bekämpfung von Phytophthora erfolgt bisher fast ausschließlich durch chemische Pflanzenschutzmittel (Fungizide). In Deutschland werden in einer Anbausaison bis zu 16 Spritzungen vorgenommen. Im Biolandbau wird Phytophthora mit umweltbelastenden Kupferverbindungen bekämpft.

Verschiedene Wildkartoffelarten sind natürlicherweise resistent gegen Phytophthora. In der konventionellen Züchtung versucht man seit langem, die entsprechenden Erbanlagen in Kultursorten einzukreuzen. Die dabei ebenfalls übertragenen unerwünschten Eigenschaften der wilden Kartoffeln müssen dann aber wieder herausgezüchtet werden, ohne die Resistenzeigenschaften zu verlieren. Wegen der komplexen Vererbungsmuster der Kartoffel ist das schwierig und zeitaufwändig. Außerdem sind die entstehenden Sorte nicht mehr identisch mit der Ausgangssorte, was die Geschmacks- und Anbaueigenschaften angeht.

In der Vergangenheit wurden die aus Wildkartoffeln eingezüchteten Resistenzen jedes Mal nach wenigen Jahren von Phythophthora durchbrochen: Der Pilz passte sich durch Mutationen an. Inzwischen versuchen Forscher und Züchter, mehrere erbliche Resistenzen zu kombinieren. Das Ziel ist nicht mehr ein absoluter Schutz vor Phythophthora, sondern eine Art Grundresistenz der Pflanzen, die die Vermehrung des Erregers dauerhaft verlangsamt und nicht so leicht durch neue Mutationen durchbrochen werden kann.

Cisgene Kartoffeln: Gentechnische Methoden, aber nur Erbmaterial aus Kartoffeln

Auch gentechnische Methoden kommen bei der Entwicklung Phytophthora-resistenter Kartoffeln zum Einsatz. Damit kann die Übertragung von Resistenzgenen aus Wildkartoffeln erheblich schneller erfolgen als in der konventionellen Züchtung, vor allem, wenn mehrere Resistenzen kombiniert werden sollen. Die Sorten mit ihren jeweiligen Geschmacks- und Anbaueigenschaften bleiben dabei erhalten.

Solche Kartoffeln wurden an der Universität Wageningen (Niederlande) in einem auf zehn Jahre angelegten Forscbungsprojekt entwickelt und getestet. Das Besondere: Die Wageninger Wissenschaftler verwendeten ausschließlich Erbmaterial aus Kartoffeln, das heißt, auch die Gensequenzen, die für die Übertragung und Ausprägung der Resistenzgene erforderlich sind, stammen aus Kartoffeln. Sie verzichteten ebenfalls auf ein Markergen, das üblicherweise etwa aus Bakterien stammt. Da die gv-Kartoffeln nur arteigenes Genmaterial enthalten, werden sie als cisgen (cis=diesseits) im Unterschied zu transgen (trans=jenseits) bezeichnet.

Ein erster Freilandversuch wurde 2009 in den Niederlanden gestartet. Es folgten weitere Freisetzungen in Belgien, ab 2012 auch in Irland. Inzwischen wurde das Projekt abgeschlossen und die Ergebnisse veröffentlicht. Alle der getesteten Kartoffelvarianten mit verschiedenen Resistenzgenen und Kombinationen aus diesen waren widerstandsfähiger gegenüber Phytophthora als die konventionellen Ausgangssorten. Pflanzen mit nur einem Resistenzgen waren anfälliger als solche mit mehreren kombinierten Resistenzgenen. Pflanzen mit drei Resistenzgenen blieben bis zum Ende der Anbausaison vollständig resistent. In Kombination mit einem geeigneten Resistenzmanagement könnten beim Anbau der cisgenen Kartoffeln 80 Prozent der üblichen Fungizid-Spritzungen eingespart werden.

Jahre zuvor hatte die Firma BASF Plant Science eine transgene pilzresistente Kartoffel entwickelt. Seit 2006 wurde die gv-Kartoffel mit dem Markennamen Fortuna erfolgreich in verschiedenen europäischen Ländern im Freiland getestet, 2011 schließlich die EU-Zulassung beantragt, sowohl für den Anbau als auch für die Verwendung als Lebens- und Futtermittel. Aufgrund des anhaltenden negativen Meinungsklimas gegenüber der grünen Gentechnik in Europa, verlagerte die BASF ihre Biotech-Sparte 2012 in die USA, Anfang 2013 stoppte sie die Zulassungsprozesse ihrer Kartoffelprojekte in Europa.

Gentechnisch veränderte Kartoffeln mit Resistenz gegen Kraut- und Knollenfäule:

Cisgene Kartoffeln, Universität Wageningen (NL)

Übertragung von ein bis drei Resistenzgenen aus Wildkartoffeln, dabei Verwendung von ausschließlich kartoffeleigenem Erbmaterial, Verzicht etwa auf ein Markergen

Seit 2009 Freilandversuche in mehreren europäischen Ländern

Kartoffel Fortuna von BASF

Übertragung von zwei Resistenzgenen aus einer mexikanischen Wildkartoffel

Ende 2011 Antrag auf EU-Zulassung für den Anbau und als Lebensmittel

2012 Rückzug der Biotech-Sparte des Unternehmens aus Europa, Anfang 2013 Stopp der Zulassungsverfahren für alle gv-Kartoffeln von BASF in Europa

Innate-Kartoffel, J.R. Simplot Company (USA)

Übertragung eines Resistenzgens aus Wildkartoffel; weitere neue Eigenschaften (RNA-Interferenz)

In den USA für den Anbau zugelassen (September 2015)

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