Weizen-Resistenzgen schützt auch Mais und Gerste gegen Pilze

Pflanzenforschende der Universität Zürich haben transgene Mais- und Gerstenlinien entwickelt, die dank dem Lr34-Resistenzgen aus Weizen widerstandsfähiger gegen mehrere Pilzkrankheiten sind. Nach den erfolgreichen Versuchen im Gewächshaus wollen die Wissenschaftler die Pflanzen nun im Freiland prüfen: am Agroscope-Standort in Zürich-Reckenholz.

Mais mit Maisbeulenbrand
Mais mit Maisbeulenbrand
Von Maisbeulenbrand befallener, nicht-transgener Mais im Feld. (Bild: UZH)

Die Gruppe von Beat Keller, Professor am Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich (UZH), erforscht seit vielen Jahren das Immunsystem von Getreidesorten, mit dem sich die Pflanzen gegen Schädlinge und Krankheiten zur Wehr setzen. Ziel ist, die vielfältigen Wechselwirkungen von Pflanzen und Pathogenen besser zu verstehen. Gleichzeitig können die widerstandsfähigeren Linien in der Pflanzenzucht genutzt werden, da Pilzkrankheiten häufig zu grossen Ernteverlusten führen.

Freilandversuche in Reckenholz geplant

Hunderte Resistenzgene gegen Pilzkrankheiten von diversen Getreidearten sind bereits bekannt. Eines davon – das von Kellers Team identifizierte Resistenzgen Lr34 aus Weizen – zeichnet sich durch eine langanhaltende, partielle Wirkung gegen mehrere Pilzarten aus. Die UZH-Forschenden wollen wissen, ob das Weizen-Resistenzgen auch bei Mais und Gerste funktioniert. Versuche im Labor und im Gewächshaus haben gezeigt, dass mit Lr34 ausgestattete Mais- und Gerstenlinien besser geschützt sind gegen mehrere Pilzkrankheiten. «Nun wollen wir die Resistenzwirkung unter Feldbedingungen testen. Wir haben daher beim Bundesamt für Umwelt einen Freilandversuch am Agroscope-Standort in Zürich-Reckenholz beantragt», sagt Teresa Koller, Leiterin der geplanten Feldversuche. Deren Durchführung ist vorgesehen von Frühling 2019 bis Herbst 2023.

Mais und Gerste mit verbesserter Pilzresistenz

Nach den erfreulichen Resultaten aus den Gewächshausversuchen soll die Schutzwirkung nun im Freiland getestet werden: beim Lr34-Mais gegen die Blattfleckenkrankheit (E. turcicum) und den Maisbeulenbrand (U. maydis) und bei der Lr34-Gerste gegen den Zwergrost (P. hordei) und den Echten Mehltau (B. graminis f. sp. hordei). «Zudem wollen wir untersuchen, ob die genetischen Veränderungen auch weitere agronomische Eigenschaften der Mais- und Gerstenlinien beeinflussen: die Pflanzenentwicklung und den Ertrag», ergänzt Koller.

Das pflanzliche Immunsystem besser verstehen

Das Resistenzgen Lr34 wird weltweit seit mehr als einem Jahrhundert intensiv in der Zucht und dem Anbau von Weizen genutzt. Trotzdem haben sich die Pilzerreger bisher noch nicht an die Resistenz angepasst – Lr34 ist also nach wie vor wirksam. Viele bekannte Resistenzgene beinhalten den Bauplan für Rezeptoren, mit denen die Pflanzen Krankheitserreger erkennen können. Lr34 hingegen ist von der Struktur her ein sogenannter ABC-Transporter. Dabei handelt es sich um Membranproteine, die Substanzen aktiv in die Pflanzenzelle hinein oder aus dem Zellinneren heraus transportieren.

Pflanzen haben ein ausgeklügeltes Immunsystem entwickelt, das ihnen erlaubt, zwischen krankmachenden und unproblematischen oder nützlichen Mikroben zu unterscheiden und eine angemessene Abwehrreaktion auszulösen. «Primäres Ziel der geplanten Feldversuche ist, die Funktion und Wirksamkeit von Lr34 besser zu verstehen», sagt Teresa Koller, die bereits die Freilandversuche mit transgenem, mehltauresistentem Weizen von 2016 bis 2018 leitete.

Literatur:

Boni, R., Chauhan, H., Hensel, G., Roulin, A., Sucher, J., Kumlehn, J., Brunner, S., Krattinger, S.G. and Keller, B. Pathogen-inducible Ta -Lr34res expression in heterologous barley confers disease resistance without negative pleiotropic effects. Plant Biotechnol. J. 11 July 2017. DOI: 10.1111/pbi.12765

Sucher, J., Boni, R., Yang, P., Rogowsky, P., Büchner, H., Kastner, C., Kumlehn, J., Krattinger, S.G. and Keller, B. The durable wheat disease resistance gene Lr34 confers common rust and northern corn leaf blight resistance in maize. Plant Biotechnol. J. 13 October 2016. DOI: 10.1111/pbi.12647

Risk, J.M., Selter, L.L., Chauhan, H., et al. The wheat Lr34 gene provides resistance against multiple fungal pathogens in barley. Plant Biotechnol. J. 28 May 2013. DOI: 10.1111/pbi.12077

Bewilligungsverfahren

Die Universität Zürich hat im Dezember 2018 beim Bundesamt für Umwelt (BAFU) Gesuche für die Bewilligung der Freisetzungsversuche eingereicht. Nach der Bekanntgabe der Gesuchseingabe im Bundesblatt wird eine Frist für Stellungnahmen eröffnet. Dabei prüft das BAFU die Gesuche und die eingegangenen Stellungnahmen und wird voraussichtlich bis im Frühling 2019 entscheiden, ob es die Versuche bewilligt. Die Feldversuche sind für maximal fünf Jahre bis Herbst 2023 geplant.

Website des BAFU zu GVO-Freisetzungsversuchen