30.09.2005

Forschung Projekte

Untersuchungen zur frühzeitigen Entdeckung einer Resistenzentwicklung des Maiszünslers und zur Aufklärung der Resistenzmechanismen

(2001 – 2004) Biologische Bundesanstalt für Land und Forstwirtschaft (BBA) (seit 2008 Julius Kühn-Institut (JKI)), Institut für biologischen Pflanzenschutz; Darmstadt

Thema

Zur frühzeitigen Erkennung einer Resistenzentwicklung des Maiszünslers wurden auf Feldern mit Bt-Mais Maiszünslerlarven gesammelt, die dort überlebt hatten, obwohl die Pflanzen mit dem für Fraßinsekten giftigen Bt-Toxin ausgestattet waren.

Es sollte untersucht werden,

• ob das Überleben aufgrund einer höheren Toleranz gegenüber dem Toxin möglich war oder
• ob ein verändertes Fraß-Verhalten der Maiszünslerlarven dazu führt, dass die Larven in Bt-Mais-Feldern überleben konnten.

In einem weiteren Projektteil sollte die Frage behandelt werden, was die Mechanismen einer eventuell vorhandenen Resistenz sind, warum also das Bt-Toxin bei resistenten Tieren nicht in eine giftige Form umgewandelt bzw. nicht wirksam wird.

• Werden unterschiedliche Resistenzmechanismen gefunden?
• Können andere Varianten des Bt-Toxins zur Brechung dieser Resistenz verwendet werden ?

Zusammenfassung

Über drei Jahre wurden Maiszünslerlarven in Bt-Maisfeldern gesammelt und auf Bt-Empfindlichkeit/Resistenz überprüft. Eine überlebende Larve muss nicht in jedem Fall resistent sein. So enthalten laut Firmenangaben bis zu zwei Prozent der Pflanzen in einem Bt-Maisfeld gar kein Toxin.

Als Fazit bleibt festzuhalten, dass keine resistenten Tiere gefunden wurden, obwohl nicht nur – wie ursprünglich vorgesehen – bis zur zweiten Filial-(„Tochter“)-Generation, sondern auch in weiteren Folgegenerationen auf Toxinempfindlichkeit getestet wurde.

Versuchsbeschreibung

Die Arbeiten im Projekt fallen unter folgende Schwerpunkte:

• Sammlung von überlebenden Maiszünslerlarven in Bt-Maisfeldern. Testung der Nachkommen auf ein gesteigertes Erkennungsvermögen gegenüber dem Bt-Toxin in Bt-Mais und auf eine Minderempfindlichkeit gegenüber dem aktivierten Bt-Toxin Cry1Ab.
• Experimentelle Provokation von Resistenzen im Labor.

Zur Klärung möglicher Resistenzmechanismen wurde im Labor die natürliche Umwandlung des Bt-Toxins im Darm der Maiszünsler-Larven experimentell durch Untersuchung der zugehörigen Enzyme und der Umwandlungsprodukte verfolgt.

Ferner wurde mit speziellen Untersuchungsmethoden verfolgt, ob das Bt-Toxin an bestimmte Bindungsstellen im Darm der Maiszünslerlarve angelagert wird.

Ergebnisse

Selektion auf Resistenz gegenüber Bt-Toxin

Im Herbst der Jahre 2001, 2002 und 2003 wurden Maiszünslerlarven in rund 1,9 Millionen Pflanzen auf Bt-Maisfeldern gesammelt.

Dabei wurde durchschnittlich eine Maiszünslerlarve auf 1000 Pflanzen gefunden. Nach ersten Tests vor Ort enthielten aber nicht alle Pflanzen, in denen die Zünslerlarven fraßen, auch tatsächlich Bt-Toxin. Laut Firmenangaben exprimieren bis zu zwei Prozent der Pflanzen in einem Bt-Maisfeld kein Toxin.

Nach der Diapause („Winterruhe“) der Larven wurden mit den Nachkommen der gesammelten Zünsler so genannte F2-Screenings durchgeführt – d.h. die zweite Filial-(„Tochter“)-Generation wurde auf ihre Toxinempfindlichkeit getestet. Die zweite, also übernächste Generation der gesammelten Tiere wurde deshalb untersucht, weil monogen rezessiv vererbte Resistenzgene erst in dieser Generation zum Tragen kommen können. In diesen Versuchen wurde mit solchen Toxin-Mengen gearbeitet, die es weniger empfindlichen Larven ermöglichte zu überleben. So könnten sich eventuell geringere Empfindlichkeiten in den nachfolgenden Generationen herausbilden. Am Ende hoffte man resistente Tiere zu finden, anhand derer man nähere Aussagen über die Wege einer Resistenzentwicklung machen könnte, was aber nicht der Fall war. Auch durch Selektionsdruck im Labor konnten keine resistenten Zünsler erhalten werden.

Resistenzmechanismen

Erst im Darm der Fraßinsekten wird das Bt-Protein in eine giftige Variante umgewandelt, die den Darm der Insekten zerstört.

Möglicherweise ist eine veränderte Ausstattung mit wichtigen Verdauungsenzymen eine Ursache für eine Resistenz gegen Bt-Toxine. Darum wurden im Darm vorhandene Enzyme bestimmt und ihre Rolle bei der Toxin-Aktivierung ermittelt.

Es konnte bestätigt werden, dass auch in deutschen Maiszünslern die Enzyme Trypsin, Chymotrypsin, Elastase und Aminopeptidase aktiv sind. Alle nachgewiesenen Proteasen außer Aminopeptidase veränderten das Toxin.