Der Maiswurzelbohrer schlägt zurück

08.08.2011 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Maiswurzelbohrer bei der Arbeit ( © Mihaly Czepo / Biosicherheit.de)
Maiswurzelbohrer bei der Arbeit ( © Mihaly Czepo / Biosicherheit.de)

Bt-Mais galt lange Zeit als sicheres System gegen Schädlinge wie den Maiswurzelbohrer. Forscher fanden im Freiland nun erstmals Individuen, die dem Bt-Toxin trotzten. Die Vererbung des Resistenz-Merkmals und ungünstige Anbaustrategien könnten schuld sein.

Als „Eine-Milliarde-Dollar-Käfer“ wird der Maiswurzelbohrer in seiner Heimat Nordamerika bezeichnet. Und das nicht etwa, weil der fünf bis acht Millimeter große, schwarz-gelbe Käfer besonders wertvoll ist, sondern weil er der Grund für erhebliche Einbußen in der Maisernte ist. Anfang der 1990er wurde der Maiswurzelbohrer nach Osteuropa eingeschleppt, einige Jahre später breitete er sich in Westeuropa aus. 2007 machten auch die Bauern in Deutschland erstmals Bekanntschaft mit dem gefräßigen Käfer. Er legt seine Eier im Spätsommer im Boden von Maisfeldern ab. Die Larven schlüpfen im darauf folgenden Frühjahr. Sie ernähren sich fast ausschließlich von den Wurzeln der Maispflanze und schädigen diese erheblich. Im Sommer schlüpft der Käfer aus der Puppe und frisst die oberirdischen Teile der Maispflanze. 

Bt-Mais gegen den Maiswurzelbohrer

Seit 2003 ist in den USA gentechnisch veränderter Mais gegen den Wurzelbohrer, sog. Bt-Mais, zugelassen. Im Jahr 2009 machte dieser Bt-Mais bereits 45 % aller Maispflanzen in den USA aus. Bt-Mais produziert in Folge eines neu eingeführten Gens aus dem Bodenbakterium Bacillus thuringiensis (Bt) einen insektiziden Stoff, das Bt-Protein. Dieses ist ein ungiftiges Eiweiß, das erst im Darm bestimmter Fraßinsekten in eine giftige Variante umgewandelt wird. Es gibt ca. 170 verschiedene Bt-Proteine, deren Wirkung jeweils auf bestimmte Insektengruppen beschränkt ist. 

Hartnäckiger Käfer

Dass der Maiswurzelbohrer nicht so einfach klein zu kriegen ist, hat er schon mehrfach bewiesen: Konventionelle Insektizide können ihm kaum mehr zu Leibe rücken. Auch die eigens zur Ausrottung des Wurzelbohrers ins Leben gerufene, zweijährige Fruchtfolge von Mais und Soja kann er überleben. Denn inzwischen gibt es Stämme, die ihre Eier auch in Sojafeldern ablegen und solche, deren Eier eine zweijährige Ruhepause vertragen. War das Aufkommen von Bt-resistenten Maiswurzelbohrern nur eine Frage der Zeit?

Erste Resistenzen auf Feldern entdeckt

Forscher der Iowa State University in Iowa, USA, entdeckten nun erstmals Bt-resistente Maiswurzelbohrer auf den Feldern heimischer Bauern. Eine derartige Resistenzbildung war bisher nur bei den Schmetterlingen, zu denen auch der Maiszünsler gehört, beobachtet worden. Allerdings waren die Käfer nur gegen Bt-Pflanzen mit einem einfachen Bt-Toxin resistent. Auf Maispflanzen mit kombinierten Bt-Toxinen überlebten die Tiere nicht, weshalb die Forscher Kreuzresistenzen innerhalb der 170 verschiedenen Bt-Toxine für unwahrscheinlich halten. Eine deutliche Korrelation fanden sie allerdings zwischen der Anbauzeit des Bt-Mais und der Anzahl der resistenten Maiswurzelbohrer: Je länger der Bt-Mais auf den Feldern angebaut worden war, desto mehr resistente Käfer fanden die Wissenschaftler dort. Für die Resistenzbildung machen sie vor allem zwei Faktoren verantwortlich: Zu wenige „Refuge-Flächen“, als Zufluchtsfläche wird der Lebensraum für Bt-sensible Maiswurzelbohrer bezeichnet, und eine nicht rezessive Vererbung der Bt-Resistenz.

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Geschädigte Maiswurzeln neben einer gesunden Wurzel (Quelle: © Mihaly Czepo / Biosicherheit.de).

Geschädigte Maiswurzeln neben einer gesunden Wurzel (Quelle: © Mihaly Czepo / Biosicherheit.de).

High-Dose-Refuge Strategie

Die „High-Dose-Refuge“ Strategie wird weltweit eingesetzt, um die Resistenzentwicklung von Schädlingen gegenüber Bt-Pflanzen hinauszuzögern. Sie funktioniert allerdings nur dann, wenn die Resistenz funktionell rezessiv ist und die Pflanze ausreichend toxisch auch für weniger sensible Käfer ist. Die Bt-Dosis im Pflanzengewebe muss so giftig sein, dass nicht nur die homozygot sensiblen (SS), sondern auch die heterozygot resistenten (RS) Individuen abgetötet werden.

Eine bestimmte Fläche von Nicht-Bt-Maispflanzen soll ausreichend Lebensraum für homozygot Bt-sensible (SS) Maiswurzelbohrer bereitstellen. Diese paaren sich nach dem Zufallsprinzip mit den wenigen homozygot resistenten (RR) Individuen, deren Nachkommen alle heterozygot resistent (RS) sind und auf Bt-Pflanzen nicht überleben können. Die Wahrscheinlichkeit von (RS x SS) Paarungen hängt unter anderem von der Größe der Refuge-Fläche ab, die in den USA in den letzten Jahren drastisch verringert wurde. Dies führte zu einer höheren Wahrscheinlichkeit der Paarung resistenter Käfer untereinander (RR x RR oder RR x RS). 

Wissenschaftler fanden außerdem Hinweise darauf, dass die Bt-Resistenz im Maiswurzelbohrer nicht rezessiv vererbt wird. Auch dieser Umstand kann die Entstehung von Resistenzen beschleunigen. 

Wettlauf gegen die Zeit

Nachdem in den ersten zehn Jahren nach der Kommerzialisierung der Bt-Pflanzen keine natürlich gebildeten Resistenzen auftraten, sind inzwischen mehrere dieser Fälle bekannt. Dies ist keineswegs ein Bt-typisches Phänomen. Nach der Einführung eines neuen Insektizids vergeht meist einige Zeit bis zum Auftreten erster resistenter Insekten. Danach häufen sich die Fälle oft – ein Trend, der für die zahlreichen Bt-Pflanzen fatal wäre. Bisher sind zwar nur wenige Schädlinge in der Lage, Bt-Resistenzen zu entwickeln, aber die Fakten zeigen den Forschungs- und Handlungsbedarf im Umgang mit Bt-resistenten Schädlingen. 

Die Mischung macht`s

In allen betroffenen Feldern wurde derselbe Typ einer Bt-Pflanze über mehrere Jahre hinweg kontinuierlich angebaut. Die Wissenschaftler der Iowa State University geben zu Bedenken, dass Bauern sich bei der Schädlingsbekämpfung trotz lokaler Resistenzmanagementpläne nicht ausschließlich auf Bt-Pflanzen verlassen sollten. Denn dies könnte die Entwicklung von Resistenzen beschleunigen und die zahlreichen Vorteile der Bt-Pflanzen zunichte machen.

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