Genom-Editierung
Krankheitsresistenter Reis entwickelt – Blaupause auch für andere Kulturpflanzen?
Reispflanzen mit typischen Läsionen, die der Reisbrand auslöst. (Bildquelle: © Donald Groth / USDA Forest Service / Public Domain)
Ein internationales Forschungsteam hat mit der Genschere CRISPR/Cas die Widerstandskraft einer kommerziellen Reissorte gegen Reisbrand und die Weissblättrigkeitskrankheit deutlich erhöht.
Pflanzenkrankheiten können den Landwirten gehörig in die Parade fahren. Reisbrand ist so ein Beispiel. Ausgelöst wird er vom Pilz Magnaporthe oryzae, der jährlich den Reisbedarf von 60 Millionen Menschen zerstört. Weil die klassische Resistenzzüchtung sehr langwierig ist und oftmals keine geeigneten Resistenzgene im Zuchtmaterial vorhanden sind, kommt immer öfter die Genomeditierung ins Spiel.
„LMM“ als Schlüssel
Der Pilz Magnaporthe oryzae schädigt auch die Reisähren, erkenntlich an den beginnenden dunklen Verfärbungen.
Bildquelle: © Coentor / Wikipedia / CC BY-SA 3.0
So auch bei einem Forschungsteam aus China, den USA, Australien und Frankreich. Ihr Ansatz: Sogenannte LMM (lesion mimic mutants). Bei diesen Pflanzen sind durch bestimmte Mutationen Abwehrreaktionen gegen Krankheitserreger permanent aktiv, auch ohne eine Infektion. Der Nachteil bei diesen Mutanten ist aber, dass die ständigen Abwehrreaktionen die Pflanzen belasten und sich negativ auf Wachstum und Ertrag auswirken. An diesem Punkt setzten die Forscher:innen an.
Ein LMM-Gen identifizieren
Ihre Idee: Ein LMM-Gen mit Genom-Editierung so anpassen, dass eine breite Resistenz ohne Ertragseinbußen entsteht. Um erst einmal ein LMM-Gen zu finden, nutzen die Wissenschaftler:innen die altbewährte Strahlenmutagenese: 1500 bestrahlte Pflanzen einer kommerziellen Reissorte wurden untersucht und dabei sechs LMM gefunden. In einer der Pflanzen konnten sie nachweisen, dass eine Mutation des Gens RBL1 für die permanente Abwehrreaktionen verantwortlich war. Dieses Gen ist am Aufbau der Zellmembranen beteiligt. Doch auch diese Pflanze zeigte signifikant reduzierte Erträge.
Genschere schafft genetische Vielfalt in einem Gen
Nun kam die Genomeditierung zum Zuge: Mit der Genschere CRISPR/Cas wurden 57 zufällige Varianten des Gens RBL1 erzeugt. Eine davon war besonders interessant: Hier waren 29 Basenpaare verlorengegangen und die Pflanzen hatten weiterhin die Ertragshöhe der Ausgangssorte. Und erhöhte Resistenzen gegen Reisbrand und zusätzlich gegen die von Bakterien ausgelöste Weissblättrigkeitskrankheit: Nach Infektion lieferte die neuen Reispflanzen in ersten Feldversuchen einen bis zu fünffach höheren Ertrag als die erkrankte Ausgangssorte.
Blaupause für andere Kulturarten?
Die Forscher sind zuversichtlich, diese Mutation jetzt auch in häufig angebauten Reissorten nachbilden zu können. Derzeit haben sie dieses Gen nur in einer Modellsorte namens "Kitaake" optimiert, die nicht weit verbreitet ist. Eine weitere Hoffnung ist, das neue Wissen auch auf andere Kulturpflanzen übertragen zu können, z.B. durch Modifikation homologer Gene in Weizen.
Quelle:
Sha, G. et al. (2023): „Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance.“ In: Nature 618 (2023). doi: 10.1038/s41586-023-06205-2
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Titelbild: Reispflanzen mit typischen Läsionen, die der Reisbrand auslöst. (Bildquelle: © Donald Groth / USDA Forest Service / Public Domain)
