Bt-Resistenz erstmals auch nicht-rezessiv vererbt

Nach und nach mehren sich die Fälle von Bt-resistenten Insekten auf Feldern mit Bt-Pflanzen. Bisher galt die Schutzzonenmethode als wirksam, um Resistenzbildungen für rezessiv vererbte Resistenzmerkmale hinauszuzögern. Mit dem Nachweis erster nicht-rezessiver Resistenzmerkmale werden neue Strategien im Kampf gegen Bt-resistente Insekten benötigt.

Bt-Toxine aus dem Bodenbakterium Bacillus thurengiensis (Bt) töten die bedeutendsten Insektenschädlinge ab, sind dabei aber für den Menschen und die meisten anderen Organismen unschädlich. In Insektiziden werden Bt-Toxine schon seit Jahrzehnten angewendet, in transgenen Pflanzen seit 1996. Im Jahr 2011 bauten Landwirte Bt-Mais und Bt-Baumwolle weltweit auf mehr als 66 Hektar Ackerfläche an. Das ist etwa die fünffache Fläche des Ackerlandes in Deutschland. Wie bei der langjährigen Anwendung anderer Pestizide, wurden Insekten auch gegen die Bt-Proteine resistent.

Schutzzonen nur bei rezessiver Vererbung erfolgreich

In Laborversuchen fanden Wissenschaftler bereits zahlreiche resistente Tiere. Mindestens neun verschiedene Spezies von Schädlingen zeigten auch unter natürlichen Bedingungen eine Bt-Resistenz – sei es gegen Bt-Spritzmittel oder gegen Bt-Pflanzen auf dem Feld. „Um derartigen Entwicklungen entgegenwirken zu können, ist es wichtig, die genetischen Grundlagen der Resistenzentwicklung bei Insekten zu verstehen“, schreiben die Wissenschaftler in ihrer Studie. Ob ein Resistenzmerkmal dabei dominant oder rezessiv vererbt wird, ist für die Gegenmaßnahmen von entscheidender Bedeutung.

Um die Entwicklung einer Schädlingsresistenz möglich lange hinauszuzögern, wenden zahlreiche Bauern weltweit die sog. Schutzzonenstrategie an, die auf folgenden Annahmen beruht: Zunächst gibt es auf Bt-Pflanzen nur sehr wenige Bt-resistente Insekten. Ohne Schutzzonen würden sich diese wenigen überlebenden Tiere rasch miteinander kreuzen und binnen kurzer Zeit eine große Population an resistenten Insekten hervorbringen. Befinden sich Schutzzonen um die Bt-Felder, in denen konventionelle Pflanzen ohne Bt-Toxine wachsen, kreuzen sich diese wenigen resistenten Insekten jedoch mit den zahlreichen Bt-empfindlichen Insekten dort.

Wenn das Resistenzmerkmal rezessiv vererbt wird, werden derartige Hybride auf Bt-Pflanzen sterben. Das reduziert die Vermehrung von resistenten Individuen erheblich. Dieser Ansatz wird manchmal auch als „Hochdosis-Schutzraum-Strategie“ bezeichnet, weil er am besten funktioniert, wenn das Bt-Toxin derart hochkonzentriert ist, dass alle oder fast alle Hybride aus resistenten und nicht resistenten Insekten daran zugrunde gehen.

Wird das Resistenzmerkmal allerdings dominant vererbt, überleben auch die Nachkommen dieser Hybride. Auch in diesem Fall würde sich die Population der resistenten Insekten rasend schnell vergrößern. Die Vererbung von Allelen findet jedoch nicht ausschließlich strikt rezessiv oder dominant statt. Wissenschaftler unterscheiden zwischen verschiedenen Stadien der rezessiven Vererbung.

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Vergleich von Bt-resistenten Laborinsekten mit Bt-resistenten Feldinsekten

Bisher gab es nur genetische Untersuchungen zu künstlich erzeugten, resistenten Insekten aus dem Labor. Wissenschaftler verglichen nun die genetischen Unterschiede von Bt-resistenten Insekten aus Laboren mit denen von natürlichen Baumwollfeldern in China. Bei beiden Insektengruppen fanden die Forscher hauptsächlich mutierte Cadherin-Allele, die für die Resistenz gegen das Bt-Toxin verantwortlich waren. Dieses bindet normalerweise im Mitteldarm der Insektenlarven an das Bt-Protein Cry1Ac. Frühere Untersuchungen an Laborinsekten hatten gezeigt, dass wahrscheinlich eine Mutation am für Cadherin codierenden Gen zu einem unvollständigen Cadherin-Protein führt. Ist das Gen defekt und das Protein zerstört, sind die entsprechenden Insekten resistent.

Die Vergleiche der Wissenschaftler zeigten, dass resistente Laborinsekten zwar hilfreiche Anhaltspunkte liefern können, welche veränderten Allele für eine Resistenzbildung verantwortlich sein könnten. Zur alleinigen Bestimmung dieser Allele müssen allerdings auch natürlich entstandene Bt-resistente Insekten herangezogen werden, denn bei ihnen fanden die Forscher noch weitere mutierte Allele.

Die meisten Resistenzallele im Cadherinlocus, die die Wissenschaftler bei ihren Untersuchungen entdeckten, waren rezessiver Natur. Erstmals konnten sie jedoch auch in resistenten Insekten von Feldern nicht-rezessive Resistenzallele nachweisen. Da die Schutzzonenmethode bei Insekten, die eine nicht-rezessive Resistenz in sich tragen, praktisch wertlos ist, appellieren die Wissenschaftler, die Forschungsintensität auf diesem Gebiet dringend zu intensivieren.