Reiszüchtung für Afrika
Genschere erzeugt virusresistenten Reis
Verschiedene Reispflanzen, sowohl Kontrollpflanzen als auch Mutanten, im Alter zwischen drei und vier Wochen nach einer Inokulation (künstlichen Infektion) mit dem Virus RYMV. Reispflanze mit der neuen RYMV-Virusresistenz zeigte keine Schäden und ein normales Wachstum. (Bildquelle: © Laurence Albar / IRD)
Ein deutsch-französisches Forschungsteam hat mit der Genschere CRISPR/Cas Reispflanzen erzeugt, denen das Rice Yellow Mottle-Virus nichts mehr anhaben kann. Insbesondere die Ernten von Kleinbauern in Afrika sind von diesem Virus stark bedroht.
Das Rice Yellow Mottle Virus (RYMV) ist ein RNA-Virus, das speziell Reispflanzen betrifft. Es ist besonders in Afrika verbreitet und stellt eine bedeutende Bedrohung für die Reisproduktion in dieser Region dar. Es wurde erstmals in den 1960er Jahren in Ostafrika identifiziert. Seitdem hat es sich in vielen Reisanbaugebiete Afrikas ausgebreitet, einschließlich West- und Zentralafrika.
Ernteausfälle bis zu 100 Prozent möglich
Die Infektion durch RYMV verursacht Symptome wie Vergilbung der Blätter, Wachstumsverzögerungen und Streifenbildung auf den Blättern. Es wird berichtet, dass es zu Ertragsausfällen - je nach Schwere der Infektion - von 10 bis 100 Prozent kommen kann. Insbesondere für kleinbäuerliche Betriebe stellt dies ein existentielles Problem dar.
Bekämpfung schwierig
Die Reiszikade gehört zu den hauptsächlichen Überträgern der Viruskrankheit RYMV auf Reispflanzen in Afrika (hier: Nephotettix virescens).
Bildquelle: © Natasha Wright, Braman Termite & Pest Elimination, Bugwood.org / Wikipedia, CC BY-SA 3.0
Das Virus wird hauptsächlich durch Insektenvektoren übertragen, besonders durch die Reiszikade. Doch für eine Bekämpfung dieser Insekten mit Pflanzenschutzmitteln fehlt Kleinbäuer:innen in der Regel das Geld – und besonders nachhaltig und umweltschonend ist diese Methode bekannterweise auch nicht. Ist eine Reispflanze erst einmal mit dem Virus infiziert, gibt es keine weiteren Bekämpfungsoptionen.
Resistente Reissorten als Ideallösung
Die Züchtung virusresistenter Reissorten ist daher die vielversprechendste Option, den Kleinbäuer:innen in Afrika zu helfen. Diesem Ziel hat sich ein Forschungsteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des französischen IRD (Institut de Recherche pour le Développment France) in Montpellier verschrieben. Ihr Ansatz: Genomeditierung mit der Genschere CRISPR/Cas.
Ausgangspunkt: Resistenzgene bekannt, aber in einer unpassenden Art
In Afrika bauen die Landwirt:innen hauptsächlich die asiatische Reisvariante Oryzae indica an. Das Problem: Dieser Pflanze fehlen die passenden Resistenzgene. Bekannt sind hingegen vielversprechende Resistenzgene in der afrikanischen Reisvariante Oryza glaberrima, ausgeschaltete Varianten der Gene RYMV1, -2 und -3. RYMV2 kodiert beispielsweise ein wichtiges Protein aus den Poren des Zellkerns. Doch diese Reispflanzen liefern keine hohen Erträge. Daher stellt sich die Frage, wie man Resistenzgene von Oryza glaberrima auf die ertragreiche Reisart Oryzae indica übertragen kann.
Kreuzung keine Option
Eine Kreuzungszüchtung zur Übertragung eines Resistenzgenes von Oryza glaberrima auf Oryzae indica ist kein erfolgsversprechender Ansatz. Die Nachkommen solcher Inter-Arten-Kreuzungen sind steril – können sich also nicht mehr fortpflanzen.
Der Ausweg: Gemomeditierung mit CRISPR/Cas. Durch gezieltes Ausschalten des Gens RYMV2 in einer Oryzae indica-Pflanze lässt sich exakt ein Resistenzgen herstellen wie es bereits in der afrikanischen Reisvariante vorhanden ist. Die Forscher:innen haben genau dies geschafft und anschließend überprüft, ob die neue Reisvariante tatsächlich virusresistent und genauso ertragreich wie die Ausgangspflanze ist. Beides konnte in Gewächshausexperimenten gezeigt werden.
Der nächste Schritt ist nun die Wiederholung dieser Genomeditierung mit verschiedenen Reis-Elitesorten, die von großer wirtschaftlicher Bedeutung in Afrika sind und anschließend das Testen der Pflanzen unter realen Bedingungen auf dem Feld. Es könnte sein, dass der Schrecken, den RYMV in Afrika verbreitet hat, erst einmal der Vergangenheit angehört.
Weitere Forschung notwendig
Ganz aufatmen sollte man aber nicht. Es besteht immer die Möglichkeit, dass das Virus die nun etablierte Resistenz der Reispflanzen überwinden kann. Durch das Kombinieren mehrerer Resistenzgene, also z.B. der Gene RYMV1, -2 und -3 in einer einzigen Pflanze kann aber eine breiter angelegte und robustere Resistenz geschaffen werden: Indem man verschiedene Resistenzmechanismen in einer Pflanze „stapelt“, wird es für das Virus schwieriger, gleichzeitig alle Resistenzbarrieren zu überwinden. Um sicherzustellen, dass die entwickelten Resistenzstrategien auch unter realen Bedingungen wirksam sind, sind ausgiebige Feldversuche in den betroffenen Regionen Afrikas unerlässlich. Zudem ist eine kontinuierliche Überwachung der Viruspopulationen und ihrer evolutionären Veränderungen wichtig, um frühzeitig auf neue Bedrohungen reagieren zu können.
Quelle:
Arra, Y. et al. (2023): „Rice Yellow Mottle Virus resistance by genome editing of the Oryza sativa L. ssp. japonica nucleoporin gene OsCPR5.1 but not OsCPR5.2“. In: Plant Biotechnol. J. (20. Dez. 2023). doi: 10.1111/pbi.14266
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Titelbild: Verschiedene Reispflanzen, sowohl Kontrollpflanzen als auch Mutanten, im Alter zwischen drei und vier Wochen nach einer Inokulation (künstlichen Infektion) mit dem Virus RYMV. Reispflanze mit der neuen RYMV-Virusresistenz zeigte keine Schäden und ein normales Wachstum. (Bildquelle: © Laurence Albar / IRD)
