Pilzresistenter Weizen Gentechnik: Neue Strategien gegen Pilzkrankheiten

Vor allem, wenn es feucht ist, wird Getreide häufig von Pilzkrankheiten befallen. Für die Landwirte ist das nicht nur ein wirtschaftliches Problem: Einige der Pilze produzieren hochgiftige Substanzen, welche die Ernteprodukte belasten. Eine Bekämpfung der Pilzkrankheiten ist nicht immer einfach und auch die Züchtung robuster, widerstandsfähiger Sorten hat bisher keinen durchschlagenden Erfolg gehabt. Erst mit der Gentechnik scheinen sich neue Möglichkeiten zu eröffnen.

Weizen oder Gerste mit einer verbesserten Resistenz gegen Pilzkrankheiten sind schon lange ein wichtiges Ziel der Pflanzenzüchter. Zwar hat es in den letzten Jahren einige  Fortschritte gegeben, doch gerade bei der Pilzresistenz stößt die klassischen Züchtung an ihre Grenzen. Oft sind im Genpool der jeweiligen Pflanzenart keine geeigneten Resistenzgene vorhanden, die in Kultursorten eingekreuzt werden könnten. In anderen Fällen ist der genetische Hintergrund so komplex, dass der Aufbau einer wirksamen Pilzresistenz mit konventionellen Züchtungsmethoden kaum oder nur über große Zeiträume möglich ist.

Weizen mit Fusarienbefall. Mögliche Folge: Weizenprodukte sind mit Pilzgiften belastet. (Foto: Syngenta) Pilzkrankheit bei Weizen. Links normale Weizenkörner, rechts Schmachtkörner als Folge des Fusarienbefalls. (Foto: Bayer. Landesanstalt f. Bodenkultur und Pflanzenbau, München) Ende eines Feldversuchs. Nach Protestaktionen gegen ein Versuchsfeld mit gv-Weizen wurde 2004 die weitere Entwicklung in Europa eingestellt. (Foto: greenpeace)

Mit der Gentechnik scheint es grundsätzlich möglich, diese Beschränkungen zu überwinden. Aus der Genomforschung sind inzwischen verschiedene Gene und Genkombinationen bekannt, die Resistenzen gegen bestimmte Pilzkrankheiten vermitteln. Mit gentechnischen Methoden können solche Resistenzkonzepte auf Weizen- oder Gerstepflanzen übertragen werden. Einige dieser neuen pilzresistenten Pflanzen werden zwar bereits in Freilandversuchen getestet, doch von einer kommerziellen Anwendung sind sie noch weit entfernt. Weizen: Weniger Pilzbefall, weniger Pilzgifte Ein Beispiel für neue gentechnische Konzepte gegen Pilzkrankheiten bei Getreide ist ein von dem Schweizer Agrobiotech-Unternehmen Syngenta entwickelter gv-Weizen, der eine Resistenz gegen Fusarium-Pilze besitzt. Sie basiert auf einem aus einem anderen Pilz isolierten Gen, das in Weizen eingeschleust wurde und dort für die Produktion eines gegen Fusarien gerichteten Enzyms sorgt. Diese Pilzgattung befällt vor allem Getreide wie Mais, Weizen, Hafer und Gerste. Bei Weizen führt ein Fusarien- Befall zu deutlichen Qualitäts- und Ertragseinbußen: Die Ähren bleiben ohne Frucht oder produzieren Kümmer- oder  Schmachtkörner, die kleiner als die normalen Weizenkörner sind. Problematischer ist jedoch, dass einige der Fusarien-Arten Mykotoxine bilden, eine Gruppe giftiger Stoffwechselprodukte, mit denen Pilze ihre Sporen bei der Keimung vor Mikroorganismen schützen. Bei der Weiterverarbeitung des Getreides gelangen die Mykotoxine in die Nahrung und können beim Verzehr zu akuten und chronischen Vergiftungserscheinungen führen. In Futtermitteln verursachen Mykotoxine bei den Tieren vor allem Verdauungsstörungen.

Je nach Pilzart werden unterschiedlich giftige Mykotoxin- Varianten gebildet. Die bei Getreide am häufigsten anzutreffenden Mykotoxine beeinträchtigen das Immunsystem. In höheren Mengen verursachen sie akute Vergiftungserscheinungen wie Übelkeit und Erbrechen. Andere Fusarien-Toxine wirken krebserregend  oder stören den Hormonhaushalt. Seit einigen Jahren gibt es in der EU zwar Höchstwerte für zulässige Mykotoxin-Belastungen, doch gerade in starken Befallsjahren ist es für die Landwirtschaft nicht einfach, diese einzuhalten.

Zwar können die Landwirte mit verschiedenen ackerbaulichen Maßnahmen und dem Einsatz von Fungiziden versuchen, die Mykotoxingehalte in Getreide niedrig zu halten. Ein sicherer, auch bei hohem Befallsdruck wirksamer Schutz ist jedoch nur bedingt möglich. Besonders bei feucht-warmem Wetter treten verstärkt Fusarieninfektionen auf. Sie sind nicht nur in Mitteleuropa ein Problem, sondern führen weltweit zu Ernteausfällen und Mykotoxinbelastungen im Weizen.

Ob der von Syngenta entwickelte gv-Weizen tatsächlich resistent gegen Pilzbefall ist und damit das Risiko von Mykotoxin-Belastungen in der Nahrung vermindert, kann nur in praktischen Anbauversuchen überprüft werden. Nach erfolgreichen Tests in Nord- und Südamerika sollte 2003 und 2004 in Friemar (Thüringen) und Bernburg (Sachsen-Anhalt) auf insgesamt etwa 1.000 Quadratmetern untersucht werden, ob der gv-Weizen auch unter hiesigen Feldbedingungen eine signifikante Pilzresistenz aufweist. In beiden Jahren mussten die Versuche jedoch ohne Ergebnis abgebrochen werden, nachdem Umweltaktivisten die Felder zerstört hatten. Inzwischen hat Syngenta alle Forschungsaktivitäten an gv-Pflanzen in Europa eingestellt und nach Nordamerika verlagert.

Resistenzen gegen Pilzinfektionen: Freilandversuche mit gv-Weizen in Deutschland und in der Schweiz

Einen anderen Ansatz gegen Getreidepilze verfolgen Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie in Aachen. Sie haben Gene für spezifische Antikörper auf Getreidepflanzen übertragen, die an der Zellwand der Pilze andocken. Die Antikörper sind mit Wirkstoffen gekoppelt, welche die Zellwände der Pilze abbauen. Derzeit wird die Wirksamkeit des Konzept in Freilandversuchen außerhalb Europas überprüft.

An der ETH Zürich wurde ein gentechnisch veränderter Weizen entwickelt, der einen natürlichen Schutzmechanismus für eine verbesserte Widerstandskraft von Weizen gegen Brandpilze wie Stinkbrand oder Weizenflugbrand nutzt. Zum Schutz vor solchen Pilzinfektionen wird Saatgut mit chemischen Fungiziden gebeizt. In Europa spielen Brandpilze daher keine große Rolle, jedoch in einigen Entwicklungsländern. Die Kleinbauern dort können nicht jedes Jahr teures Saatgut kaufen, sondern verwenden einen Teil ihrer Ernte für die Aussaat im kommenden Jahr. Befinden sich brandinfizierte Körner darunter, tragen die Landwirte ungewollt zu einer raschen Verbreitung der Pilzkrankheiten und einer Anhäufung in den eigenen Beständen bei. Weltweit, so schätzt das internationale Getreideforschungszentrum, verursachen Brandpilze Ernteausfälle zwischen fünf und zehn Prozent. 2004 wurde in der Schweiz ein erster Freilandversuch mit dem Flugbrand-resistenten Weizen unter strengen Sicherheitsauflagen durchgeführt. 2008 sind weitere Versuche in Deutschland vorgesehen.

Ab 2008 sind in der Schweiz Freisetzungsversuche mit gv-Weizen geplant, der infolge eines eingeführten Gerste-Gens über eine Resistenz gegen Mehltau-Pilzinfektionen verfügen soll. Untersucht werden soll die Wirksamkeit des Konzepts sowie mögliche Umweltauswirkungen. Das Projekt ist Teil des Nationalen Forschungsprogramms zu "Nutzen und Risiken der Freisetzung gentechnisch veränderter Pflanzen."

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