24.06.2008 22:36 Alter: 10 yrs

Schädlingsresistenter Mais: In den Genen liegt die natürliche Abwehrkraft

Mais ist eine der wichtigsten Nahrungs- und Futterpflanzen weltweit. Aber Krankheiten und Schädlinge verursachen jedes Jahr beträchtliche Ernteschäden. Genetiker des Wissenschaftszentrums Weihenstephan (WZW) der Technischen Universität München haben jetzt einen Weg gefunden, die natürlichen Abwehrkräfte von Maispflanzen zu stärken. Durch den Blick in die Gene und neue Methoden der Pflanzenzüchtung können die Maiserträge gesichert und Pflanzenschutzmittel eingespart werden.

In den Gewächshäusern des Wissenschaftszentrums Weihenstephan werden die Abwehrkräfte von Mais durch „Smart Breeding“ gestärkt. (Bild: Alfons Gierl / TUM)

Ein kleiner Schmetterling mit großer Schadwirkung: Die Raupen des Maiszünslers fressen sich durch das Stängelmark und bringen so die Maispflanzen zum Einsturz. (Bild: G. Spelsberg / www.biosicherheit.de)

Schmetterlingsraupen sind gefräßig – die Larven des Maiszünslers (Ostrinia nubilalis) haben es vor allem auf das Stängelmark von Maispflanzen abgesehen. Die Pflanzen verlieren durch den Raupenfraß ihre Standfestigkeit und brechen, wenn die Maiskolben zu schwer werden. Die Natur hat den Mais mit einem Schutzstoff gegen die kleinen Schädlinge ausgestattet: das Benzoxazinoid DIMBOA. Aber dieser für den Maiszünsler giftige Stoff wird nur in den Jungpflanzen gebildet: Ältere Pflanzen sind den Raupen schutzlos ausgeliefert.

Professor Alfons Gierl vom Institut für Genetik am WZW und seinem Team ist es nun gelungen, die genetischen Grundlagen des natürlichen Abwehrmechanismus der Maispflanzen gegen den Maiszünsler vollständig aufzuklären. Dafür war es höchste Zeit: Denn in der jahrhundertelangen Selektion von Maissorten hatte die Menschheit vor allem auf hohen Ertrag geachtet – mit der Folge, dass die Bildung von DIMBOA in modernen Maiszüchtungen nur noch im Keimlingsstadium stattfindet.

Ziel der Genetiker vom Wissenschaftszentrum Weihenstephan ist es, die Zeit der DIMBOA-Synthese in den Maispflanzen zu verlängern. Dazu haben sie mit den Möglichkeiten der modernen Pflanzengenetik genau die Gene identifiziert, die für die Bildung von DIMBOA verantwortlich sind. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, den letzten, bisher unbekannten Schritt des DIMBOA-Stoffwechselweges aufzuklären. Darauf aufbauend gingen sie daran, den natürlichen Abwehrmechanismus für den modernen Maisanbau nutzbar zu machen.

Im nächsten Schritt haben die Pflanzenforscher daher Archive alter Maissorten nach Linien durchsucht, die auch in ausgewachsener Form noch hohe DIMBOA-Konzentrationen aufweisen. Sie wählten 26 in Frage kommende Kandidaten aus, zogen sie im Gewächshaus an und analysierten nach drei Wochen die Versuchspflanzen. Zur Freude der Wissenschaftler lieferte die Untersuchung ein klares Bild: Die Linien B97 und Mo17 hatten deutlich höhere Abwehrkräfte im Zellsaft, als die restlichen geprüften Linien. Allerdings können B97 und Mo17 im Ertrag nicht mit modernen Maissorten mithalten.

Ein dritter Schritt ist also notwendig, um die Eigenschaft „Selbstschutz“ mit dem Merkmal „Ertrag“ zu kombinieren. Das passiert derzeit durch klassische Züchtung, indem zwei in diesen Punkten herausragende Maislinien miteinander gekreuzt werden. Da die Pflanzenzüchter aber durch genetische Analyse genau bestimmen können, auf welchen Chromosomen die relevanten Gene sitzen, wird der gesamte Züchtungsprozess wesentlich verkürzt. Durch den Anbau von Maissorten, die sich aus eigener Kraft gegen den Maiszünsler schützen, kann der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln stark reduziert werden.

Übrigens ist dieses sogenannte „Smart-Breeding“-Verfahren gegenwärtig dabei, die Pflanzenzüchtung zu revolutionieren: Im Gegensatz zur Grünen Gentechnik, bei der das Genmaterial verschiedener Pflanzen oder Organismen über die Artgrenzen hinweg miteinander vermischt wird, stößt das neue Züchtungsverfahren auf keine politischen Widerstände. Die Forscher des Wissenschaftszentrums Weihenstephan sind daher zuversichtlich, dass schon in wenigen Jahren abwehrstarke Maispflanzen auf den Feldern stehen werden. Die Maiszünslerraupen müssen sich dann andere Nahrungsquellen suchen.

Kontakt:
Prof. Dr. Alfons Gierl
Lehrstuhl für Genetik
Technische Universität München
85350 Freising-Weihenstephan
Tel: 08161 / 71 – 5640
E-Mail: gierl[at]wzw.tum.de
http://www.wzw.tum.de/genetik/