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30.09.2020

Mit der Gen-Schere zum pilztoleranten Weizen: Pflanzenzüchter setzen Zeichen

Mit der Gen-Schere zum pilztoleranten Weizen: Pflanzenzüchter setzen Zeichen

Ariella van Hooven

transGen - Forum Bio - und Gentechnologie e.V.

Topics

Allgemein Pflanzenschutz Artenvielfalt

Fast 60 deutsche Pflanzenzüchtungsunternehmen haben ein gemeinsames Forschungsprojekt (PILTON) gestartet: Sie wollen Weizen mit einer besseren und dauerhaften Widerstandsfähigkeit gegenüber Pilzkrankheiten entwickeln – und das gleich gegen vier dieser Erreger. Sie nutzen dafür die Gen-Schere CRISPR/Cas, das bekannteste unter den neuen Züchtungsverfahren. Wenn das Konzept funktioniert und entsprechende Sorten auf den Markt kommen würden, hätte das viele Vorteile.

Fusarien sind eine der Pilzkrankheiten, die bei Weizen sehr verbreitet sind und zu Ernteausfällen führen.

Wenn Weizen damit infiziert ist, bleiben die Ähren ohne Frucht oder produzieren Kümmer- oder Schmachtkörner (rechts), die kleiner als die normalen Weizenkörner sind. Fotos: CYMMIT, Bayer Crop Science, i-bio

Einige befallen die Blätter der Pflanzen, drosseln die Fotosynthese und damit den Ertrag, andere siedeln sich auf den Ähren an und produzieren starke Pilzgifte (Mykotoxine) oder verbreiten sich über die Samen – Pilzkrankheiten sind eine großes Problem im Weizenanbau. Bei starkem Befall müssen Öko-Landwirte Ertragseinbußen hinnehmen, konventionelle können mal mehr, mal weniger auf chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel zurückgreifen. Nach offiziellen Zahlen werden auf Feldern mit Winterweizen jährlich mehr als zwei Mal Fungizide ausgebracht (durchschnittliche Behandlungshäufigkeit 2019: 2,19). Immerhin ist Weizen in Deutschland und Europa die wichtigste, am meisten angebaute Kulturpflanze.

Doch die gesellschaftliche Akzeptanz sinkt. Spätestens mit dem „Insektensterben“ haben nachteilige Folgen für Umwelt und Biodiversität politisch ein hohes Gewicht. Bis 2030 soll der Einsatz von „chemischen Pestiziden“ um 50 Prozent reduziert werden, so das Ziel des Green Deal der EU-Kommission. Auch einige der heute üblichen Fungizide werden wohl in den nächsten Jahren ihre Zulassungen verlieren, neue bessere Wirkstoffe sind nicht in Sicht.

Für die Landwirte wird es nicht einfacher: Mit weniger Ressourcen und unter schärferen Auflagen müssen sie Erträge einfahren, die nicht nur ihr eigenes Auskommen sichern, sondern auch die gesellschaftliche Versorgung mit dem Grundnahrungsmittel Weizen.

Zwar gibt es auch jetzt bereits Weizensorten mit konventionell eingezüchteten Toleranzen gegen bestimmte Pilze, doch diese sind meist nicht dauerhaft stabil. Oft treten die Erreger in verschiedenen, sich rasch ändernden Rassen auf. Früher oder später gelingt es ihnen, die Toleranz in den Weizenpflanzen zu überwinden. Bis neue, bessere gefunden und in Sorten eingebracht sind, kann es viele Jahre dauern – zu lang, um den variablen, anpassungsfähigen Erregern züchterisch hinterher zu kommen. Erst recht beim komplizierten Weizen mit seinem riesigen Genom, fünfmal größer als das des Menschen, und einem dreifachen Chromosomen-satz.

Ein Weizen mit dauerhaften Pilztoleranzen hätte viele Vorteile: Für die Umwelt durch weniger Fungizide, für Landwirte, weil sie weniger spitzen müssen und so Kosten sparen, und für die Konsumenten durch gesündere, weil mit weniger Pilzgiften belastete Produkte.

Genau das ist das Ziel des PILTON-Projekts, eines gemeinschaftlichen Forschungsvorhabens, an dem sich - von Bayer Crop Science bis Weingut St. Urbans-Hof - knapp 60 große und kleine deutsche Pflanzenzüchtungsunternehmen beteiligen. Sie setzen dabei auf die Gen-Schere CRISPR/Cas, das inzwischen am häufigsten angewandte Genome Editing-Verfahren. Anders als bei der herkömmlichen Züchtung, bei der das Genmaterial zweier Kreuzungslinien mehr oder weniger zufällig vermischt werden, können damit einzelne DNA-Bausteine (Basen) punktgenau und präzise „umgeschrieben“ werden - im Kern nichts anderes als eine gezielt herbeigeführte Mutation, wie sie zufällig und in großer Zahl auch natürlich stattfindet.

Dieses Werkzeug wird bei dem PILTON-Projekt der deutschen Züchter genutzt, um einen natürlichen pflanzeneigenen Abwehrmechanismus zu verstärken. Eine Weizenpflanze schaltet diesen ein, sobald ein Pilzerreger eingedrungen ist und mildert so dessen Schadwirkung. Doch diese Reaktion schwächt sich nach einiger Zeit ab, so dass der Pilz wieder die Oberhand gewinnt.

Aus der Grundlagenforschung weiß man, dass dafür ein bestimmter „Repressor“ verantwortlich ist. Wenn es gelingt, diesen zu unterdrücken, bleibt der pflanzeneigene Schutz gegen Pilzerreger über einen längeren Zeitraum aktiv. Um das zu erreichen, wird mit Hilfe der CRISPR-Schere der DNA-Strang im Bereich des Repressor-Gens durchtrennt. Bei der anschließenden Reparatur entsteht ein Fehler, der die Bildung des Repressors verhindert. Die Folge: Die Pilzabwehr funktioniert länger, die Pflanze bleibt vital genug, um Pathogen-Attacken ohne große Schäden zu überstehen. Das betrifft nicht nur einen Pilzerreger, sondern mehrere. Der Weizen des PILTON-Projekts verfügt über eine breite „multiple“ Toleranz gegen Braunrost, Gelbrost, Septoria und Fusarium – das ist das Ziel.

Im Laborversuchen hat sich gezeigt, dass das Konzept grundsätzlich funktioniert. Nun schließen sich weitere Testreihen im Gewächshaus und in der Klimakammer an. Dafür sind vier bis fünf Jahre vorgesehen. Doch spätestens dann muss der PILTON-Weizen ins Freiland. Nur unter realistischen Bedingungen, bei Wind und Wetter, über mehrere Jahre und an verschiedenen Standorten kann der Weizen zeigen, dass er auf dem Feld tatsächlich hält, was er im Labor versprochen hat.

Doch da fangen die Probleme an: Bleiben die Gentechnik-Gesetze in der EU so wie sie derzeit sind, gilt der pilztolerante PILTON-Weizen als GVO – Freilandversuche müssten nach Gentechnik-Recht genehmigt und durchgeführt werden. Mehr noch: Der Aufwand für eine kommerzielle Zulassung des Weizen wäre dann so hoch, dass er sich für die meisten der Züchtungsunternehmen nicht lohnen würde.

Nicht die möglichen Vorteile von genom-edierten Pflanzen geben den Ausschlag, ob sie in Europa auf die Felder kommen, sondern ihre gentechnik-rechtliche Regulierung. Sie entscheidet damit auch, ob die Potenziale für eine nachhaltige, weniger Flächen und Ressourcen verbrauchende Landwirtschaft tatsächlich genutzt werden können.

„Wir glauben,“ so Stefan Streng, einer der am PILTON-Projekt beteiligten Züchter, „dass wir durch ein anschauliches und praxistaugliches Projekt mit einer interessanten Pflanze, mit einer interessanten Eigenschaft und mit einem echten Mehrwert für den Landwirt, aber auch für die Gesellschaft zeigen können, dass ein Umdenken Sinn macht. Wir wollen also auch politisch wirken.“