Maniok (Cassava, Yuka)

Maniok (Manihot esculenta), auch als Cassava oder Yuka bezeichnet, wird hauptsächlich in tropischen Regionen angebaut. Die Pflanze stammt ursprünglich aus Mittel- und Südamerika. Maniok wächst auf kargen Böden und kann sowohl Trockenheit als auch Überschwemmung vergleichsweise gut überstehen.

Die wichtigsten Anbauländer sind Nigeria, Thailand, Indonesien, Kongo und Ghana. Maniok ist die Nutzpflanze mit der fünftgrößten Anbaufläche der Welt, noch vor Baumwolle (FAO, 2019).

Für mehr als eine Milliarde Menschen, vor allem in Asien, Mittel- und Südafrika, ist Maniok mit ihren stärkereichen Wurzelknollen die Hauptnahrungsquelle. Da Maniok zu wenig Vitamine und Spurenelemente enthält, sind in diesen Regionen Mangelerkrankungen („versteckter Hunger“) weit verbreitet.

Maniok enthält Linamarin, das bei Verletzungen der Knolle in giftige Blausäure (Cyanid) umgewandelt wird. Diese muss durch starkes Erhitzen zerstört werden; andernfalls treten bei regelmäßigem Verzehr chronische Vergiftungserscheinungen auf.

Verwendet werden hauptsächlich die Wurzelknollen und daraus gewonnenes Mehl (Brei). Verarbeitungsformen sind:

• Back- und Teigwaren
• gekochte oder frittierte Knollen
• Stärke z.B. in Puddings und Soße
• fermentierte Produkte (die Fermentation dient der Haltbarmachung und reduziert den Cyanidgehalt)
• alkoholische Getränken (Kaschiri).

Die proteinhaltigen Blätter werden als gekochtes Gemüse verzehrt.

Bekanntestes Handelsprodukt ist Tapioka (verkleisterte Stärke aus den Wurzelknollen in Granulatform). Sie wird überwiegend in Mischfutter, aber auch als Stärke in Lebensmitteln verwendet.

Beispiele Forschung und Entwicklung (Gentechnik, neue Züchtungsverfahren)

Resistenz gegen Viren. Die Cassava-Mosaik-Krankheit (Cassava Mosaic Disease, CMD) und die Braunstreifenkrankheit (Cassava Brown Streak Disease, CBD) sind die bedeutendsten Viruskrankheiten bei Maniok in Afrika. Sie werden durch verschiedene Viren (African Cassava Mosaic Virus bzw. Cassava Brown Streak Virus) ausgelöst, welche durch Weißfliegen übertragen werden. Die Braunstreifenkrankheit trat 2005 erstmals in Ostafrika auf und verbreitet sich seitdem rasch. Sie kann zu nahezu vollständigen Verlusten der Ernte führen.

2015 startete das International Institute of Tropical Agriculture (IITA) Freilandversuche mit 19 gv-Maniok-Linien, in die Resistenzen gegen beide Viren eingeführt wurden. Das IITA arbeitet in diesem Projekt mit fünf afrikanischen Ländern zusammen (Kenia, Malawi, Mosambik, Tansania und Uganda).

Mehrere Forschungseinrichtungen in Kenia und Uganda haben im Rahmen des Projektes VircaPlus mit gentechnischen Methoden Maniok entwickelt, der resistent gegen die Braunstreifenkrankheit ist. Die Pflanzen wurden fünf Jahre lang in Freilandversuchen in Kenia und Uganda getestet. Im Juni 2021 erteilte die kenianische Behörde für Biosicherheit die Zulassung zum Anbau (Event 4046). Damit ist Kenia das erste Land weltweit, in dem gentechnisch veränderter Maniok angebaut werden darf. Die Zulassung gilt zunächst für fünf Jahre.

An der University of California haben Forscher mit Hilfe der Genome Editing-Methode CRISPR/Cas mehrere Gene in Maniok ausgeschaltet, wodurch die editierten Pflanzen toleranter gegenüber der Braunstreifenkrankheit waren.

Auch eine Resistenz gegen das Cassava Mosaik Virus könnte bald möglich werden. Dafür wird mit Hilfe von CRISPR/Cas gezielt eine Mutation in einem bestimmten, für die Virusvermehrung notwendigen Maniok-Gen herbeigeführt.

Anreicherung mit Nährstoffen. Internationale und afrikanische Forschungseinrichtungen arbeiten gemeinsam an der Entwicklung von nährstoffangereichertem Maniok (Vitamin A (Beta-Carotin), Vitamin E, Zink, Eisen; höherer Proteingehalt). Im Projekt HarvestPlus werden konventionelle und molekularbiologische Verfahren (SMART Breeding) eingesetzt, bei VircaPlus gentechnische. Mit gentechnischen Methoden lässt sich ein deutlich höherer Vitamin A-Gehalt in den Knollen erzielen.

In Zürich und Genf ist Maniok entwickelt worden, der in Blättern und Knollen ein Vielfaches an Vitamin B6 bildet. Dazu ist ein Stoffwechselweg aus Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) eingeführt worden. Bei Tests im Gewächshaus und im Freiland hat sich die Vitamin B6-Anreicherung als stabil erwiesen. Das Projekt ist v.a. für die Regionen interessant, in denen Maniok Hauptnahrungsmittel ist und wo es durch Vitamin B6-Mangel häufig zu Herzkreislauferkrankungen und Diabetes kommt. Bisher ist nicht klar, ob für die Vitamin B6-reiche gv-Maniok eine Zulassung für den Anbau angestrebt wird.

Verminderung des Linamarin-Gehalts. Forscher am Innovative Genomics Institute in den USA arbeiten daran, mit CRISPR/Cas die Bildung giftiger Cyanide in Maniok-Pflanzen zu unterbinden. Dadurch könnte die Gefahr von Vergiftungen minimiert werden.

Verbesserte Lagerfähigkeit. Die Qualität der Knollen verschlechtert sich bei der Lagerung sehr schnell, da die enthaltende Stärke direkt abgebaut wird. Der Abbau der Stärke beginnt bereits vor der Ernte, sobald die grünen Triebe abgeschnitten werden. Ziel eines Forschungsprojektes des International Institute of Tropical Agriculture (IITA), Nigeria, und der ETH Zürich war es, mit Hilfe von RNAi den vor der Ernte beginnenden Stärkeabbau zu reduzieren und die Qualitätsverluste nach der Ernte zu verringern. Solche Maniokpflanzen wurden 2018 in Nigeria in Freilandversuchen getestet. Die veränderten Pflanzen sollen Einblick in den Stärkestoffwechsel geben und sind bisher nicht für die Entwicklung neuer Sorten vorgesehen.

Veränderte Stärkezusammensetzung für industrielle Zwecke. An der ETH Zürich wurden Maniok-Pflanzen mit Hilfe der Gen-Schere CRISPR/Cas so verändert, dass sie nur noch den industriell gut zu verarbeitenden Stärkebestandteil Amylopektin bilden.