Neue Züchtungsstrategien 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 20
Prozent. Die Züchtung widerstandsfähiger Sorten hat bisher keinen
dauerhaften Erfolg gebracht, weil der Erreger eingezüchtete
Resistenzen immer wieder durchbricht.
Deshalb setzen die Züchter heute auf eine unspezifische, nicht nur gegen bestimmte
Rassen des Erregers wirksame Resistenz. Auch an verschiedenen
gentechnisch Ansätzen wird seit längerem geforscht. Eine neu
entwickelte gv-Kartoffel könnte nun erstmals zum Erfolg führen.
Derzeit wird sie an verschiedenen Standorten in Europa getestet.
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.
Kranke Knollen.
Bei Regen wird Phytophthora in den Boden
gespült und befällt dort auch die Knollen.
Schäden durch Phytophtora: Normale
Kartoffelsorte ohne Behandlung gegen die
Pilzkrankheit (Vorder- grund), gentechnisch
veränderte resistente Kartoffeln (Hinter- grund).
Wildkartoffel mit natürlicher Resistenz gegen
die Kraut- und Knollenfäule. Die dafür
verantwortlichen Gene wurden auf eine Kultursorte
übertragen.
Fotos: Syngenta, BASF, iBio (2).
Manche halten Phytophthora für die gefährlichste
Pflanzenkrankheit überhaupt, denn der Erreger ist so wendig und
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 überlebt und 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. In Deutschland werden in einer Anbausaison bis
zu 16 Spritzungen vorgenommen. Im Biolandbau wird Phytophthora
mit umweltbelastenden Kupferverbindungen bekämpft.
Weil Phytophthora so flexibel und
wandlungsfähig ist, arbeitet man in der konventionellen Züchtung
derzeit weltweit an einem Resistenztyp,
der von vielen Genen bedingt.
Damit erreicht man zwar keinen absoluten Schutz vor Befall, aber der
Schutz ist dauerhaft, weil er aufgrund der vielen beteiligten
Erbfaktoren nicht so leicht von neu auftretenden Rassen des Erregers durchbrochen werden kann.
Die Erbanlagen für die rassenunabhängige
Widerstandsfähigkeit werden aus Wildkartoffeln in Kultursorten
eingekreuzt. Die dabei ebenfalls übertragenen unerwünschten Eigenschaften der
wilden Kartoffeln müssen dann aber wieder herausgezüchtet werden, ohne
die Resistenzeigenschaften zu verlieren. Wegen der komplexen
Vererbung ist das schwierig und zeitaufwändig.
Übertragung von Resistenzgenen aus
mexikanischen Wildkartoffeln
Schon länger wird auch an der Entwicklung
Phytophthora-resistenter Kartoffeln mit Hilfe gentechnischer
Methoden gearbeitet und geforscht, bislang gibt es aber kaum
praxisrelevante Ansätze oder gar anwendungsreife Sorten. Das
Hauptproblem liegt auch hier in der extremen Wandlungsfähigkeit des
Erregers, so dass es nicht ausreicht, nur ein einzelnes für
Pilzresistenz verantwortliches Gen einzubauen.
Eine Erfolg versprechende pilzresistente
Kartoffel wurde in den letzten Jahren von der Firma BASF entwickelt.
In diese Kartoffel wurden zwei Gene aus mexikanischen Wildkartoffeln
übertragen. Dabei gingen die Wissenschaftler
genauso vor wie bei der traditionellen Züchtung: Sie haben
unter Wildkartoffeln nach Rassen gesucht, die natürlicherweise eine
hohe Resistenz gegenüber dem Erreger der Kraut- und Knollenfäule haben. Bei der
mexikanischen Wildkartoffel Solanum bulbocastanum wurden sie
fündig. Mit molekularbiologischen Methoden lassen sich die Gene
ausfindig machen, die für die Resistenz verantwortlich sind. Sie
können isoliert und auf gentechnischem Wege in die Pflanze
eingebracht werden. Da Phytophthora bislang nach kurzer Zeit
Resistenzen immer wieder überwinden konnte, wurden gleich zwei
Resistenzgene eingebracht. Die "doppelte" Resistenz soll einen
nachhaltigeren Schutz vor der Krankheit bieten.
Nachdem die Kartoffeln in
Gewächshausversuchen erfolgreich auf ihre Widerstandsfähigkeit hin
getestet wurden, wurden sie seit 2006 in Schweden, den
Niederlanden, Großbritannien, Deutschland und Irland auch im
Freiland geprüft. Ende 2010 soll der Zulassungsantrag für
pilzresistente Kartoffel (Markenname: Fortuna) gestellt
werden.
Weitere gentechnische Ansätze
Außer der Möglichkeit, Resistenzgene aus
Wildkartoffeln zu übertragen, gibt es noch eine Reihe weiterer
Strategien, an denen bislang geforscht wurde:
Übertragung pflanzlicher oder bakterieller
Gene für Stoffe, die die pilzlichen Zellwände zerstören, z.B.
Chitinase oder Glukanase
Einschleusen von Genen für bestimmte
Proteine, die von Pflanzen zur Abwehr von Pilzen gebildet werden
Erhöhung der natürlichen Abwehr mit Hilfe von zwei Genen aus einem
Bodenbakterium.
Die Kartoffel selbst besitzt
einen natürlichen Abwehrmechanismus gegen Krankheitserreger wie Phytophthora. Sie bildet rund um den Infektionsherd einen
Schutzwall aus abgestorbenen Pflanzenzellen (hypersensitive
Reaktion), der den Pilz daran hindern soll weiter vorzudringen.
Dieses Fähigkeit der Pflanze wird mit Hilfe der Gentechnik
verstärkt.
Bisher haben diese Bemühungen noch nicht zu
gentechnisch veränderten pilzresistenten Kartoffeln geführt, bei
denen eine Markteinführung absehbar ist.
Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln
Gen
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