Genetische Verbesserung: neue Optionen für den Pflanzenschutz

Seit Jahrtausenden versuchen Menschen, aus Wildpflanzen ertragreiche Kulturpflanzen zu züchten. Kein Apfel, der heute dem Konsumenten angeboten wird, ist noch "ursprünglich", ebenso wenig wie ein Rüebli oder Kartoffeln, und schon gar nicht die aus Gräsern gezüchteten Kulturpflanzen. Die genetische Verbesserung von Saatgut ist ein unabdingbarer ständiger Prozess zur Sicherung der Nahrungsmittelproduktion.

Bereits die alten Sumerer begannen vor bald 7000 Jahren mit der systematischen Züchtung von Weizen. Das tägliche Brot als Grundnahrungsmittel wurde schon immer vornehmlich aus Weizenmehl gebacken. Weizen ist auch heute noch der Hauptlieferant unserer Kohlenhydrate, und damit das wichtigste Getreide geblieben.

Um so einschneidender sind Ernteverluste, die durch Pflanzenkrankheiten hervorgerufen werden. Seit langem bekannt ist die für den Landwirten unangenehme Gruppe der Brandpilze. Das sind Krankheitserreger, die unter anderem verschiedene Getreidearten befallen und zu grossen Ernteverlusten führen können. Ohne Gegenmassnahmen - wie oft noch im letzten Jahrhundert - kann der Verlust bis zu 50% betragen. Die für den Weizen spezifischen Brandpilze, der Stinkbrand und der Weizenflugbrand, befallen die Saat des Weizens. Der Befall bleibt lange verborgen und ist erst dann sichtbar, wenn die Ähren zu reifen beginnen. Dann ist es allerdings zu spät für Rettungsmassnahmen. Nur 5 befallene Ähren auf einer Anbaufläche von 150 Quadratmetern, d.h. eine Befallsrate von nur etwa einem Promille, deklassieren die gesamte Ernte bestenfalls zum Viehfutter. Der durchdringende Geruch nach verfaultem Fisch, der von den befallenen Ähren ausgeht, und die den Gestank verursachende Substanz, das Trimethylamin, das für den Menschen und Tiere giftig ist, macht die Ernte ungeniessbar. Da anstelle des Mehls die Pilzsporen die Körner füllen, verbreitet man den Pilz bei der Ernte auf die gesunden Körner. So sät man auf dem Feld zusammen mit dem Weizen gleich die Krankheit mit. Solche samenübertragbaren Krankheiten häufen sich, wenn Bauern einen Teil ihrer eigenen Ernte wieder als Saatgut verwenden. Vor allem Kleinbauern in Entwicklungsländern benutzen häufig wieder ihre eigene Ernte zur Aussaat.

Fungizide ...

Um Pilzsporen (die "Samen" der Pilze) zu vernichten, wird das Saatgut mit synthetischen Fungiziden gebeizt. Alternative Behandlungen mit Warmwasser haben sich als weniger effizient erwiesen und sind gerade in Regionen mit Wasserknappheit schlecht praktikabel. Das Fungizid Gelbsenfmehl, das im biologischen Anbau genutzt wird, wirkt gut, ist aber mit den gleichen Problemen wie ein synthetisches Fungizid behaftet. Allein in der Schweiz werden pro Jahr ungefähr 20 Tonnen (das entspricht ungefähr einem ganzen Eisenbahnwagen voll) Fungizide nur für die Beizung des Getreidesaatguts eingesetzt. Die Nebenwirkungen der Fungizide sind nicht unbedenklich, da ausser den schädlichen Pilzen auch die nützlichen Pilze abgetötet werden können.

... konventionelle Resistenzzüchtung ...

Bisher konnte über den Weg der konventionellen Züchtung keine Brandpilzresistenz in die heimischen Weizensorten eingekreuzt werden. Interessanterweise gibt es aber gerade in den Brandpilzen selber einen Resistenzmechanismus und das entsprechende Gen dazu. Die Brandpilze könnten gewissermassen mit ihren eigenen Waffen geschlagen werden. Um nach heutigem Stand des Wissens dieses Prinzip für die Pflanze nutzen zu können, werden gentechnische Methoden benötigt.

Wie funktioniert dieser Resistenzmechanismus? Jede Brandpilzart kann sich, um ihr eigenes Überleben in der befallenen Pflanze zu sichern, mit einem Hemmstoff, dem sogenannten KP, gegen andere Brandpilze wehren. Das Wirkungsspektrum von KP ist sehr eng und auf Brandpilze beschränkt. Das ist wichtig, weil dadurch andere Organismen wie z. B. Bakterien und Hefepilze von der Wirkung der Brandpilz-Hemmstoffe nicht betroffen sind.

.... oder Gentechnik ?

Mehrere Jahre hat die Forschungsgruppe um Christof Sautter an der ETH Zürich daran gearbeitet, solche KP-Gene, mit denen der Weizen sich selber gegen Brandpilzbefall wehren kann, in Schweizer Weizensorten einzuschleusen. Die mühevolle Arbeit zeigt Ergebnisse: die ausgewählten Weizensorten verfügten nach der gentechnischen Veränderung über eine um 30% gesteigerte Abwehr gegen den Stinkbrand. Die bisherigen Versuche sind allerdings im Labor unternommen worden. Nach aller wissenschaftlichen Erfahrung müssen solche Ergebnisse im Freiland überprüft werden, da die Verhältnisse auch im Gewächshaus sehr unnatürlich sind.

2000 und 2001 wird ein feldähnlicher Versuch mit Pflanzen in Töpfen in einer Vegetationshalle an der eidgenössischen Forschungsanstalt für Agrarökologie und Landbau in Reckenholz (ZH) durchgeführt. Dieses Experiment wird in Zusammenarbeit mit Spezialisten auf dem Gebiet der Biosicherheit von Insekten und Mikroorganismen durchgeführt und von einer unabhängigen Begleitgruppe überprüft. Die Anlage, in welcher der gentechnisch veränderte Weizen wächst, ist eine Vegetationshalle. Sie wird bei Regen oder Wind in wenigen Minuten automatisch in ein geschlossenes Gewächshaus umgewandelt. Die jungen Pflanzen wachsen in isolierten Töpfen und sind vor Vögeln und Nagetieren geschützt. Um dem Sicherheitsbedürfnis der umliegenden Landwirtschaft gerecht zu werden, wird der Pollenflug verhindert, indem die Ähren in Pergamentsäcklein eingebeutelt werden.

Tausend Kilometer pro Jahr

Die Ausbreitung von Brandpilzerkrankungen kann alarmierend schnell sein. So war ein Verwandter des Stinkbrands (Karnal Bunt) bis in die sechziger Jahre auf Nordindien und Pakistan beschränkt. Im Jahre 1996 tauchte dieser Schadpilz in Wisconsin (USA) auf und bereits ein Jahr später im über tausend Kilometer entfernten Saskatchewan (Kanada), und das trotz aller heute bekannten Möglichkeiten zur Bekämpfung. Das ist besonders beunruhigend, weil die USA und Kanada als sehr wichtige Exportländer von Weizen gelten. Hier liegt auch die Problematik der Umverteilung von Nahrung aus den überproduzierenden, hochtechnisierten Ländern in die vom Hunger bedrohten, klimatisch ungünstigeren Gebiete der Dritten Welt. Durch Weizentransporte können sich auch gleichzeitig samenübertragbare Krankheiten verbreiten. In grossen Mengen wird Weizen als Körner-Schüttgut transportiert, das man nicht chemisch behandeln kann, weil es für den Verzehr sonst nicht freigegeben werden kann. Die Alternative zu der samenhygienisch problematischen Umverteilung ist eine Verbesserung der lokalen Produktion. Genetisch widerstandsfähigeres Saatgut ist also für beide Strategien - für die Umverteilung und für die Förderung der lokalen Produktion - ein wichtiges Element.
Ziel für den Forscher Christof Sautter ist es, den gentechnisch veränderten Weizen in weiteren Versuchen auf seine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Brandpilze unter möglichst naturnahen Bedingungen zu prüfen. Das erfordert auf die Dauer auch ein kleines "echtes" Feldexperiment. Daneben entwickelt er mit seinen Mitarbeitern das System weiter. Dieses Projekt hat das Potenzial, zu einer echten Alternative zum Einsatz von Fungiziden zu werden. Und Kleinbauern in der Dritten Welt wird zu besserem Saatgut verholfen, welches ohne finanzielle Belastung die Erträge sichert.

Über den aktuellen Stand des geplanten Feldexperiments orientiert die ETH Zürich und die Forschungsgruppe.