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Grüne Gentechnik : Gen-Ingenieure werden auch im Heuhaufen fündig

  • -Aktualisiert am

Haben Forscher den Schlüssel gefunden, mit dem sie Pflanzen vor Fäule und Schädlingen schützen können? Bild: dpa

Bei Pflanzenzüchtern keimt Hoffnung: Auf der Suche nach Mitteln gegen Schadpilze ist man endlich so weit, Resistenz erzeugende Gene aus Wildsorten zu nutzen.

          Viele Kulturpflanzen haben bei der Züchtung einen Großteil ihrer Resistenzgene eingebüßt und sind deshalb anfälliger gegenüber Pflanzenkrankheiten als Wildpflanzen. Infolgedessen kommt es immer wieder zu Ernteeinbußen in Milliardenhöhe. Wie dramatisch eine solche Entwicklung sein kann, zeigt sich zur Zeit in Bangladesch. Dort grassiert zum ersten Mal ein Getreidepilz, der lange Zeit hauptsächlich in Südamerika, von Brasilien und Paraguay bis Bolivien, heimisch war.

          In Bangladesch mussten wegen des Schädlings bereits mehr als 15.000 Hektar Weizen niedergebrannt werden. Die Behörden lassen inzwischen auch die Ernte auf den staatlichen Flächen verbrennen, damit pilzfreie Schneisen entstehen. Fungizide funktionieren nicht, weil sich der Pilz – es handelt sich um Magnaporthe oryzae – beim Weizen in den Ähren festsetzt und dort gute Deckung vor den Spritzmitteln findet. Beim Reis sitzt der Pilz auf den Blättern und kann dementsprechend dort besser erreicht werden.

          Schneller an Resistenzgene kommen

          In Asien ist man nun in Sorge, dass sich der Pilz auf dem ganzen Kontinent ausbreiten könnte, mit unabsehbaren Folgen für die gesamte Landwirtschaft. Angesichts dieser und ähnlicher Entwicklungen suchen die Wissenschaftler fieberhaft in Wildsorten nach natürlichen Resistenzgenen, um sie den Kulturpflanzen schnell und effizient zu übertragen – am liebsten ohne die zeitraubende klassische Züchtungsmethode.

          Wirkungsvolle Resistenzgene erzeugen Immunrezeptoren auf den Pflanzenzellen, an denen der Schädling nicht vorbei kommt. Die Suche danach ist allerdings nicht so einfach, weil Pflanzen viele Chromosomensätze mit unzähligen Gen-Wiederholungen besitzen und die Veränderung einzelner Gene oft nicht viel bewirkt. Saatweizen hat zum Beispiel gleich sechs ganze Chromosomensätze – und damit ein Vielfaches an Genen wie bei den meisten tierischen Organismen. Gleich drei neue Veröffentlichungen in der Zeitschrift „Nature Biotechnology“ zeigen nun, wie man schneller als bisher an Resistenzgene kommen kann. Zwei Artikel beschreiben das Verfahren, der dritte belegt, dass verschiedene Arten dafür in Frage kommen.

          Offensichtlich sind die pflanzlichen Signalwege der Immunabwehr so kompatibel, dass die gewünschten Rezeptoren auf den Pflanzenzellen zwischen den Arten hin und her verschoben werden können. Damit besteht jetzt erstmals die Möglichkeit, rasch eine größere Kollektion von Resistenzgenen herzustellen. Den Wissenschaftlern geht es dabei um eine regelrechte Schutzmauer. Ein einzelnes Resistenzgen ist nicht mehr als ein simples Schloss, das schnell geknackt werden kann. Mehrere Resistenzgene machen die Kulturpflanze indes zur Festung.

          Verbrauch an Pestiziden reduzieren

          In der Medizin verfolgt man im Grunde eine ähnliche Strategie. Je mehr verschiedene Wirkstoffe gegen einen Erreger in Stellung gebracht werden, desto schwerer ist es für ihn, diese Hürden zu überwinden. Das ist das Prinzip hinter jeder Kombinationstherapie. „Die Herausforderung besteht darin, so viele Resistenzgene zu finden und in die Pflanzen einzuschleusen, dass man aus einer empfindlichen Kultursorte eine dauerhaft resistente Sorte machen kann“, schreiben Brande Wulff vom John Innes Centre im englischen Norwich und seine Kollegen in „Nature Biotechnology“. Das würde den weltweiten Verbrauch an Pestiziden drastisch reduzieren. Wulff und seinen Kollegen ist es gelungen, in einer Rekordzeit zwei neue Gene gegen Getreideschwarzrost zu isolieren.

          Was ist der Trick der neuen Technik? Die Forscher verwenden einen dreistufigen Prozess des Genscreenings. Im ersten Schritt wird eine resistente Wildform des Weizens derart mutiert, dass ein Teil der nachkommenden Generation nicht mehr gegen den Getreideschwarzrost resistent ist. Im zweiten und dritten Schritt werden die Genome des resistenten und des jeweils nicht resistenten Wildweizens sequenziert und verglichen.

          Damit die Arbeit überschaubar bleibt, sorgt ein Trick dafür, dass nur der Teil des Erbguts unter die Lupe genommen wird, der die vorhandenen Resistenzgene mit hoher Wahrscheinlichkeit enthält. Der eigentliche Clou besteht darin, möglichst viele Mutanten zu sequenzieren und zu vergleichen, damit das Gemeinsame, nämlich die Mutation im Resistenzgen gegen den Getreideschwarzrost, immer deutlicher zutage tritt, die vielen zufälligen Mutationen in den zahllosen anderen Genen dagegen immer weiter in den Hintergrund rücken. Man könne damit eine Nadel im Heuhaufen finden, so Wulff. Im Grunde zoome man von 124.000 Genen auf ein einziges Gen herunter.

          Resistenzgen gegen Kartoffelfäule

          Jonathan Jones vom Sainsbury Laboratory in Norwich und seine Kollegen haben auf ähnliche Weise ein neues Resistenzgen gegen Kartoffelfäule gefunden. Dieses Gen wurde allerdings nicht aus einer resistenten Wildform der Kartoffel isoliert, sondern aus einem verwandten Nachtschattengewächs. Transferiert man das Gen in nicht resistente Kartoffel-, Arabidopsis- oder Tabakpflanzen, sind diese Gewächse vor dem Erreger der Kartoffelfäule geschützt.

          Cintia Kawashima, die ebenfalls am Sainsbury Laboratory arbeitet, und ihre Kollegen stellen zudem ein neues Resistenzgen gegen den asiatischen Sojabohnenrost vor. Die Wissenschaftler haben dieses Gen in der Straucherbse gefunden. Sojabohnen zählen nach Mais, Reis und Weizen zu den wichtigsten Feldfrüchten. Überträgt man dieses Gen auf empfindliche Sojabohnen, so der Plan, sind die Pflanzen künftig gegen Sojabohnenrost resistent. Die Wissenschaftler hoffen nun, rasch weitere nützliche Gene zu finden. Als Nächstes werden sie dann klären müssen, wie sich daraus eine echte Schutzmauer in den bedeutendsten Kulturpflanzen aufbauen lässt.

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