Ergebnisse aus der Krebsforschung helfen Landwirten

27.03.2013 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Beim Weidelgras (Lolium spec.) treten weltweit immer häufiger Resistenzen gegen Herbizide auf. (Quelle: © Rasbak/ WikiCommons; CC BY-SA 3.0)
Beim Weidelgras (Lolium spec.) treten weltweit immer häufiger Resistenzen gegen Herbizide auf. (Quelle: © Rasbak/ WikiCommons; CC BY-SA 3.0)

Wissenschaftler haben einen Schlüssel für Herbizidresistenz entdeckt. Das Enzym, das für die Resistenz von Feldunkräutern gegen zahlreiche Herbizide verantwortlich ist, existiert auch in menschlichen Tumorzellen. So wie es diese multiresistent gegen Krebsmedikamente macht, scheint die Gluthationtransferase auch zwei Grasarten zu einer multiplen Herbizidresistenz zu verhelfen.

Dass Herbizide nicht ewig gegen Unkräuter wirksam sind, ist Landwirten und Wissenschaftlern hinlänglich bekannt. Sobald ein Wirkstoff über Jahre massenhaft eingesetzt wird, erhöht sich der Selektionsdruck und es kommt zu ersten resistenten Unkräutern. Bleibt es bei einem einseitigen Masseneinsatz eines Herbizids, verbreiten sich auch die resistenten Unkräuter und die Wirksamkeit des Herbizids lässt mit zunehmender Zeit immer mehr nach. Gemeinhin geht man von einem Systemvorteil von in der Regel zehn Jahren aus. Nach diesem Zeitraum bilden sich erfahrungsgemäß vermehrt natürliche Resistenzen.

Resistente Unkräuter und Krankheitsüberträger

Das Acker-Fuchsschwanzgras und das Weidelgras sind Unkräuter, die weltweit besonders im Getreide und Raps auftreten. Sie schmälern nicht nur die Ernte, indem sie mit den Pflanzen um Licht Wasser und Nährstoffe konkurrieren. Sie können auch Pilze und andere Schädlingen beherbergen, und bilden somit eine „grüne Brücke“ für viele Krankheitserreger von Kulturpflanzen.  Um die unbeliebten Gräser in Schach zu halten, werden vor allem seit den 70er Jahren Herbizide in der Landwirtschaft eingesetzt. In den vergangenen Jahrzehnten wurden jedoch kaum neue Herbizide entdeckt. Aufgrund der fehlenden Variation an Wirkstoffen sind viele Unkräuter gegen die Toxine  immun geworden und Resistenzen konnten sich massenhaft ausbreiten.

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Resistente Unkräuter können beim Getreideanbau zu erheblichen Ernteeinbußen führen und sind für Landwirte in den letzten Jahren zum Problem geworden.

Resistente Unkräuter können beim Getreideanbau zu erheblichen Ernteeinbußen führen und sind für Landwirte in den letzten Jahren zum Problem geworden.

Bildquelle: © Vögler/ Monsanto


Gluthationtransferase im Übermaß
In einer aktuellen Studie nahmen sich Wissenschaftler diesem Problem an. Beim Menschen gibt es ein ähnliches Phänomen, das auftritt, wenn Tumore sich gegen Krebsmedikamente wehren. Man spricht dann von multi-drug-resistenten Tumoren. Dort weiß man bereits, dass ein Enzym namens phi Glutathion-S-Transferase (GSTP1) daran beteiligt ist.

Nach einem ähnlichen Gen, das für dieses Enzym codiert, suchten die Wissenschaftler nun auch im Acker-Fuchsschwanzgras und im Raugras. Dort entdeckten sie wahrscheinlich den Grund für die neue Widerstandsfähigkeit der Unkräuter und eröffnen damit neue Wege, diesen wieder Herr zu werden. Das Team aus Wissenschaftlern fand ein Gen namens AmGSTF1, das für eine Überproduktion des Enzyms Gluthationtransferase verantwortlich ist. Das führt bei Pflanzen zu einer übermäßigen Herstellung von Antioxidantien, die die Toxine in den Herbiziden für die Unkräuter unschädlich machen.

4-Chloro-7-Nitro-Benzoxadiazol als Gegenmittel
Wenn sie dieses Gen künstlich in die Herbizid-empfindliche Modellpflanze Arabidopsis thaliana einführten, wurde diese ebenfalls gegen viele Herbizide resistent. Nun griffen die Wissenschaftler wieder auf die Errungenschaften der Krebsforscher zurück. Denn diese hatten bereits einen Wirkstoff Namen 4-Chloro-7-Nitro-Benzoxadiazol entdeckt, der In Zelllinien die Produktion der Gluthationtransferase blockiert und so die Tumorzellen wieder empfindlich für Medikamente macht. Als die Pflanzenforscher diesen Wirkstoff nun auf den Herbizid-resistenten Arabidosis-Pflanzen versprühten, mussten diese ihre neue Fähigkeit wieder einbüßen und gingen durch das Herbizid zugrunde.

Gegenmittel zu giftig für Menschen
Nun könnte alles ganz einfach sein: Wenn Landwirte in Zukunft ihre resistenten Unkräuter mit 4-Chloro-7-Nitro-Benzoxadiazol besprühten, würden diese ihre Herbizid-Resistenz verlieren. „So einfach ist es leider nicht, denn 4-Chloro-7-Nitro-Benzoxadiazol ist auch für den Menschen toxisch und kann daher nicht auf Feldfrüchten ausgebracht werden“, schreiben die Wissenschaftler in ihrer Studie. Da der Schlüssel zur Resistenz nun aber bekannt ist, arbeiten die Wissenschaftler daran, eine ähnliche, aber für den Menschen ungiftige Substanz zu finden, die denselben Zweck erfüllt.

Integrierter Pflanzenschutz
Neben chemischen Methoden kann der sog. integrierte Pflanzenschutz ebenfalls dazu beitragen, Resistenzen bei Unkräutern zu verhindern, oder zumindest den Zeitpunkt ihres Auftretens wesentlich hinauszuzögern. Um den einseitigen Selektionsdruck zu vermindern, können Landwirte beispielsweise unterschiedliche Wirkstoffe im Wechsel und in möglichst niedriger Konzentration und damit bedarfsoptimiert anwenden. Statt Monokulturen sind regional angepasste Fruchtfolgen vorteilhaft. Auch eine Kombination von Unkraut-Bekämpfungsmaßnahmen mit mechanischen und biologischen Konzepten sind Beispiele für einen integrativen Ansatz.

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