Weizen wird häufig von Pilzkrankheiten wie Mehltau befallen. Um die Pflanze zu schützen, beschäftigen sich Wissenschaftler der Universität Zürich seit Jahren 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, wie die Universität Zürich in einer Mitteilung vom Montag schreibt. Dabei handelt es sich um eine «Bauanleitung» für ein Protein, das Signale in der Pflanzenzelle wahrnehmen kann, einen Rezeptor.
Dieser kann sogenannte Avirulenzproteine (AvrPm3) des Mehltaus erkennen und sofort den Zelltod der Pflanzenzelle auslösen, wenn der krankmachende Pilz versucht, das AvrPm3 ins Pflanzenzelleninnere zu schleusen. Durch das Absterben der attackierten Zellen ist der Rest der Pflanze vor dem Pilz geschützt.
Pm3 kann alleine sehr effizient Mehltauresistenz vermitteln. Allerdings kann ein einzelnes Resistenzgen schnell seine Wirksamkeit verlieren, weshalb in der Pflanzenzüchtung mehrere Abwehrgene kombiniert werden.
Die Zürcher Forscher testeten eine solche Kombination mit transgenem Weizen in Feldversuchen. Sie erzeugten neue Weizenlinien, indem sie jeweils zwei transgene Pm3-Weizenlinien kreuzten. Dadurch entstanden vier neue Weizenlinien, die jeweils zwei verschiedene Pm3-Genvarianten enthielten.
«Tatsächlich zeigten die vier neuen Weizenlinien im Feld eine verbesserte Mehltauresistenz gegenüber ihren Elternlinien», wird Studienerstautorin Teresa Koller in der Mitteilung zitiert. Die Forschungsgruppe berichtete jüngst in der Fachzeitschrift «Theoretical and Applied Genetics» über ihre Versuche in den Jahren 2015 bis 2017.
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. Da die Resistenz von zwei Genvarianten stammt, erhöht sich die gesamthafte Resistenz in den Nachkommen.
Trotz der hohen Gesamtaktivität der Resistenzgene entwickelte sich der Weizen gut. Auch auf den Ertrag habe diese keine negativen Auswirkungen gehabt, berichten die Forscher.
Die Resultate der Versuche dienen hauptsächlich dem besseren Verständnis des Immunsystems der Pflanzen generell und im Speziellen der Pilzkrankheitsresistenz des Weizens. Die Erkenntnisse können auch in der Weizenzüchtung verwendet werden.