Pflanzen effizient vor Schädlingen schützen, ohne andere Organismen zu schädigen – das ist das Ziel des Verbundforschungsprojekts ViVe_Beet, das vom Julius Kühn-Institut (JKI) koordiniert wird. An dem Projekt sind Wissenschaftler des JKI-Instituts für Pflanzenschutz im Ackerbau und Grünland, des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME und des Instituts für Zuckerrübenforschung (IfZ) beteiligt.
Die von den Projektpartnern gewählte Strategie sieht die Verwendung maßgeschneiderter doppelsträngiger RNA-Moleküle vor, die in eine geeignete Formulierung eingearbeitet werden. Diese Formulierung wird dann mit konventionellen Applikationsmethoden ausgebracht, um Zuckerrüben künftig vor Vergilbungsviren zu schützen.
Der Einsatz synthetischer chemischer Insektizide und Pestizide in der Landwirtschaft wirkt sich negativ auf die Insektenvielfalt und die Bienengesundheit aus. Um solche Schäden zu vermeiden, hat die EU 2019 die Zulassung systemisch wirksamer Neonikotinoide eingestellt. Dies hat jedoch zu neuen Problemen in der Landwirtschaft geführt, insbesondere weil die Grüne Pfirsichblattlaus (Myzus persicae) zu den Insekten gehört, die eine hohe Resistenz gegen chemisch-synthetische Insektizide aufweisen erwies sich als außerordentlich anspruchsvoll in der Bewältigung.
Diese Blattläuse übertragen mehrere Vergilbungsviren, die vor allem Zuckerrüben befallen und zu enormen Verlusten bei der Zuckerrübenernte führen. „Eigentlich sprechen wir von 20 bis 50 % Ertragseinbußen allein durch die Viren“, sagt Maurice Pierry, der das Projekt ViVe_Beet am Fraunhofer IME-Zweigteil Bioressourcen in Gießen von Anfang an unterstützt.
Neuer Ansatz zur Schädlingsbekämpfung: RNA-Interferenz (RNAi)
Aufgrund des Ausmaßes des Problems sind dringend neue Ansätze erforderlich, um eine nachhaltige und effiziente Bekämpfung der Blattläuse zu gewährleisten. Das Fraunhofer IME und seine Projektpartner JKI und IfZ haben einen biologischen, artspezifischen Ansatz gewählt und arbeiten gemeinsam daran, diese Blattläuse mithilfe der RNA-Interferenz (RNAi) zu bekämpfen.
RNAi ist eine natürliche Immunantwort der Wirte auf das fremde genetische Material von Viren, das oft in Form von doppelsträngiger RNA (dsRNA) vorliegt. Pierry erklärt: „Viren haben genetisches Material in Form von RNA. Wenn RNA in die Zelle eines Lebewesens (in unserem Fall eines Insekts) gelangt, zerschneidet ein Enzym namens „Dicer“ es in kleinere Segmente, die als kleine interferierende RNA bekannt sind ( siRNA).
„Sie werden dann in den RNA-induzierten Silencing-Komplex (RISC) eingebaut und als Vorlage für den Abbau passender mRNA-Sequenzen verwendet. Wenn wir diese dsRNAs so auswählen, dass sie mit einem entscheidenden Gen des Insekts übereinstimmen, können Sie den Organismus dazu bringen, sich effektiv selbst zu kontrollieren.“ über ein eigenes RNAi-System.“
Von Labortests bis hin zum Feldtest
Zu Beginn des Projekts, das von Oktober 2021 bis September 2024 geplant ist, mussten potenziell wirksame Gene und deren Basensequenzen identifiziert werden. Daran schlossen sich biologische Methoden an, um speziell an diese Basensequenzen angepasste dsRNA herzustellen. Pierry erklärt: „Zunächst mussten wir ein Gen identifizieren, das eine Wirkung entfaltet, wenn es durch den RNA-Interferenzmechanismus zum Schweigen gebracht wird. Die Auswirkungen variieren von Häutungsproblemen und einem Rückgang der Nachkommen bis hin zu einer erhöhten Sterblichkeit der Schädlinge. Nach der Durchführung einer Reihe von Tests, Es ist uns gelungen, mehrere Gene zu identifizieren, die, wenn sie zum Schweigen gebracht werden, eine hohe Sterblichkeit bei den Blattläusen verursachen. Das war der erste große Meilenstein.“
In einem zweiten Schritt mussten die Wissenschaftler des Fraunhofer IME eine Formulierung entwickeln, die das doppelsträngige RNA-Molekül vor Umwelteinflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit, UV-Strahlen und RNA-abbauenden Enzymen schützt, bis es seinen Bestimmungsort, beispielsweise in den Blattläusen, erreicht ‚ Darm, wo es von der Zelle aufgenommen wird. „Auch in diesem Bereich haben wir Erfolg gehabt. Das bedeutet, dass unsere dsRNA durch eine Formulierung geschützt ist, die die Wirkung verstärkt und eine längere Lebensdauer aufweist“, sagt Pierry.
Mittlerweile haben die Forscher den dritten Schritt in Angriff genommen: Die ersten Sprühversuche direkt an der Zielpflanze. „Wir haben eine RNA-Sprühmethode entwickelt und in Gewächshaus-Sprühversuchen getestet. Bisher haben wir eine Sterblichkeitsrate von 70 % und eine Reduzierung der Populationsgröße erreicht. Das sind großartige Ergebnisse“, sagt Pierry.
Im letzten Schritt werden Feldversuche unter Einbeziehung aller bisher ausgeschlossenen Umweltfaktoren durchgeführt. Diese werden im kommenden Sommer vom JKI und dem IfZ durchgeführt.
Selektive Pflanzenschutzmittel sind für andere Organismen ungefährlich
Der innovative Ansatz des Projekts ViVe_Beet kann möglicherweise zur Entwicklung neuer, umweltfreundlicher und selektiver Pflanzenschutzmittel führen, da die spezifischen und natürlichen Moleküle nicht nur zur Bekämpfung von Insekten, sondern auch von Viren oder Pilzen eingesetzt werden können.
„Das Besondere an dieser Methode ist, dass die spezifisch angepasste dsRNA den Zielorganismus, in diesem Fall die Grüne Pfirsichblattlaus, betrifft, nicht aber andere Organismen wie Menschen oder Nützlinge wie Bienen“, sagt Pierry.
Diese neue Methode der Schädlingsbekämpfung weckt Hoffnung auf einen nachhaltigen Pflanzenschutz und hat ein hohes Potenzial für zukünftige Anwendungen.