10.07.2002

Forschung Projekte

Mögliche Auswirkungen transgener Pappeln auf pilzliche Schaderreger

(1999 – 2001) Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft (BFH), Institut für Forstgenetik und Forstpflanzenzüchtung, Großhansdorf

Thema

Im Rahmen des ersten Freisetzungsversuchs mit gentechnisch veränderten Bäumen in Deutschland wurde der Frage nachgegangen, ob die neuen Merkmale über einen längeren Zeitraum und unter dem Einfluss der Umwelt genetisch stabil bleiben.

Die Stabilität fremder Gene wurde mit Hilfe eines Markergen-Konstrukts (35S-rolC-Genkonstrukt) geprüft, das den Phänotyp der Pflanzen verändert. Dieses Gen greift in den Hormon- und Kohlenhydrat-Stoffwechsel ein und verursacht Wuchsveränderungen. Ziel war es, eventuelle Abweichungen in der Stabilität der Merkmalsausprägung zu erfassen.

Da die Kohlenhydrate der Pflanze den auf ihr siedelnden Pilzen als Nahrungsquelle dienen, könnten Veränderungen im Kohlenhydrat-Stoffwechsel auch Auswirkungen auf das Pilz-Pflanze-System haben. Deshalb wurde zusätzlich der Hormon- und Kohlenhydrat-Stoffwechsel der transgenen Pappeln und mögliche Auswirkungen auf das Auftreten von pflanzlichen Schadpilzen analysiert.

Zusammenfassung

Die 35S-rolC-transgenen Aspen zeigten wie erwartet einen vom Wildtyp abweichenden Wuchs und Veränderungen im Stoffwechsel. Gentechnisch veränderte Aspen haben kleinere hellgrüne Blätter und treiben frühzeitig aus.

Bei den Untersuchungen der Inhaltsstoffe ergab sich im Gegensatz zu den Glucose- und Fructosegehalten für die Saccharose-Konzentration in den Blättern im Vergleich zu den nicht-transgenen Kontroll-Pflanzen eine gegenläufige Entwicklung. Bei den Kontrollpflanzen stieg der Saccharose-Gehalt gegen Ende der Vegetationsperiode, bei den transgenen Pflanzen sank er.

Die Analysen zum Auftreten von Schadpilzen sind noch nicht abgeschlossen. Es zeigten sich Befallsunterschiede zwischen transgenen und nicht-transgenen Linien.

Versuchsbeschreibung

Die Pappeln wurden mit einem bakteriellen Gen, dem rolC-Gen transformiert.

Auf einem Versuchsfeld von 1500 m² wurden acht transgene Pappellinien (294 Einzelpflanzen) und drei Kontroll-Linien (135 Einzelpflanzen) ausgepflanzt.

Hormon- und Kohlenhydrat-Stoffwechsel

In den Knospen und Blättern transgener Pappeln und Kontrollpflanzen wurden die Konzentrationen pflanzlicher Hormone sowie in Blättern zusätzlich der Gehalt an Stärke, Saccharose, Fructose und Glucose analysiert.

Untersuchungen zu pilzlichen Schaderregern

Es wurden Bonituren an Blättern von Freilandpappeln und solchen Blättern durchgeführt, die künstlich mit Sporen ausgewählter pilzlicher Schaderreger behandelt wurden.

Ergebnisse

Hormon- und Kohlenhydratstoffwechsel

Hormone. Knospen transgener Pappeln, die während der Winterruhe geerntet wurden, zeigten niedrigere Gehalte an Abscisinsäure, dem für Knospen- und Samenruhe verantwortlichen Pflanzenhormon. Ob dies die Ursache für einen frühzeitigen Austrieb der Bäume ist, muss in weiteren Untersuchungen geklärt werden.

Freiland. Sowohl der Pappelrost (Melampsora spp.) als auch der Erreger der Triebspitzenkrankheit (Pollacia radiosa, u.a. ein Blattfleckenpilz) sind häufige pilzliche Blattkrankheiten an Zitterpappeln.

Die transgenen Linien zeigten einen unterschiedlichen Befall mit diesen Krankheiten. Sie erwiesen sich als krankheitsanfälliger.

Zwischen der Höhe des Pappelrostbefall und den Glucose- sowie Fructosegehalten der Aspenblätter konnten gewisse Zusammenhänge beobachtet werden. Dagegen konnten eindeutige Abhängigkeiten zwischen der Höhe des Blattfleckenbefalls und den Glucose- und Fructosegehalten gefunden werden. Transgene Pflanzen mit einem höheren Gehalt dieser Zucker zeigten auch einen höheren Blattfleckenbefall.

Zu einem ähnlichem Schluss führten Beobachtungen zum Rußtau-Befall. Rußtaupilze sind keine Kankheitserreger, sondern nutzen Zuckerquellen am oder im Blatt und bilden dann schwarze pustelartige Kolonien. So fiel auf, dass der stärkere Rußtau-Belag stets bei transgenen Linien auftrat, bei denen auch höhere Mengen von Glucose und Fructose gefunden wurden.

Kohlenhydrate. Während beim Glucose- und Fructose-Gehalt kein Unterschied zwischen transgenen und Kontrollpflanzen festzustellen war, wurde beim Saccharose-Gehalt eine gegenläufige Entwicklung beobachtet. Die Kontroll-Pflanzen zeigten bis Ende Juli gleich bleibende Werte, die anschließend stark anstiegen. Bei den transgenen Pappeln wurden dagegen bis Juni steigende Werte registriert, die bis Ende September dann wieder absanken.

Phytopathologische Untersuchungen

Labor. Künstlicher Befall im Labor wurde mit dem Schadpilz Pollacia radiosa durchgeführt. Die Übereinstimmung der Befallsmuster zwischen dem Freilandbefall und den Befallsprüfungen im Labor zeigte, dass im Labortest durch Infektion mit dem Haupterreger des Blattfleckenbefalls ähnliche Resistenzergebnisse ermittelt werden können. Zwischen dem Befall mit P.radiosa im Labor und den Glucose- sowie Fructosemengen der Blätter deutete sich ein engerer Zusammenhang an, was Freilanduntersuchungen bestätigen konnten.