Aus überraschender Quelle kam ein wichtiger Durchbruch im Bemühen, die Ausbreitung der Weizenbräune, einer neuen Bedrohung für die internationale Nahrungsmittelsicherheit, aufzuhalten.
Neue Forschungsergebnisse zeigen überraschenderweise, dass Weizensorten, die gegen einen anderen Krankheitserreger, nämlich Mehltau, resistent sind, auch Schutz vor Weizenbrand bieten. Die Studie ist veröffentlicht im Journal Natur Pflanzen.
Bei der Suche nach Resistenzen gegen Krankheiten sucht man häufig bei Sorten oder alten Landrassen aus Regionen, in denen die Krankheit ihren Ursprung hat. Da Weizenbräune eine Krankheit feuchter subtropischer Regionen ist, konzentrierten sich die Bemühungen zur Bekämpfung der Krankheit auf die Suche nach Resistenzgenen bei Weizensorten, die an wärmeres Klima angepasst sind.
Eine vom John Innes Centre geleitete und auch die Universität Zürich einbeziehende Forschungskooperation stellt diesen Ansatz infrage und empfiehlt, dass Forscher die Resistenzen von Weizensorten, die gezüchtet wurden, um anderen Krankheiten, darunter auch solchen aus kälteren Regionen, wie etwa Mehltau, zu widerstehen, nicht außer Acht lassen sollten.
Mithilfe von am John Innes Centre entwickelten Methoden zur Genentdeckung haben sie das erste Gen identifiziert, das Weizenpflanzen vor den Stämmen des Brandpilzes schützt, die den Proteineffektor AVR-Rmg8 enthalten.
Überraschenderweise handelt es sich bei diesem Gen – es befindet sich auf dem Chromosom 2A des Weizengenoms – um Pm4. Es verleiht dem Weizen Resistenz gegen Mehltau, eine Krankheit, die in den kühleren, feuchteren Klimazonen der nördlichen Hemisphäre vorkommt.
Europäische Pflanzenzüchter selektieren seit vielen Jahren Weizen mit Pm4, um ihn gegen Mehltau resistent zu machen. Jetzt sind die Pflanzenzüchter in der südlichen Hemisphäre angehalten, dasselbe zu tun, um den Weizen vor der Weizenbräune zu schützen.
„Diese Ergebnisse waren völlig unerwartet und sie legen nahe, dass man, wenn man Resistenzen gegen Weizenbräune finden will, auch Sorten aus nicht-tropischen Regionen untersuchen sollte, wo sie bereits eine Resistenz gegen Mehltau aufweisen“, sagte Professor Paul Nicholson, Gruppenleiter am John Innes Centre und Koordinator der Studie, an der auch das in Mexiko ansässige CIMMYT und das in Saudi-Arabien ansässige KAUST mitwirkten.
„Wir müssen offen dafür sein, auch an ungewöhnlichen Orten zu suchen, denn der Mehltau ist eine Krankheit, die bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit auftritt, während Mehltau eine Krankheit ist, die bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit auftritt. Daher wäre bisher niemand auf die Idee gekommen, bei europäischen Sorten zu suchen, weil man ja nach Gemeinsamkeiten sucht.“
Das Forschungsteam machte die Entdeckung, indem es über 300 Weizensorten aus der Watkins Collection untersuchte, einer in den 1930er Jahren aus aller Welt zusammengestellten Vielfaltssammlung. Von dieser Population zeigten nur 3 % eine Resistenz gegen Weizenbrand-Pathogenstämme, die AVR-Rmg8 produzieren.
Beunruhigend ist, dass alle Sorten, die sehr resistent gegen den Pilzbefall waren, das Pm4-Gen trugen, was darauf hindeutet, dass in dieser sehr vielfältigen Population nur eine einzige Resistenz vorhanden war. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, zusätzliche Resistenzen zu identifizieren, um eine robuste, dauerhafte Resistenz gegen diese neue Bedrohung zu gewährleisten.
Das Team wird nun dieselben Methoden zur Genentdeckung anwenden, um in Europa gezüchtete Weizensorten nach weiteren Resistenzgenen zu suchen, die es ausrotten kann, und so das genetische Arsenal erweitern, das gegen diese zerstörerische Krankheit eingesetzt werden kann.
Dr. Tom O’Hara, der Hauptautor der Studie, sagte: „Dies ist das erste geklonte Blast-Resistenzgen. Anders als bei früheren Blast-Resistenzen sind wir bis zum genauen Gen vorgedrungen und haben sogar winzige Variationen des Gens identifiziert, die es funktionsunfähig machen. Das bedeutet, dass unsere Erkenntnisse für Züchter von großem unmittelbaren Nutzen sein können.“
„Unser Ziel war von Anfang an, einen widerstandsfähigen Stoff zu finden, der in Bangladesch und möglicherweise auch in anderen Ländern, in denen sich die Explosion ausgebreitet hat, eingesetzt werden kann. Die zusätzliche Genugtuung ist, dass unsere Studie eine unerwartete Wendung genommen hat.“
Mehr Informationen:
Tom O’Hara et al., Das Weizenmehltau-Resistenzgen Pm4 verleiht auch Resistenz gegen Weizenbräune, Natur Pflanzen (2024). DOI: 10.1038/s41477-024-01718-8