Kartoffeln
Genomeditierte Kartoffeln gegen die Kraut- und Knollenfäule
CRISPR/Cas Kartoffeln
Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln
Über 170 Jahre ist es her, dass die Kraut- und Knollenfäule der Kartoffeln in Irland eine verheerende Hungersnot auslöste. Da sich der Erreger Phytophthora infestans bei feucht-warmen Witterungsverhältnissen explosionsartig ausbreiten kann, führt die Pilzkrankheit ohne Gegenmaßnahmen zu massiven Schäden. Innerhalb von nur zehn Tagen nach dem Erstbefall kann ein ganzes Kartoffelfeld vernichtet sein. Auch das Erntegut im Lager ist in Gefahr.
Auch heute noch ist die Kraut- und Knollenfäule die weltweit bedeutendste Kartoffelkrankheit. Die wichtigste Maßnahme gegen ihre Ausbreitung ist die Verwendung von Fungiziden. In der Schweiz müssen Kartoffelfelder etwa sieben- bis achtmal jährlich behandelt werden. In nordeuropäischen Ländern mit ungünstigerem Klima, zum Beispiel Großbritannien, sind bis zu 20 Anwendungen jährlich erforderlich. Im Bio-Landbau werden statt synthetischer Fungizide verbreitet Chemikalien mit dem Schwermetall Kupfer eingesetzt. Das Management der Kraut- und Knollenfäule verursacht daher einen großen Arbeits- und Kostenaufwand. Die kombinierten jährlichen Kosten für Ernteschäden sowie Vorbeugung und Bekämpfung der Krankheit liegen global um die 10 Milliarden US$.
Entwicklung Phytophthora-resistenter Kartoffelvarietäten
Die Entwicklung Phytophthora-resistenter Kartoffelvarietäten könnte daher einen großen Beitrag zu Reduktion von Ernteverlusten und Pflanzenschutz-Aufwand und damit für eine wirtschaftlichere und nachhaltige Landwirtschaft leisten. Allerdings ist die klassische Kreuzungszüchtung bei Kartoffeln, die über vier Chromosomensätze verfügen, sehr zeitaufwändig und kann Jahrzehnte dauern. Trotz langjähriger Züchtungsanstrengungen konnten sich noch keine pilzresistenten Kartoffeln am Markt durchsetzen. Hier bieten neue Züchtungsverfahren wie die Genomeditierung die Chance, beliebte und am Markt etablierte Kartoffelsorten mit einer verbesserten Pilzresistenz auszustatten. Statt wie bei der klassischen Züchtung mit der Verwendung sehr spezifischer Resistenzgene gegen einzelne Erregerstämme (R-Gene) liegt hier der Fokus auf Kartoffelgenen, welche eine Anfälligkeit oder Suszeptibilität gegen Pilzbefall fördern (S-Gene). Solche können durch Genomeditierung verändert oder ausgeschaltet werden.
Gleich zwei Arbeitsgruppen berichten Anfang 2024 bereits über erfolgreiche Ansätze dazu. Forschende aus dem Iran beschreiben, wie sie bei der beliebten Kartoffelsorte Agria mit Hilfe von CRISPR/Cas9 alle Kopien des StNRL1-Gens inaktivierten. Dieses ist am Infektionsprozess beteiligt und stellt so eine «Achillesferse» der Pflanzen dar. Und ein Team aus China verwendeten den gleichen Ansatz, um das S-Gen StPM1 auszuschalten. In beiden Fällen zeigten Blätter der genomeditierten Kartoffeln in Laborversuchen eine erhöhte Resistenz gegen Phytophthora infestans. Weitergehende
Versuche müssten zeigen, ob sich die Resistenz auch in der Praxis bewährt. Gerade für weniger wohlhabende Länder bietet die Genomeditierung grosse Chancen für die Entwicklung krankheitsresistenter Sorten und einen nachhaltigeren Pflanzenschutz.
Einen Ausblick in künftige Züchtungstrategien gibt die Doktorarbeit von Ania Lukasiewicz vom belgischen ILVO-Institut. Ihr gelang es, durch Genomeditierung auf einen Schlag bis zu fünf verschiedene S-Gene in Kartoffeln auszuschalten. Durch Kombinationen von Resistenzeigenschaften können diese dauerhafter und wirksamer werden.
Quellen:
Weishuai Bi 2024, CRISPR/Cas9-guided editing of a novel susceptibility gene in potato improves Phytophthora resistance without growth penalty, Plant Biotech. J. 22:4-6;
Mohsen Nourozi et al. 2024, CRISPR/Cas StNRL1 gene knockout increases resistance to late blight and susceptibility to early blight in potato, Front. Plant Sci. 14:1278127
ILVO News 12.02.2.24: Multiple potential pest susceptibility genes modified simultaneously in potatoes with CRISPR-Cas technique
Mit freundlicher Genehmigung aus Point Newsletter 260