Nematoden

Bald nur noch nematodenresistente Rüben?

Zystennematoden können die Rübenerträge stark dezimieren. Warum ein bislang unbekannter Mechanismus Hoffnung auf vollständig resistente Sorten gibt, erläutert Prof. Christian Jung von der Uni Kiel.

Ein bislang unbekannter Mechanismus gibt Hoffnung auf vollständig resistente Sorten. Prof. Christian Jung von der Uni Kiel erklärt, was die Entdeckung für den Rübenanbau bedeutet.

Mit Ihrem Team haben Sie ein neuartiges Gen bei Zuckerrüben entdeckt. Worum handelt es sich dabei genau und wie arbeitet es?

Jung: Das Gen Hs4 haben wir in einer der Rüben verwandten Pflanze entdeckt. Die Wildart Patellifolia procumbens ist gegen den Zystennematoden Heterodera schachtii vollständig resistent. Dort codiert das Hs4-Gen eine Protease, ein proteinabbauendes Enzym. Proteasen sind dafür zuständig, überflüssige Proteine zu entfernen, sie zu aktivieren oder bestimmte Mechanismen in einer Zelle zu starten. In diesem Fall ist der Mechanismus ein Selbstmord: Befällt ein Zystennematode die Zelle, bricht diese nach zwei bis drei Tagen komplett zusammen. Der Fadenwurm stirbt mit ihr. Dass Teile der Pflanze nach Befall absterben, ist eine typische Resistenzreaktion – weglaufen kann sie ja nicht.

Was ist das Besondere an Hs4?

Jung: Dass das Gen eine sogenannte Rhomboid-Protease codiert. Dieser Mechanismus wurde bisher noch nie in Pflanzen nachgewiesen. Darauf sind wir gestoßen, weil ein Bodenpilz, der Nematoden verdaut, auch eine derartige Protease produziert. Seit einem Jahr kennen wir das Gen und mussten noch seine Funktion prüfen. Dafür haben wir es zunächst mit Crispr/Cas ausgeknockt – so wurden zuvor resistente Pflanzen anfällig für Nematoden. Zudem haben wir das Gen überexprimiert, also stark aktiviert. So wurde eine vormals anfällige Pflanze resistent. Fazit: Das Gen funktioniert.

Wie lange hat die Forschung gedauert und wo lagen Schwierigkeiten?

Jung: Begonnen habe ich 1984 als Postdoc an der Uni Hannover, das Thema hat mich bis heute begleitet. Damals hatten wir nicht mal annähernd die Techniken, um das Gen zu finden. Aber ich bin drangeblieben und wollte es identifizieren. Möglich machten es erst die neuen Sequenzierungstechniken und bioinformatische Tools. Den Durchbruch brachte letztendlich die Computer-gestützte Analyse genomischer Sequenzen.

Warum ist diese Resistenz notwendig?

Jung: Der Rübennematode ist nach wie vor der weltweit größte Schädling in Zuckerrüben. Insgesamt verursachen Nematoden Schäden an Nutzpflanzen in Höhe von ca. 157 Mrd. US-$ jährlich. Nematizide sind zur Bekämpfung zwar verbreitet, in Deutschland zur Bodenbegasung im Rübenanbau jedoch nicht mehr zulässig. Bislang dominieren weltweit tolerante Rüben den Markt. Bei Befall reagieren sie nicht mit Ertragsverlust, doch die Nematoden vermehren sich weiter.

Es gibt zwei vollständig resistente Sorten, auch durch eine Chromosomen-Translokation aus der Wildart Pattelifolia. Allerdings handelt es sich hier nicht um einen „sauberen“ Gentransfer, sondern um einen spontanen Chromosomenbruch, also um eine Mutation. So eine spontane Mutation ist äußerst selten, und das Auffinden ist extrem mühselig und langwierig. In diesen Rüben befinden sich zusätzlich Hunderte andere Pattelifolia-Gene, die zu unerwünschten Nebeneffekten führen und die Ertragseinbußen können 10 bis 20% betragen. Der Anbau dieser transgenen Rüben ist nur auf wirklich stark verseuchten Standorten zu empfehlen.

Wann können wir die ersten resistenten Pflanzen in der Praxis erwarten?

Jung: Durch unsere Arbeit können wir das Gen gezielt in Rüben übertragen. Die Transformationen von Zuckerrübengenen können die Züchter routinemäßig durchführen. Wie wichtig es den Züchtern ist, resistente Sorten durch gezielten Gentransfer zu züchten, bleibt abzuwarten. Allerdings ist eine solch gezielte Transgenese in der EU als Gentechnik geregelt und nicht zulässig. Sollten also resistente Rüben ohne Ertragseinbußen auf den Markt kommen, hätten Landwirte in anderen Ländern einen deutlichen Marktvorteil.

Wie geht es nun weiter?

Jung: Wir haben die Ergebnisse in der internationalen Fachzeitschrift New Phytologist publiziert. Bislang haben wir nur an Wurzelkulturen von Zuckerrüben gearbeitet. Zurzeit prüfen wir, ob sich die Resistenz in den Modellorganismus Arabidopsis thaliana übertragen lässt. Denn in der Acker-Schmalwand, wie übrigens auch im Raps, gibt es keine Resistenzen. Sollte das Hs4-Gen in Arabidopsis funktionieren, könnte die Resistenz in nicht verwandten Kulturarten induziert werden. Die Bereitstellung resistenter Sorten ist ein Beitrag für eine umweltschonende Wirtschaftsweise. Vielen Dank für das Gespräch.

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