Neue Forschung enthüllt eine Mutation, die für die Krankheitsresistenz in Maniok verantwortlich ist

Forschung unter der Leitung von Rebecca Bart, Ph.D., assoziiertes Mitglied, und Nigel Taylor, Ph.D., assoziiertes Mitglied und Dorothy King Distinguished Investigator, Donald Danforth Plant Science Center, und ihren Mitarbeitern an der ETH Zürich, University of California Los Angeles, und das National Crops Resources Research Institute (NaCRRI) in Uganda, hat eine genetische Mutation identifiziert, die Resistenz gegen die Maniok-Mosaik-Krankheit (CMD) verleiht. Ihre Ergebnisse haben erhebliche Auswirkungen auf die Verbesserung des Maniok-Ertrags und die Aufrechterhaltung des Einkommens der Landwirte angesichts einer weit verbreiteten Krankheit, und ihre Entdeckung könnte auch Aufschluss über die Krankheitsresistenz bei anderen wichtigen Nutzpflanzen geben. Diese Arbeit wurde kürzlich in veröffentlicht Naturkommunikation.

Maniok, eine kohlenhydratreiche stärkehaltige Wurzelpflanze, ist eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel der Welt; es ernährt fast eine Milliarde Menschen, hauptsächlich in den Tropen. Maniok gilt in vielen Entwicklungsländern, insbesondere bei Kleinbauern, aufgrund seiner Dürretoleranz und seiner Fähigkeit, auf armen Böden zu wachsen, als Grundnahrungsmittel. Landwirte in Afrika, Indien und Südostasien – einigen der größten Cassava-Anbauregionen der Welt – erleiden jedoch allzu oft enorme Ertragseinbußen aufgrund von CMD. CMD-infizierte Pflanzen sind verkümmert und entwickeln die Speicherwurzeln, die als Nahrung dienen, nicht vollständig.

Die Cassava-Mosaik-Krankheit wird durch eine Familie eng verwandter Viren verursacht. Das Virus entführt das DNA-Replikationssystem von Maniok, beeinträchtigt seine Entwicklung und unterdrückt so den Ertrag. „Die Züchtung besserer, CMD-resistenter Maniok-Sorten hat erhebliche Auswirkungen auf die Sicherung der Lebensgrundlagen von Kleinbauern“, erklärt Taylor. Es gibt CMD-resistente Maniok-Sorten, von denen angenommen wird, dass sie ursprünglich vor vielen Jahrzehnten von Landwirten identifiziert und ausgewählt wurden. Viele dieser Sorten werden immer noch in großem Umfang angebaut und von Züchtern als Resistenzquellen verwendet, um neue, verbesserte Manioksorten zu schaffen.

„Maniok bleibt in vielerlei Hinsicht mysteriös“, sagt Taylor, „im Vergleich zu Mais oder Sojabohnen, wo Hunderte von Forschungslabors seit Jahrzehnten an diesen Pflanzen arbeiten.“ Vor einigen Jahren entdeckte Taylors Team unerwartet Pflanzen auf dem Feld, die ihre Resistenz gegen CMD verloren hatten, und löste damit die vorliegende Untersuchung der genetischen Grundlage für die Resilienz gegenüber dem Virus aus. „Wenn die CMD-Resistenz nicht auf mysteriöse Weise verloren gegangen wäre“, beschreibt Bart, „hätten wir dieses Projekt vielleicht nie verfolgt.“

Die Forscher wussten sofort, dass sie etwas Wichtiges entdeckt hatten. Mit anfänglicher Unterstützung des Institute for International Crop Improvement des Danforth Centers initiierte das Danforth-Team Experimente zur Entdeckung der genetischen Grundlage für CMD-Resistenz. Die Zusammenarbeit wurde auf Partner von NaCRRI, UCLA und ETH-Zürich ausgeweitet und mit zusätzlichen Mitteln der Bill & Melinda Gates Foundation unterstützt.

Durch die Identifizierung der genauen genetischen Region, die CMD-Resistenz verleiht – tatsächlich bis auf ein einziges Nukleotid –, wirft ihre Arbeit ein Licht darauf, wie Resistenz erworben wurde und wie die Resistenz aufrechterhalten werden kann, um Erträge in der Zukunft zu sichern. Darüber hinaus „greifen ähnliche Viren viele andere Nutzpflanzen an, einschließlich Baumwolle und Tomaten“, sagt Bart. „Diese Entdeckung könnte auch für diese Pflanzen Strategien zur Krankheitsresistenz liefern.“

Die Untersuchung von Maniok im Feld ist entscheidend für die Entdeckungen der Forscher. Zwei Jahre lang baute das NaCRRI-Team Maniok an und dokumentierte die Krankheitsprävalenz auf dem Feld in Uganda – einem anerkannten „Hotspot“ für CMD. Das Danforth Center und NaCRRI, das seinen Sitz in der Nähe von Kampala hat, haben eine langjährige Beziehung aufgebaut, die ein Maß an Zusammenarbeit und gemeinsame Nutzung von Ressourcen zwischen Institutionen ermöglicht.

Diese neuen Erkenntnisse waren das Ergebnis der Kombination von Fachwissen von Forschern auf der ganzen Welt – einschließlich kritischer Beiträge von Dr. Ben Mansfeld, Postdoktorand und Co-Erstautor des Danforth Center, der wissenschaftlichen Mitarbeiterin Kerrigan Gilbert und weiteren wichtigen Co-Autoren. „Die anderen Mitarbeiter“, fügt Taylor hinzu, „waren die Bauern in Afrika, die CMD-resistente Pflanzen identifiziert und über Generationen gepflegt haben. Jetzt haben wir das Gen hinter der Resistenz entdeckt.“

Die Entdeckung einer einzigen Mutation, die Resistenz gegen CMD verleiht, hat die Tür für weitere Fragen und Möglichkeiten geöffnet. Zuallererst, erklärt Bart, „müssen wir den Mechanismus verstehen, wie die Mutation Resistenz verleiht.“ Das Verständnis des Widerstandsmechanismus wird wahrscheinlich Aufschluss darüber geben, wie stabil der Widerstand im Laufe der Zeit sein wird.

„Es gibt noch viel mehr zu lernen“, schließt Taylor. „Wie viele andere Geheimnisse gibt es da draußen über Maniok, die wir noch entdecken müssen?“ Das Forschungsteam wird seine kollaborativen und globalen Studien über Maniok fortsetzen und dabei die Bedeutung der Fokussierung der Forschung auf weniger bekannte Nutzpflanzen hervorheben.