Citrus Greening: Die globale Orangenkrankheit

Citrus Greening, Huanglongbing, Gelber Drache: Die Krankheit, ausgelöst durch ein Bakterium, verwüstet ganze Plantagen und gefährdet den Orangenanbau insbesondere in Florida und Brasilien. Wissenschaftler aus Texas verfolgen seit vielen Jahren den Ansatz, Orangenbäume mit Genen auszustatten, die sie in Spinat gefunden haben und die die Vermehrung des Erregers eindämmen könnten. Das funktioniert auch, wenn diese Gene in Viren übertragen werden, die Zitruspflanzen befallen. Der Vorteil: Bäume und Früchte bleiben Gentechnik-frei. Inzwischen werden zunehmend auch die neuen Verfahren des Genome Editings genutzt, um resistente Pflanzen zu erzeugen.

Auslöser des Citrus Greenings ist das Bakterium Candidatus Liberibacter spp. Es infiziert das Phloem, die Nährstoffleitbahnen der Pflanze, wodurch der Nährstofftransport eingeschränkt oder gänzlich blockiert wird. Die Blätter werden fleckig, die Früchte bleiben klein und unregelmäßig geformt. Sie werden bitter und sind dann nicht mehr für den Verkauf oder die Saftproduktion geeignet. Innerhalb von drei bis fünf Jahren sterben die Bäume. Binnen kürzester Zeit können so ganze Anbauregionen vernichtet werden. In Florida sollen inzwischen 80 Prozent der Orangenbäume befallen sein. Seit 2005 sind die Erträge um zwei Drittel gesunken - bei um das Dreifache gestiegenen Produktionskosten.

Der Erreger des Citrus Greenings kommt als afrikanische, asiatische und neuerdings in Brasilien auch als amerikanische Variante vor. Liberibacter asiaticus tauchte erstmals um 1930 in Indien und China auf, von dort aus verbreitete er sich ab den 50er Jahren weiter, sein Vorkommen blieb aber auf Süd-Ostasien beschränkt. Erst 2004 schaffte der Erreger dann den Sprung über den Ozean nach Brasilien und 2005 nach Florida. Verschont blieben bislang Europa und Australien, aber in Zeiten globalisierter Märkte ist es nur eine Frage der Zeit, bis der Erreger auch dort ankommt (siehe Karte rechts).

Erst in den 60er Jahren entdeckte man, dass die Krankheit von Blattflöhen übertragen wird. Ein Weibchen legt in seinem einmonatigen Leben bis zu achthundert Eier. Da die Insekten flugfähig sind, kann sich der Erreger schnell verbreiten.

Suche nach Bekämpfungsmöglichkeiten

Um die Krankheit zu bekämpfen, werden bislang vor allem Insektizide gegen den Überträger eingesetzt - sechs bis zehnmal im Jahr. Die Plantagen müssen ständig überwacht und befallene Bäume sofort entfernt werden. Jungbäume werden nur noch im Gewächshaus großgezogen.

Auf herkömmlichem Wege resistente Bäume zu züchten ist nur schwer möglich, da bislang noch kein Orangenbaum entdeckt wurde, der natürlicherweise resistent gegen Liberibacter ist. Aber auch die Biologie der Zitrusgewächse steht dem entgegen. Die Samen enthalten in der Regel nicht nur einen aus der befruchteten Eizelle entstandenen Embryo, sondern zusätzlich mehrere Embryonen, die durch einfache Zellteilung entstanden sind und deshalb nur die Eigenschaften der Mutterpflanze weitervererben. Meistens sind also die Nachkommen genetisch identisch. Für den Zitrusanbau ist das von Vorteil, da so genetisch identische Unterlagen herangezogen werden können, auf die dann der Edelreiser mit den gewünschten Eigenschaften aufgepfropft wird. Klassische Kreuzungszüchtung wird aber dadurch erschwert oder gar unmöglich.

Gentechnik: Gene aus Spinat wehren Bakterien ab

Seit einigen Jahren wird verstärkt nach Lösungen gesucht, auf gentechnischem Wege eine Resistenz zu erreichen. So wurden an der University of Florida verschiedene Gene - aus Zitruspflanzen, aber auch aus anderen Pflanzen und Organismen - übertragen, die eine Resistenz gegenüber dem Bakterium vermitteln könnten. Eine Möglichkeit könnte auch darin bestehen, den Pflanzen eine Resistenz gegen das übertragende Insekt zu verleihen.

Ein vielversprechender Ansatz kommt aus Texas. Wissenschaftler am Texas AgriLife Research Center experimentieren seit vielen Jahren mit gentechnisch veränderten Zitrusbäumen, denen sie Gene aus Spinat übertragen haben. Sie hatten entdeckt, dass Spinat bestimmte Proteine - sogenannte Defensine - bildet, die die Aktivität von Pilzen und Bakterien begrenzen.

Im Gewächshaus wurden transgene Orangenbäume, in die eins dieser Gene eingefügt worden war, mit Liberibacter infiziert. Sie zeigten im Unterschied zu den nicht-transgenen Kontrollpflanzen keine Krankheitssymptome. Der Ansatz wurde weiterentwickelt und ein weiteres Gen aus Spinat hinzugefügt. Beide Gene zusammen funktionierten noch besser als die einzelnen Gene. Freisetzungen dieser transgenen Orangenbäume finden zur Zeit in Florida und Texas statt.

Da auch in den USA die Verbraucher zunehmend skeptisch gegenüber gentechnisch veränderten Pflanzen und Lebensmitteln sind, setzt man aktuell auf eine Lösung, bei der nicht die Orangenpflanzen selbst, sondern ein Virus, das Zitruspflanzen befällt, gentechnisch verändert wurden. Um den Citrus Greening-Erreger anzugreifen, wurden die Spinatgene in einen harmlosen Stamm des Citrus Tristeza Virus übertragen und Zitrus-Stecklinge mit den gv-Viren behandelt. Das Bakterium wird so angegegriffen, die Orangenpflanzen aber bleiben frei von fremder DNA. In eingegrenzten Freilandversuchen wurde dieser Ansatz bereits getestet. 2017 hat die Firma Southern Gardens Citrus Nursery bei der US-amerikanischen Landwirtschaftsbehörde (USDA) einen Antrag auf Freisetzung der gv-Viren gestellt. Ziel ist es, die gv-Viren bald als biologisches Pflanzenschutzmittel zu kommerzialisieren.

Mit Genome Editing zu resistenten Zitrusbäumen

Inzwischen arbeiten Forscher zunehmend mit Methoden des Genome Editings daran, Zitrusbäume zu entwickeln, die resistent gegenüber der Krankheit sind. Wissenschaftler an der University of California zum Beispiel untersuchen die Wechselwirkungen zwischen den Zitrusbäumen und dem Erreger des Citrus Greenings. Sie fanden heraus, dass die krankheitsauslösenden Bakterien bestimmte Proteine (sogenannte SDE1) absondern, welche die Infektion fördern, indem sie Zitrus-eigene Abwehr-Proteine angreifen und damit die Abwehr hemmen. Ziel der Forscher ist es, die Zitrus-eigenen Proteine mit dem Genome Editing-Verfahren CRISPR/Cas so zu verändern, dass die hemmende Wirkung von SDE1 aufgehoben und die Pflanze somit resistent wird.

Einen anderen Ansatz verfolgen Wissenschaftler am University of Florida’s Citrus Research and Education Center: Für die Produktion von Proteinen, welche die Pflanze vor einer Infektion schützen, spielt das Gen NPR1 eine wichtige Rolle. Die Wissenschaftler führten zunächst mit klassischen gentechnischen Methoden ein NPR1-Gen aus der Modellpflanze Arabidopsis in Orangenpflanzen ein. Mit Erfolg, die transgenen Orangenbäume erweisen sich bereits seit mehr als fünf Jahren als resistent. Zitruspflanzen besitzen aber auch natürlicherweise ein eigenes NPR1-Gen. Dieses wird allerdings durch andere Gene unterdrückt. Die Wissenschaftler versuchen nun, mit CRISPR/Cas diese negativ regulierenden Gene so zu verändern, dass sie die Aktivität des NPR1-Gens nicht mehr unterdrücken. Man nimmt an, dass die Zitruspflanzen sich dann selbst gegen eine Citrus Greening-Infektion wehren können.