Weizen: Mit Gentechnik gegen Pilzkrankheiten
Vor allem bei feuchter Witterung wird
Getreide häufig von Pilzkrankheiten befallen. Die Folgen sind nicht
nur Ertragsausfälle und Qualitätseinbußen. Einige der Pilze
produzieren hochgiftige Substanzen, welche die Ernteprodukte
belasten. Eine Bekämpfung dieser Pilzkrankheiten ist nicht immer
einfach und auch die klassische Züchtung robuster,
widerstandsfähiger Sorten hat bisher keinen durchschlagenden Erfolg
gehabt.
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Fusarien.
Wenn Weizen mit Fusarien infiziert ist, bleiben die
Ähren ohne Frucht oder produzieren Kümmer- oder
Schmachtkörner, die kleiner als die normalen
Weizenkörner sind.
Weizenflugbrand.
Bei einem Befall mit Weizenflugbrand sind die Ähren
durch die Pilzsporen schwarz verfärbt und
deformiert. Durch Regen und Wind werden die Sporen
verbreitet. Ist eine Pflanze damit infiziert, dringt
der Pilz in das sich entwickelnde Korn ein. Wird es
in der nachfolgenden Vegetationsperiode ausgesät,
wächst der Pilz mit der aufkeimenden Pflanze, bis er
in den Ähren erneut ein Brandsporenlager bildet.
Mehltau.
Bei einem Befall mit Mehltau werden die Blätter
zunächst mit einem mehlartigen Belag überzogen,
später verfärben sie sich braun und vertrocknen. Bei
Weizen werden auch die Ähren befallen. |
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Weizen oder Gerste mit einer wirksamen
Resistenz gegen Pilzkrankheiten sind schon länger ein wichtiges Ziel
der Pflanzenzüchter. Doch gerade bei der Pilzresistenz stößt die
klassische Züchtung an ihre Grenzen. Oft sind im Genpool der
jeweiligen Pflanzenart keine geeigneten Resistenzgene vorhanden, die
in Kultursorten eingekreuzt werden könnten. In anderen Fällen ist
der genetische Hintergrund so komplex, dass der Aufbau einer
wirksamen Pilzresistenz mit konventionellen Züchtungsmethoden kaum
oder nur über große Zeiträume möglich ist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin,
artfremde Resistenzgene gegen Pilzerkrankungen in die
Getreidepflanzen einzubringen. Aus der Genomforschung sind
inzwischen verschiedene Gene und Genkombinationen bekannt, die
Resistenzen gegen bestimmte Pilzkrankheiten vermitteln. Bereits
mehrfach wurden Resistenzgene aus Wildgräsern in Weizen eingekreuzt.
Dabei wurden Artgrenzen überschritten, und man musste Techniken aus
der Gewebekultur und der Cytogenetik anwenden, da diese Kreuzungen
natürlicherweise nur sehr selten vorkommen.
Auch mit Hilfe der Gentechnik wurden
verschiedene Resistenzgene in Weizen und Gerste eingebracht. Einige
dieser neuen pilzresistenten Pflanzen wurden oder werden zwar
bereits in Freilandversuchen getestet, doch von einer kommerziellen
Anwendung sind sie noch weit entfernt.
Beispiel Fusarium
Wenn Getreide mit Pilzen der Gattung Fusarium befallen
ist, führt das zu deutlichen Qualitäts- und Ertragseinbußen.
Problematischer ist jedoch, dass einige der Fusarien-Arten
Mykotoxine bilden, eine Gruppe giftiger Stoffwechselprodukte, mit
denen Pilze ihre Sporen bei der Keimung vor Mikroorganismen
schützen. Bei der Weiterverarbeitung des Getreides gelangen die
Mykotoxine in die Nahrung und können beim Verzehr zu akuten und
chronischen Vergiftungserscheinungen führen. In Futtermitteln
verursachen Mykotoxine bei den Tieren vor allem Verdauungsstörungen.
In der Europäischen Union gibt es Grenzwerte für die
Mykotoxinbelastung von Nahrungs- und Futtermitteln.
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Das Schweizer Agrobiotech-Unternehmen Syngenta entwickelte einen
gv-Weizen, der eine Resistenz gegen Fusarium-Pilze besitzt.
Sie basiert auf einem Gen, das aus einem anderen Pilz isoliert und
in Weizen eingeschleust wurde. Dieses Gen sorgt für die Produktion
eines gegen Fusarien gerichteten Enzyms. Nach Freilandversuchen in
Nord- und Südamerika sollte der Syngenta-Weizen 2003/04 an zwei
Standorten in Thüringen und Sachsen-Anhalt getestet werden, aber
beide Felder wurden von radikalen Gentechnik-Gegnern zerstört. 2007
legte Syngenta die Entwicklung auf Eis.
Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und
Angewandte Ökologie in Aachen haben auf Getreidepflanzen Gene für
spezifische Antikörper übertragen, die an die Zellwände von Fusarien
andocken. Die Antikörper sind mit Wirkstoffen gekoppelt, welche die
Zellwände der Pilze abbauen. Derzeit wird die Wirksamkeit des
Konzepts in Freilandversuchen außerhalb Europas überprüft.
Beispiel Weizenflugbrand
Nach Schätzungen des internationalen Getreideforschungszentrums
CIMMYT verursachen Brandpilze weltweit Ernteausfälle zwischen fünf
und zehn Prozent. Da sie sich über die Samen verbreiten, sind sie
vor allem in Entwicklungsländern ein Problem, wo Kleinbauern einen
Teil der Ernte für die Aussaat im nächsten Jahr verwenden. In Europa
spielen Brandpilze kaum eine Rolle.
An der ETH Zürich wurde ein gentechnisch veränderter Weizen
entwickelt, der ein Gen aus einem Virus trägt, das in
Maisbeulen-Brandpilzen lebt. Das Virus produziert ein Protein, das
gegen andere Brandpilze wirkt, und „hilft“ auf diese Weise seinem
Wirt, sich gegen die Konkurrenz anderer Brandpilze zu schützen. 2004
wurde mit gv-Weizen, der dieses Gen trägt, in der Schweiz ein erster
Freilandversuch unter strengen Sicherheitsauflagen durchgeführt.
Seit 2009 gibt es Freilandversuche in Deutschland, die aber
ausschließlich der Grundlagenforschung dienen. Eine
Kommerzialisierung ist nicht geplant.
Beispiel Mehltau
Der Echte Getreidemehltau ist weltweit verbreitet. Bei Weizen und
Gerste kann er Ernteausfälle von bis zu fünfundzwanzig Prozent
bewirken. Mehltau schafft außerdem Eintrittspforten für andere
Krankheitserreger wie z.B Fusarien.
An der ETH Zürich wurden zwei gentechnisch veränderte
Weizenlinien mit einer Resistenz gegen Mehltau entwickelt und im
Rahmen des Forschungsprogramms NFP 59 untersucht. Eine Linie trägt
zwei Resistenzgene aus Gerste. Die zweite Linie wurde mit einem
Resistenzgen aus Weizen transformiert, von dem es verschiedene
Varianten, so genannte  Allele, gibt, die Weizen gegen verschiedene
Mehltaurassen resistent machen. Mittels gentechnischer Methoden
wurden mehrere Allele kombiniert. Grundsätzlich hätte man das auch
mittels konventioneller Kreuzung erreichen können, mit Hilfe der
Gentechnik wurde aber zusätzlich erreicht, dass die Allele verstärkt
abgelesen werden. Auch diese Weizenlinien sind ausschließlich für
die Grundlagenforschung entwickelt worden.
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