Genschere: Züchtung in Rekordzeit

Wie kann man auf neue Bedrohungen durch Pflanzenkrankheiten schnell reagieren? Mit der Genschere CRISPR/Cas und exakter Genom-Editierung. Ein US-Forschungsteam hat innerhalb von 10 Monaten Orangenpflanzen widerstandsfähig gegen den Zitruskrebs gemacht. Pflanzenschutzmittel brauchen diese Pflanzen nicht mehr gegen diese Krankheit. Konventionelle Züchtung hätte dafür 20 Jahre gebraucht, so schätzen die Forscher:innen.

Zitronenkrebs wird durch das Bakterium Xanthomonas citri ausgelöst und ist eine Katastrophe für die Landwirte. Die Bakterien führen zu braunen Flecken auf Blättern und Früchten von Zitrusbäumen. Die Orangen, Zitronen und Grapefruits sind unverkäuflich. Viele Bäume sterben ab und die Krankheit hat weltweit zu massiven wirtschaftlichen Schäden geführt. Allein in Florida wurden seit dem ersten Ausbruch der Krankheit im Jahr 1995 über 16 Millionen Zitrusbäume gefällt und zur Eindämmung der Krankheit verbrannt. Seit 2006 gilt die Krankheit in dieser Region als außer Kontrolle.

Konventionelle Züchtung zu langsam und „alte“ Gentechnik nicht akzeptiert

#####1#####

Bakterieller Krebs von Zitrusfrüchten, hier Symptome an einem Grapefruitblatt.

Bildquelle: © Timothy Schubert / Florida Department of Agriculture and Consumer Services – Bugwood.org / Attribution 3.0)

Der Infektionsmechanismus des Bakteriums ist bekannt – aber das hilft nicht auf die Schnelle. Ein Gen der Zitrusfrüchte (Lob1) ist verantwortlich, dass das Bakterium die Pflanze infizieren kann. Doch klassische Züchtung benötigt ca. 20 Jahre, um widerstandsfähige Sorten zu erzeugen. Lösungen gab es schon durch die klassische Gentechnik, doch diese Pflanzen enthielten artfremde Gene – Zulassung und Export sind dadurch extrem erschwert und langwierig, in vielen Exportländern heute nicht marktfähig.

Jetzt ging es turbo-schnell

Unter der Leitung von Professor Nian Wang haben Forscher:innen der Universität Florida einen neuen Ansatz entwickelt: Mit der Genschere Nuklease Cas12a inaktivierten sie gezielt das für die Infektionsanfälligkeit verantwortliche Gen Lob1. Und die behandelten Zellen enthalten keine fremden Gensequenzen, lediglich hatte das Gen Lob1 einen Verlust von wenigen Nukleotiden in der Gensequenz und ist dadurch ausgeschaltet. Der Eingriff war sehr präzise, denn nach der Durchsequenzierung des Genoms der Pflanze konnten keine weiteren Genomveränderungen gefunden werden. In wenigen Monaten entwickelten sich aus den behandelten Zellen neue Bäume, die gegen den Zitronenkrebs resistent waren. Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift Nature publiziert.

In den USA bereits zugelassen

Ohne artfremde Gensequenzen sind die neuen genomeditierten Orangenbäume in den USA herkömmlich gezüchteten Sorten absolut gleichgestellt – und von den zuständigen US-Behörden (USDA APHIS und EPA) bereits zugelassen. Jetzt steht noch die normale Prüfung aus, die auch konventionelle Sorten durchlaufen müssen: Eine agronomische Prüfung in ca. drei Jahren – denn erst dann sind die Bäume in einem Alter, dass sie auch Früchte produzieren können.

Quelle:
Su, H. et al. (2023): „Generation of the transgene-free canker-resistant Citrus sinensis using Cas12a/crRNA ribonucleoprotein in the T0 generation.“ In: Nature Communications 14:3957 (2023). doi: s41467-023-39714-9

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

Titelbild: Mit der Genschere CRISPR/Cas konnte der Zitruskrebs bei Orangenbäumen besiegt werden. (Bildquelle: © NoName_13 / Pixabay)

Genschere: Züchtung in Rekordzeit

Zitruskrebs-resistente Orangenbäume mit Genom-Editierung in zehn Monaten statt 20 Jahren