Neue Reislinien für Afrika bieten Virenschutz

Das Rice Yellow Mottle Virus (RYMV) ist für hohe Ernteverluste in Afrika, insbesondere bei Kleinbauern, verantwortlich. Ein Forschungsteam hat nun mittels Genomeditierung Reislinien erzeugt, die gegen die Krankheit resistent sind.

Die Reissorten, deren Entwicklung das Team beschreibt Zeitschrift für Pflanzenbiotechnologiesind ein erster Schritt, um resistente, lokal angepasste Elitesorten für kleine Lebensmittelproduzenten in Afrika generieren zu können.

RYMV ist ein RNA-Virus, das durch Käfer und direkten Blatt-zu-Blatt-Kontakt verbreitet wird. In Afrika, wo die Mehrheit der Produzenten Landflächen von kaum einem Hektar bewirtschaftet, gehen regelmäßig zwischen zehn und hundert Prozent der Reisernten durch dieses Virus verloren. Dies macht es zu einem lebensbedrohlichen Problem für die ärmsten Bauern.

Es gibt keinen wirksamen Schutz gegen das Virus. „Der einzige wirkliche Schutz besteht darin, Reissorten zu entwickeln, die ein Resistenzgen gegen RYMV besitzen, das die Pflanze unverwundbar machen würde“, sagt Dr. Yugander Arra, Hauptautor der Studie veröffentlicht In Zeitschrift für Pflanzenbiotechnologie.

Ein Forschungsteam des Instituts für Molekulare Physiologie der HHU (Leitung Professor Dr. Wolf B. Frommer) und des Institut de recherche pour le développement (IRD) in Montpellier, Frankreich, hat solche resistenten Reislinien entwickelt.

Derzeit sind drei Resistenzgene bekannt; Mutationen in nur einem Gen, RYMV1, 2 und 3, reichen aus, um eine Resistenz zu erreichen. Die resistente Form rymv2 kommt in ertragsschwachen afrikanischen Reissorten (Oryza glaberrima) vor. RYMV2, auch bekannt als CPR5.1, kodiert ein essentielles Protein aus den Poren des Zellkerns.

In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana führt der Verlust der einzigen Genkopie von CPR5 zu einem breiten Spektrum an Resistenzen gegen Viren, Bakterien und Pilze. Allerdings ist das Wachstum stark eingeschränkt; Die Pflanzen weisen spontane Schäden auf und produzieren geringe Erträge. Daher war es wichtig zu testen, ob die Rymv2-Resistenz ohne negative Folgen auf andere Reissorten übertragen werden kann.

In Afrika werden hauptsächlich andere Hochertragsreissorten auf Basis der asiatischen Art Oryza indica verwendet, die nicht über das Resistenzgen verfügen. Das Einfügen des entsprechenden Gens ist jedoch kein besonders erfolgversprechender Ansatz, da die Nachkommen solcher „Inter-Arten“-Hybride äußerst steril sind und sich daher nicht ohne weiteres vermehren und die Resistenz weitergeben können.

Mithilfe der Genomeditierungsmethode CRISPR/Cas konnte die Forschungsgruppe nun zeigen, dass bei einer asiatischen Reissorte Mutationen des RYMV2-Gens erzeugt werden können, die diese ähnlich wie die afrikanische Form resistent gegen das Virus machen. Im nächsten Schritt geht es darum, relevante afrikanische Elitesorten auf die gleiche Weise aufzubereiten, um sie afrikanischen Kleinproduzenten zugänglich zu machen. Diesen Landwirten zu helfen, ist das Ziel des internationalen Forschungskonsortiums „Healthy Crops“, das von der HHU geleitet wird.

Pflanzen verfügen über erbliche Mechanismen, die in den frühen Tagen der Evolution für das Überleben nützlich waren, heute aber eher schädlich sind. Ein gutes Beispiel dafür ist Mais: Ein Gen sorgt dafür, dass die Körner abbrechen, wenn zum Zeitpunkt der Befruchtung Dürrebedingungen vorherrschen. Diese durch das Gen verursachte Eigenschaft war für die wilden mehrjährigen Vorfahren der heutigen Maispflanzen gut, wirkt sich jedoch nachteilig auf den Ertrag der heute in der Landwirtschaft verwendeten einjährigen Pflanzen aus.

Ähnlich verhält es sich mit dem hier untersuchten Reis. Professor Frommer sagt: „Dieses Resistenzmerkmal ist auf den Verlust einer nicht lebenswichtigen Genfunktion zurückzuführen. Wenn wir das Gen vollständig ausschalten, verhalten sich die Pflanzen normal. Durch den Verlust der Genfunktion sind sie es jedoch.“ resistent gegen das Virus.“

Dr. Eliza Loo, Leiterin der Healthy Crops Group, fügt hinzu: „Es handelt sich sozusagen um einen Archetyp, der für seine Vorfahren nützlich war, nun aber in Dürreperioden zu verheerenden Ernteverlusten führt. Es erscheint sinnvoll, dieses Gen auszuschalten.“ und es hat keine offensichtlichen Nebenwirkungen.

Überraschenderweise führt weder das Ausschalten des eng verwandten CPR5.2-Gens noch der beiden Gene RYMV 2 und CPR5.2 – zumindest unter Gewächshausbedingungen – zu Beeinträchtigungen. Bemerkenswert ist auch, dass der Verlust von CPR5.2 nicht zu einer RYMV-Resistenz führt. Alles deutet darauf hin, dass die Bearbeitung des RYMV2-Gens ein vielversprechender Ansatz zur Bekämpfung der Reiskrankheit in Afrika ist.