Freilandversuch in der Schweiz: Forschung zu Mehltau-Resistenz geht weiter

(17.12.2018) In der Schweiz sind für weitere fünf Jahre Freilandversuche mit gentechnisch verändertem Weizen geplant. Das Ziel: Eine verbesserte Resistenz gegen die Pilzerkrankung Mehltau. Schon seit vielen Jahren erforschen Wissenschaftler der Universität Zürich ein Resistenzgen, das aus Weizen stammt. Feldversuche von 2014 bis 2018 zeigten, dass die Resistenz funktioniert, vor allem wenn verschiedene Varianten des Gens kombiniert werden. Anders als in Deutschland, gibt es in der Schweiz die Möglichkeit, gentechnisch veränderte Pflanzen auf einem speziell dafür vorgesehenen Gelände im Freiland zu testen.

Mehltau ist eine weitverbreitete Pilzerkrankung bei Getreide, die zu erheblichen Ertragseinbußen führen kann. Ausgelöst wird sie durch den Pilz Blumeria gramini, der die Pflanze angreift, indem er sogenannte Avirulenz-Proteine in das Innere der Pflanzenzellen einschleust. Aber nicht alle Weizenlinien sind angreifbar durch den Pilz.

Seit vielen Jahren schon beschäftigen sich Wissenschaftler der Universität Zürich mit einem Gen aus Weizen, das ihn vor Pilzangriffen schützt. Dieses Gen heißt Pm3 und seine Abwehrkraft beruht darauf, dass es eine Immunantwort der Pflanze provoziert. Es enthält die Bauanleitung für ein Protein, das die angreifenden Proteine des Pilzes erkennt und den Zelltod der befallenen Pflanzenzelle auslöst. Der Rest der Pflanze ist dadurch geschützt.

Die Schweizer Wissenschaftler haben verschiedene Varianten (Allele) von Pm3 in mehltauresistenten Weizenlinien aus verschiedenen Weltregionen gefunden und ihre jeweiligen Resistenzeigenschaften bereits ausgiebig erforscht. Jede der bisher identifizierten Pm3-Varianten verleiht den Weizenpflanzen eine mehr oder weniger ausgeprägte Resistenz gegen Mehltau, auch in Abhängigkeit von der jeweiligen Rasse des pilzlichen Erregers.

Von 2014 bis 2018 wurden auf einem geschützten Freisetzungsgelände in der Schweiz – der sogenannten Protected Site – Freilandversuche durchgeführt mit verschiedene Weizenlinien, in die je eine Variante des Pm3-Gens mit Hilfe der Gentechnik eingebracht worden war. Solche Tests sind unverzichtbar, da sich Pflanzen mit neuen Eigenschaften unter Freilandbedingungen möglicherweise anders verhalten als in Labor und Gewächshaus. Als konventionelle Ausgangssorte wurde die Sorte Bobwhite gewählt. Da ein einzelnes Resistenzgen schnell seine Wirkung verlieren kann, wurden außerdem durch Kreuzen vier weitere Weizenlinien erzeugt, die jeweils zwei verschiedene Pm3-Allele enthielten.

Es zeigte sich, dass sich die Resistenz durch die Kombination von zwei Pm3-Genvarianten deutlich verbessern ließ - ohne negative Auswirkungen auf die Pflanzenentwicklung und den Ertrag. Bei den Weizenlinien mit nur einem Pm3-Gen waren hingegen vereinzelt Entwicklungsstörungen zu beobachten. So trat bei einer Variante (Pm3f) verzögertes Wachstum und ein geringerer Kornansatz auf. Durch die Kombination mit einer zweiten Gen-Variante wurde dieser Effekt jedoch wieder aufgehoben.

Aber auch eine Weizenlinie mit nur einem Pm3-Gen erwies sich als besonders widerstandsfähig gegen Mehltau. Die Variante Pm3e, die aus einer australischen Weizensorte stammt (W150) - führte zu einer starken und breiten Resistenz ohne Beeinträchtigungen in der Pflanzenentwicklung. Die unveränderte Ausgangslinie war hingegen stark befallen. Pm3e könnte in Zukunft ein geeigneter Kandidat für die Züchtung robusterer Weizensorten sein. Sowohl für die klassische Kreuzungszüchtung als auch für die Züchtung mit gentechnischen Methoden.

Da viele Weizensorten ein Pm3-Gen tragen, dieses aber nicht aktiv ist, könnten hier auch die neuen Methoden des Genome Editings eingesetzt werden, um das Gen zu reaktivieren und etwa in ein aktives Pm3e-Gen umzuwandeln.

Vorerst dienen die Versuche vor allem dem besseren Veständnis des pflanzlichen Immunsystems und der Wechselbeziehung zwischen Pflanze und Pilz. Für weitere Forschungen haben die Schweizer Wissenschaftler deshalb nun einen weiteren Freilandversuch für fünf Jahre beantragt. Diesmal wollen sie drei und auch vier verschiedene Varianten des Resistenz-Gens kombinieren und im Feld testen.