Kombination von Abwehrgenen schützt Weizen besser gegen Mehltau

Für eine gute Weizenernte braucht es robusten Weizen. Doch dieser wird häufig von Pilzkrankheiten wie Mehltau befallen. Seit mehreren Jahren beschäftigen sich UZH-Wissenschaftler mit einem Gen aus Weizen, das Resistenz gegen den Erreger von Mehltau (Blumeria graminis f. sp. tritici) vermittelt. Dieses Resistenzgen mit der Bezeichnung Pm3 kommt in verschiedenen Varianten, sogenannten Allelen vor. In vorangehenden Studien bewies das Team um den Pflanzenbiologen Beat Keller, dass Pm3 alleine und sehr effizient Mehltauresistenz vermitteln kann. Ein einzelnes Resistenzgen kann aber schnell seine Wirksamkeit verlieren. Deshalb ist es in der Pflanzenzüchtung wichtig, mehrere Resistenzgene zu kombinieren. Genau dies haben die UZH-Forschenden mit transgenen Weizenlinien in Feldversuchen getestet.

Kombination zweier Genvarianten erhöht Mehltauresistenz

Die Forschenden erzeugten neue Weizenlinien, indem sie jeweils zwei transgene Pm3-Weizenlinien (siehe Box) kreuzten. Durch die Kreuzungen entstanden vier neue Weizenlinien, die jeweils zwei verschiedene Pm3-Genvarianten enthielten. «Tatsächlich zeigten die vier neuen Weizenlinien im Feld eine verbesserte Mehltausresistenz gegenüber ihren Elternlinien – während der Versuchsjahre von 2015 bis 2017», erklärt Studienerstautorin Teresa Koller.

Keine negativen Auswirkungen auf Weizenertrag

Im Labor wiesen die Wissenschaftler nach, dass sich die Genaktivität der Elternlinien in den Nachkommen summiert. Die einzelnen Pm3-Genvarianten in den vier neuen Linien zeigen die gleiche Aktivität wie in den Elternlinien, wodurch sich die gesamthafte Resistenz, da von zwei Genvarianten stammend, in den Nachkommen erhöht. «Die verbesserte Mehltauresistenz ist sowohl auf die erhöhte Gesamtaktivität als auch auf die Kombination der zwei Pm3-Genvarianten zurückzuführen», fasst Teresa Koller zusammen. Die hohe Gesamtaktivität der Resistenzgene hatte keine negativen Auswirkungen auf die Entwicklung des Weizens sowie dessen Ertrag.

Für Züchtung bei modernen Weizensorten nutzbar

Die Resultate dieser Versuche dienen in erster Linie dem verbesserten Verständnis des Immunsystems der Pflanzen generell, und im Speziellen der Pilzkrankheitsresistenz des wichtigen Grundnahrungsmittels Weizen. Neben dem Beitrag zur Grundlagenforschung am Pflanzenimmunsystem können die Resultate auch in der Weizenzüchtung verwendet werden. Durch das präzise Testen der Pm3-Genvarianten werden die besten Varianten identifiziert und können direkt in der klassischen Züchtung verwendet werden, indem sie in moderne Weizensorten eingekreuzt werden.

Literatur:

Teresa Koller, Susanne Brunner, Gerhard Herren, Severine Hurni, and Beat Keller. Pyramiding of transgenic Pm3 alleles in wheat results in improved powdery mildew resistance in the field. Theoretical and Applied Genetics. January 11, 2018. DOI: 10.1007/s00122-017-3043-9