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Pflanzenbiologie: Healthy-Crops-Projekt
HHU-geführte Forschung mit neuen Partnern im Kampf gegen verheerende Reiskrankheit

04.11.2020 – Das Projekt „Healthy Crops“ unter der Leitung von Alexander-von-Humboldt-Professor Wolf B. Frommer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat eine Strategie zur Bekämpfung der „Weißblättrigkeit“ („bacterial leaf blight” - BLB) entwickelt. Dabei handelt es sich um eine der verheerendsten Reiskrankheiten in weiten Teilen Asiens und Afrikas. BLB hat erhebliche Auswirkungen auf Kleinbauern in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen. Die jüngste Erweiterung der Projektfinanzierung geht einher mit der Einführung neuer wissenschaftlicher Partner, insbesondere von ICAR-Instituten in Indien, IRRI-Partnern aus Kenia und dem Donald Danforth Plant Science Center. Aufgabe des Projekts ist, BLB-resistente Reislinien an Kleinbauern in Asien und Afrika zu liefern.

Gesunde Reispflanzen in Telangana, Indien (Foto: Yugander Arra)

Das von der Bill & Melinda Gates Foundation finanzierte „Healthy Crops“-Team begann 2012 mit dem Plan, Reisvarianten zu erzeugen, die gegen die Weißblättrigkeit resistent sind. Damit soll eine wirksame und nachhaltige Lösung im Kampf gegen Ertragsverluste insbesondere für Kleinproduzenten in Entwicklungsländern gefunden werden. Das Team hat bereits erfolgreich BLB-resistente Reislinien erzeugt und einen diagnostischen Werkzeugkasten geschaffen, der eine schnelle Diagnose neu auftretender pathogener Bakterienstämme ermöglicht. Zu beiden Entwicklungen gab es 2019 Publikationen in Nature Biotechnology.

Reis ist für rund vier Milliarden Menschen weltweit das wichtigste Grundnahrungsmittel; er wird hauptsächlich von Kleinproduzenten in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen angebaut. Die Weißblättrigkeit, verursacht durch das Bakterium Xanthomonas oryzae pathovar oryzae (Xoo), ist ein großes Problem beim Anbau von Reis und führt oft zu Ertragseinbußen von bis zu 70 Prozent. Die Infektion führt zum Welken und Austrocknen der Blätter; in der Folge sterben die Pflanzen ab. Dies wirkt sich massiv auf die wirtschaftliche Stabilität der Kleinbauern aus. Ein Problem, das Ashok K. Singh, der Direktor des Indian Agricultural Research Institute in Indien, sehr gut kennt: „Weißblättrigkeit ist eine der schwersten Reiskrankheiten in Indien und anderen Teilen der Welt. Die Ertragseinbußen in Indien schwanken zwischen 15 und 20 Prozent jährlich und können im Falle einer schweren Infektion bei anfälligen Sorten bis zu 40 Prozent betragen. Healthy Crops hat sehr wertvolle Reisvarianten entwickelt, die gegen Weißblättrigkeit resistent sind. Um die Krankheit zu besiegen, wollen wir die Resistenz auch in die Elite-Mega-Reissorten Indiens einführen.“

Das ursprünglich von der HHU koordinierte Konsortium umfasste fünf Forschungsinstitute auf vier Kontinenten: Beteiligt sind die University of Florida und die University of Missouri in den USA, das International Center for Tropical Agriculture (CIAT) in Kolumbien, das Institut de Recherche pour le Développement (IRD) in Frankreich und das International Rice Research Institute (IRRI) auf den Philippinen. Im Jahr 2020 sind vier wichtige Forschungseinrichtungen aus Indien, Kenia und den USA hinzugekommen. Healthy Crops wird nun von zwei Institutionen des Indian Council of Agricultural Research (ICAR) – dem Indian Agricultural Research Institute (IARI) und dem National Rice Research Institute (NRRI) in Indien –, der afrikanischen IRRI-Niederlassung mit Sitz in Nairobi sowie vom Donald Danforth Plant Science Center unterstützt.

Der Mechanismus, durch den Xoo Zugang zu den Nährstoffen der Pflanze erhält, war der Schlüssel bei der Entwicklung der Forschungsstrategie. Einmal infiziert, injiziert Xoo eine Reihe von Proteinen in die Zelle, die so genannten TAL-Effektoren. Diese binden an die regulatorischen Domänen der „SWEET“ Zucker-Transporter-Gene und induzieren dadurch die Freisetzung von Zucker aus den infizierten Reiszellen. Anschließend nutzen die Xoo-Bakterien den freigesetzten Zucker als Energiequelle für ihre eigene Replikation.

Interessanterweise hatten japanische Züchter in der Vergangenheit festgestellt, dass einige natürliche Reissorten gegen bestimmte Xoo-Stämme resistent sind. Der SWEET-Promotor kann bei diesen Sorten nicht mehr durch den TAL-Effektor erkannt werden. Dies hindert die Bakterien am Erzwingen der Zuckersekretion, was schließlich zu Xoo-resistenten Reispflanzen führt.

Diese Erkenntnisse ermöglichten es dem Konsortium, resistente Reissorten einzuführen, die den Kleinbauern weltweit in ihrem Kampf gegen die Bakterienkrankheit helfen werden. „Die Reisproduktion und der Reisverbrauch in Afrika südlich der Sahara erfuhren in den letzten Jahrzehnten einen beispiellosen Anstieg. Gleichzeitig nahmen bakterielle Pflanzenkrankheiten in neuen Reisanbaugebieten rasch zu. Die Entwicklung resistenter Sorten, die der Etablierung neuer pathogener Stämme vorausgeht, wird eine stabile Produktion begünstigen und die Kleinbauern vor Ertragsverlusten schützen", erklärt Abdelbagi Ismail, der IRRI-Vertreter für Afrika.

Das erweiterte Team und die Integration der neuen internationalen Partner ermöglichen es Healthy Crops, den Weg zur Entwicklung neuer resistenter Reissorten zu ebnen. Das Projekt ist ausschließlich gemeinnützig und zielt darauf ab, den Lebensunterhalt und das Einkommen von Kleinproduzenten und Landwirten auf der ganzen Welt zu verbessern.

Diese Forschungsarbeiten wurde durch die Finanzierung der HHU durch die Bill & Melinda Gates Foundation ermöglicht.

 

 

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Kategorie/n: Schlagzeilen, Pressemeldungen, Forschung News

Von der Weißblättrigkeit infizierte Reispflanzen in Telangana, Indien (Foto: Yugander Arra)

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