Resistente Schädlinge gegen Bt-Pflanzen: Weniger als erwartet

In den letzten Jahren sind immer mehr Schädlinge aufgetreten, die gegen die Bt-Proteine in gentechnisch veränderten Nutzpflanzen resistent geworden sind - wenn auch weniger als anfangs befürchtet. Vorbeugende Maßnahmen, der Einsatz neuer Bt-Varianten sowie die Kombination verschiedener Proteine können die Resistenzentwicklung verzögern.

Seit Ende der 1990er Jahre werden gentechnisch veränderte Pflanzen angebaut, die sogenannte Bt-Proteine produzieren. Diese Proteine wirken als spezifische Fraßgifte gegen verschiedene Schädlingsarten. Das bekannteste Beispiel ist Mais, der das Bt-Protein Cry1Ab enthält, welches gegen den Maiszünsler gerichtet ist. Bt-Proteine werden auch im Biolandbau eingesetzt, wo sie in gelöster Form versprüht werden.

Bt-Pflanzen wurden zunächst in den USA angebaut, inzwischen wachsen sie in zahlreichen Ländern. 2019 standen Bt-Pflanzen (überwiegend Mais und Baumwolle) weltweit auf einer Fläche von 109 Millionen Hektar. Seit sie auf dem Markt sind, beschäftigen sich zahlreiche Forschungsprojekte mit der Frage, ob und unter welchen Bedingungen die jeweiligen Schädlinge resistent gegenüber den eingesetzten Bt-Proteinen werden.

Bruce Tabashnik (Foto oben), Wissenschaftler an der Universität von Arizona, verfolgt seit vielen Jahren die globale Resistenzentwicklung bei Insekten gegenüber Bt-Pflanzen. Er und sein Team haben zum wiederholten Mal zahlreiche Studien und Monitoringdaten ausgewertet und ihre Ergebnisse zuletzt Anfang 2023 im Journal of Economic Entomology veröffentlicht. Die Wissenschaftler analysierten Daten zu insgesamt 73 „Fällen“ aus den ersten 25 Jahren des Anbaus von Bt-Pflanzen (1996-2020). Dabei ging es um Bt-Pflanzen bei Mais, Sojabohne, Baumwolle und Zuckerrohr, zehn verschiedene Bt-Proteine, 24 Insektenarten (22 Schmetterlinge, zwei Käfer) in zwölf Ländern auf sechs Kontinenten.

Die Wissenschaftler fanden im letzten Jahr der Untersuchung 26 Fälle, bei denen mehr als die Hälfte einer Schädlingspopulation resistent war und sich die Wirksamkeit der Bt-Pflanzen im Feld dadurch wesentlich reduzierte. Im Schnitt brauchten die Schädlinge rund 6,5 Jahre, um eine Resistenz auszubilden. Resistenzen waren bei elf Schädlingsarten festzustellen (neun Schmetterlinge und zwei Käfer). Die Resistenzen traten gegenüber insgesamt neun Bt-Proteinen in sieben Ländern auf. Tabashnik und sein Team weisen darauf hin, dass die tatsächliche Anzahl an Resistenzen wahrscheinlich noch etwas höher sein wird, da nicht alle auftretenden Fälle in Publikationen veröffentlicht wurden.

Die Auswertung der Monitoring-Daten ergab aber auch, dass in 30 Fällen die Bt-Proteine ihre Wirksamkeit bis heute nicht verloren hatten. Das betrifft 16 Schädlingsarten in zehn Ländern. In Spanien ist das in Bt-Mais enthaltene Cry1Ab über 24 Jahre wirksam gegenüber dem Maiszünsler (Ostrinia nubilalis) und Sesamia nonagroides, einem Eulenfalter, geblieben.

In den 17 verbleibenden Fällen war in den Insekten eine Resistenz gegenüber Bt-Proteinen genetisch zwar schon vorhanden. Diese war aber so schwach, dass im Feld noch keine verminderte Wirksamkeit der Bt-Proteine auftrat. Diese Fälle werden als „Frühwarnung vor Resistenzen“ eingestuft.

Dass die Entwicklung von Resistenzen - so wie man es auch beim Einsatz konventioneller Pflanzenschutzmittel kennt - nur eine Frage der Zeit sein würde, war zu erwarten. Mit verschiedenen Strategien ist es jedoch möglich, die Resistenzentwicklung bei Schädlingen hinauszuzögern.

Am wirksamsten haben sich sogenannte Refugienflächen erwiesen: Auf angrenzenden Flächen zu den Bt-Pflanzen werden Pflanzen ohne Bt-Proteine angebaut, entweder konventionelle Sorten, oder andere Pflanzenarten, die den jeweiligen Schädlingen als Wirtspflanzen dienen. Dort finden nicht-resistente Insekten einen „Zufluchtsort“ (Refugium), um zu überleben. Ziel ist es, genügend anfällige Schädlinge zu erhalten, die sich mit bereits resistenten Individuen paaren. Die Nachkommen weisen dann in der Regel höchstens eine schwache Resistenz auf, da sie nur über ein Resistenz-Allel verfügen (heterozygot).

Wichtig ist, dass die angebauten Bt-Pflanzen über eine ausreichend hohe Dosis Bt-Toxin verfügen (high dose). Dadurch werden auch solche schwach resistenten Insekten abgetötet.

Die high dose/refuge- Strategie hat sich bisher als erfolgreich erwiesen und in der überwiegenden Zahl der Fälle die Resistenzbildung hinausgezögert. So bildeten sich in Indien, wo neben Bt-Baumwollfeldern keine Refugienflächen angelegt worden waren, beim Roten Baumwollkapselwurm (Pectinophora gossypiella) nach nur sechs bis acht Jahren Resistenzen. In den USA hingegen, wo es strenge Vorschriften zur Anlage von Refugienflächen gibt, ist der gleiche Schädling immer noch empfindlich gegenüber Bt-Baumwolle. Vorschriften zum Anlegen von Refugien gibt es in Indien zwar auch, werden aber in der Praxis oft nicht eingehalten. Daten aus China zeigen, dass durch ausreichende Refugienflächen sogar bereits ausgebildete Resistenzen des Roten Baumwollkapselwurms wieder zurückgedrängt werden konnten.

Auch wenn Schädlingsresistenzen sich insgesamt langsamer entwickelt haben als von den meisten erwartet, zeigt sich, dass das Auftreten resistenter Schädlinge weiter ansteigt. Um diese Entwicklung zu verzögern, kann der Einsatz mehrerer verschiedener Bt-Proteine helfen. Allerdings können bei ähnlich wirkenden Proteinen schneller sogenannte Kreuzresistenzen auftreten, die mehrere verwandte Bt-Proteine betreffen. Daher ist die Kombination unterschiedlicher Typen von Bt-Toxinen vielversprechender. Alle ursprünglich genutzten Bt-Proteine gehören zu einer Gruppe, den kristallinen Proteinen (Cry-Proteine). Inzwischen werden auch sogenannte vegetative insecticidal proteins (Vip) eingesetzt, einem anderen Typ von Bt-Proteinen.

Auch die Kombination von Bt-Proteinen mit dem Mechanismus der RNA-Interferenz (RNAi) kann zur Verzögerung der Resistenzbildung beitragen. Zudem sind inzwischen weitere neue Bt-Proteine entdeckt worden, die auch gegen bereits resistente Schädlinge wirksam sind. Nicht zuletzt sind neue Familien von insektiziden Proteinen, die aus anderen Bodenbakterien (statt Bacillus thuringiensis) und Farnen stammen, vielversprechend gegen bestimmte bereits resistente Schädlingsarten.

Trotz des Auftretens resistenter Schadinsekten sehen Tabashnik und sein Team Bt-Pflanzen auch in Zukunft als wichtigen Teil der Landwirtschaft. Sie sprechen sich aber auch dafür aus, bei der Bekämpfung der Schädlinge nicht allein auf gentechnisch veränderte Bt-Pflanzen zu setzen. Landwirte sollten insgesamt stärker die Grundsätze des integrierten Pflanzenschutzes beachten. Der Anbau von Bt-Sorten sei nur eine von mehreren Maßnahmen.

Schädlinge, die bereits Reasistenzen entwickelt haben (>50%)	Kulturart	Land
Baumwollkapselbohrer (Helicoverpa zea)	Mais, Baumwolle	USA
Bud borer (Crocidosema aporema) (kein dt. Name)	Soja	Brasilien
Herbst-Heerwurm (Spodoptera frugiperda)	Mais	Argentinien, Brasilien, USA
Maisstengelbohrer (Busseola fusca)	Mais	Südafrika
Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera virgifera)	Mais	USA
Maiszünsler (Ostrinia nubilalis)	Mais	Kanada
Nördlicher Maiswurzelbohrer (Diabrotica barberi)	Mais	USA
Rachiplusia nu (kein dt. Name)	Soja	Brasilien
Roter Baumwollkapselwurm (Pectinophora gossypiella)	Baumwolle	Indien, Pakistan
Western Bean Cutworm (Striacosta albicosta) (kein dt. Name)	Mais	Kanada, USA
Zuckerrohrbohrer (Diatraea saccharalis)	Mais	Argentinien, USA