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Mais: Ein wieder hergestelltes Duftsignal

pressemitteilung vom 4. August 2009

Ein natürlicher Abwehrmechanismus, der bei einigen Maissorten nicht mehr vorkam, konnte mittels Gentechnik wieder hergestellt werden. Es handelt sich dabei um die Fähigkeit der Pflanze ein duftendes Notsignal auszusenden, das die Feinde von Wurzelschädlingen anlockt. Dieses Ergebnis einer lange währenden Zusammenarbeit zwischen der Universität Neuenburg und dem Max-Planck-Institut (MPI) für chemische Ökologie in Jena (Deutschland), das aus einer Studie resultiert, die im Rahmen des nationalen Forschungsschwerpunkts (NCCR) Plant Survival durchgeführt wurde, vereint zum ersten Mal Biotechnologie und biologische Schädlingsbekämpfung von Kulturen auf elegante Weise. Die Studie wird in der renommierten amerikanischen wissenschaftlichen Zeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) online veröffentlicht.

«Dies ist das erste Mal, dass es erfolgreich gelungen ist, die Immission flüchtiger Substanzen zu manipulieren, mit dem Ziel, den Schädlingsschutz von Kulturen zu verbessern», freut sich Ivan Hiltpold, einer der Haupt-Co-Autoren der Studie. Werden Maispflanzen von herbivoren Insekten angegriffen, verströmen sie Duftsignale, um die natürlichen Feinde der Angreifer anzulocken. «Die Nutzbarmachung dieser indirekten Verteidigung ist eine attraktive Strategie, um die Resistenz der Pflanzen gegenüber pflanzenfressenden Insekten zu erhöhen und so weniger Pestizide ausbringen zu müssen», sagt Jörg Degenhardt, der zweite Hauptautor der Studie aus Deutschland. An der Universität Neuenburg hat das Team von Ted Turlings, zu dem Ivan Hiltpold gehört, zusammen mit den Kollegen aus Jena das beim Mais für den Hilferuf verantwortliche Molekül identifiziert: (E)-β-Caryophyllen (EβC). Maispflanzen produzieren diese flüchtige Substanz nicht nur im Falle eines Angriffs auf ihr Blattwerk, sondern auch im Wurzelbereich, wo der Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera virgifera) Schäden verursacht. Die Larven dieses Käfers verursachen in Nordamerika enorme Ertragsausfälle. Der Duftstoff lockt Nematoden - winzige parasitische Würmer - an, welche die schädlichen Larven vernichten.

Die gleiche Forschergruppe hatte den Nachweis erbracht, dass einige amerikanische Maissorten nicht mehr in der Lage sind, diese schützende Substanz selbst zu produzieren. Die Fähigkeit dazu ist vermutlich im Laufe der traditionellen züchterischen Auslese verloren gegangen. Nun haben Jörg Degenhardt und Tobias Köllner, die beide im Team von Jonathan Gershenzon am Max-Planck-Institut arbeiten, mit der Hilfe von Monika Frey von der Technischen Universität München diese Eigenschaft wieder herstellen" können, indem sie in eine der Sorten ein Gen des Oreganos einbrachten, welches die Freisetzung des fehlenden Moleküls kontrolliert. Die Wirksamkeit dieser Manipulation wurde von Ivan Hiltpold in einem Feld in Missouri (USA) ermittelt. Diese Arbeit ist auch das Hauptthema seiner Doktorarbeit, die er an der Universität Neuenburg fertig gestellt hat.

«Unsere Studie zeigt, dass ein natürliches Signal verstärkt werden kann, um den Wirkungsgrad der biologischen Schädlingsbekämpfung zu erhöhen. Dieser Ansatz zeigt auch die Kompatibilität von Gentechnik und biologischer Schädlingsbekämpfung», betont Ted Turlings.

In Parzellen mit Maispflanzen, welche die Fähigkeit aufweisen, EβC zu produzieren fand Ivan Hiltpold signifikant weniger Wurzelschäden und ein um 60% geringeres Auftreten von adulten Diabrotica Käfern im Vergleich zu Feldern mit unveränderten Maissorten. Dieser Wirkungsgrad ist vergleichbar mit der Effizienz von herkömmlich gegen Diabrotica eingesetzten synthetischen Insektiziden. Ergänzende, im Labor durchgeführte Arbeiten haben bestätigt, dass die veränderten Pflanzen deutlich mehr Nematoden anlocken.

Diese Studie eröffnet vielversprechende Perspektiven im Kampf gegen den Maiswurzelbohrer, der sich seit Anfang der 1990er Jahre in Europa auszubreiten beginnt. In weiteren Experimenten wollen die Forscher nun die Anwendungsmöglichkeiten für Nematoden und EβC optimieren. Daneben könnte Caryophyllen auch zum Schutz anderer Kulturpflanzen dienen, da es durch seine Diffusionsfähigkeit ein ideales unterirdisches Signal darstellt. Ein entsprechender Patentantrag ist bereits gestellt.

(c) M. Held & S. Rasmann

Prof. Ted Turlings
ted.turlings@unine.ch

Dr. Ivan Hiltpold
ivan.hiltpold@unine.ch
Tel. +41 32 718 10 72 / 31 43