NGT-Pflanzen – Projektbeispiele
Maniok Resistenz gegen Maniokwelke
Maniok mit Resistenz gegen die Xanthomonas-Maniokwelke
Für etwa eine Milliarde Menschen weltweit ist die stärkereiche Maniokwurzel ein wichtiges Nahrungsmittel. Vor allem Kleinbauern in Afrika sind stark auf den Anbau der anspruchslosen Pflanzen angewiesen. Nach Schätzungen trägt Maniok zu mehr als ein Drittel der Nahrungskalorien für Afrika bei.
Die durch Xanthomonas phaseoli pv. manihotis-Bakterien ausgelöste Maniokwelke-Krankheit bedroht jedoch den Anbau, und kann große Ernteverluste bis hin zum Totalausfall verursachen. Die Bakterien breiten sich in den Pflanzengeweben aus, führen zu durchsichtigen, wassergefüllten Flecken auf den Blättern, zum Welken und Absterben von einzelnen Trieben oder der ganzen Pflanze. Durch sorgfältige Anbaupraktiken und Pflanzenhygiene kann die Ausbreitung der Krankheit gebremst werden, wirksame Pflanzenschutzmaßnahmen befallener Pflanzen existieren jedoch nicht. Da den ressourcenschwachen Kleinbauern die Mittel für aufwändige Maßnahmen fehlen, ist der Anbau von Sorten mit erhöhter Resistenz gegen Xanthomonas-Bakterien eine vielversprechende Strategie zur Vorbeugung der Krankheit.
Ein US-Forschungsteam um die Pflanzenforscherin Rebecca S. Barth vom Donald Danforth Plant Science Center in St. Louis haben gezeigt, wie Maniok durch Genomeditierung mit CRISPR/Cas9 widerstandsfähiger gegen die Maniokwelke gemacht werden kann. Dies gelang, indem der Mechanismus der Bakterien unterbrochen wurde, mit dem sie die Pflanzen dazu bringen, ihren eigenen Befall und die Ausbreitung der Krankheit aktiv zu unterstützen.
Xanthomonas-Bakterien können mit einer nadelähnlichen Struktur TAL-Aktivatorproteine durch die Zellwand in Pflanzenzellen injizieren. Dort binden die Proteine an definierte Bereiche im Pflanzenerbgut und beeinflussen die Genablesung. Das TAL20-Protein der Bakterien aktiviert die Transkription des pflanzlichen MeSWEET10a-Gens, das für die Produktion eines Zuckertransporters verantwortlich ist. Die Bakterien profitieren dann von einem verstärkten Zuckerzustrom in der Pflanze, möglicherweise als Nahrung oder zur Stimulation des weiteren Infektionsvorgangs.
Die Forschenden veränderten durch Genomeditierung die TAL20-Bindestelle in der Nähe des MeSWEET10a-Gens so, dass das TAL20-Aktivatorprotein dort nicht mehr binden kann, um den Zuckertransport zu aktivieren. Durch den Wegfall dieser Achillesferse wurden die Maniokpflanzen widerstandsfähiger gegen die Infektion und zeigten weniger Symptome. Ihr Aussehen und die Wachstumseigenschaften waren unverändert. Die Forschenden schlagen vor, mehrere ähnliche genetische Veränderungen in den Pflanzen zu kombinieren, um ihre Krankheitsresistenz weiter zu steigern.
Da die klassische Züchtung bei Maniok schwierig ist, gewinnt die Genomeditierung immer mehr praktische Bedeutung. Projekte für Krankheitsresistenzen, ein optimiertes Stärkeprofil, reduzierte Giftstoffe, verbesserte Nahrungsqualität und Lagerfähigkeit wurden bereits beschrieben.