Resistenzen gegen Krankheiten sind eines der wichtigsten Ziele bei der Weizenzüchtung. Dank resistenter Sorten können Landwirt(innen) Fungizidbehandlungen einsparen. In der Schweiz bleiben dank angepasster Sorten bereits über 70 Prozent des Weizens unbehandelt. Daraus resultieren rechnerisch Einsparungen von 30,8 t Wirkstoff pro Jahr und 15,4 Millionen Franken für deren Kauf. Hinzukommen ökologische Vorteile durch reduzierten chemischen Pflanzenschutz.
Vier Pilze machen dem Weizen zu schaffen
Die bekannten Weizenkrankheiten Mehltau sowie die Braun-, Gelb- und Schwarzrostarten haben einige Gemeinsamkeiten. Diese vier Krankheiten werden durch Pilze verursacht, die lebende Zellen besiedeln und Nährstoffe der Pflanze benötigen, um zu wachsen und Sporen zu bilden. Ihre komplizierten Lebenszyklen haben Phasen der asexuellen und sexuellen Vermehrung, die bei den Rostpilzen Zwischenwirte erfordern. Damit eine Weizensorte resistent wird, muss sie genetisch zum angreifenden Pilz passen. Ansonsten wird eine Pilzspore nicht als Feind erkannt und es findet eine Infektion statt.
Leichte Resistenz, aber dafür mit Nekrose oder verfärbte Ähren
Die Suche nach wirksamen Resistenzgenen ist dadurch erschwert, dass derlei Gene meistens nur gegen gewisse Rostpilzstämme schützen. Es gibt zwar Gene, die eine generelle Resistenz verleihen – gegen mehrere Stämme oder sogar verschiedene Krankheitserreger. Sie sind aber oft wenig wirksam: Sie bremsen die Infektion nur, ohne sie zu verhindern. So sind die durch Pilze hervorgerufenen Pusteln immerhin weniger zahlreich und kleiner. Solche generellen Resistenzgene führen allerdings in der Regel zu einer Nekrose an der Blattspitze. Zu beobachten ist dies etwa in den Sorten Forno, Tamaro und Hanswin, die gegen drei Rostarten teilresistent sind. Wahrscheinlich trägt auch CH Nara dasselbe Gen.
Beim Schwarzen Rost ist ebenfalls ein Resistenzgen mit ähnlicher Nebenwirkung bekannt. Es ist langlebig und wirkt (schwach) gegen verschiedene Stämme, kann aber manchmal zu einer Verfärbung der Spelzen und des Korns führen, die mit Ährenseptoria verwechselt werden kann. Dieses Gen tragen Forno, Forel, Caminada, Altare und Greina.
Der Teufelskreis aus «Boom» und «Boost» bei besonders beliebten Genen
Aus der Geschichte weiss man, dass der massive Einsatz eines Resistenzgens («Boom») einen hohen Selektionsdruck auf die Pathogenpopulation auslöst. Das Resultat ist ein «Boost», also die Förderung von Stämmen, die diese Resistenz umgehen können. Ein Beispiel dafür ist die Geschichte um das Gen Lr37/Yr17, das Weizen vor Braun- und Gelbrost schützt. Es liegt im Genom der Pflanze nahe am wichtigsten Resistenzgen gegen Halmbruchkrankheit. Dieses wiederum wurde in den 80er-Jahren intensiv von Züchtern genutzt, weil man es schon markieren konnte. Das erleichterte die Selektion von Pflanzen mit der gewünschten Halmbruchkrankheit-Resistenz. Später musste man feststellen, dass unbewusst auch Lr37/Yr17 mitselektiert wurde. Als neue virulente Roststämme auftauchten, waren viele Sorten und Linien plötzlich weder gegen Braun- noch gegen Gelbrost resistent.
Wie verheerend das Ausmass sein kann, lässt sich am Schwarzrost-Resistenzgen Sr31 zeigen. Es stammt aus Roggen und war über Jahrzehnte extrem wichtig und wirksam – bis in Afrika ein sehr virulenter Stamm von Schwarzrost aufkam.
Ein Erreger, der 80 Prozent der weltweiten Weizensorten befallen könnte
Dieser Stamm – genannt Ug99, weil er 1999 in Uganda entdeckt wurde – weckte Ängste um die globale Ernährungssicherheit. Denn nach der Untersuchung tausender Sorten war klar, dass weltweit mehr als 80 Prozent der Weizensorten anfällig waren. 2006 erwiesen sich nur zwei der 17 getesteten Schweizer Sorten als relativ resistent.
Als Reaktion auf die drohende Katastrophe lancierte man 2005 an der 7th International Wheat Conference eine internationale Initiative gegen die Rückkehr des Schwarzrostes. Dank länderübergreifenden Saatguttausches standen rasch neue resistente Weizensorten zur Verfügung.
Ug99 ist weiter auf dem Vormarsch
Inzwischen treten leicht mutierte Stämme von Ug99 auf und Infektionen in anderen afrikanischen Ländern ausserhalb Ugandas. Die Krankheit hat das Rote Meer überwunden und ist im Jemen angekommen. Es ist denkbar, dass sie nach Indien und Pakistan, oder – mithilfe der globalen Windsysteme des Jet-Streams – auch in andere grosse Weizenanbauländer wie die Ukraine oder Russland gelangt.
In diesen zwei Ländern könnte der Zwischenwirt Berberitze eine sexuelle Vermehrung von Ug99-Schwarzrost ermöglichen, was die weitere Anpassung des Erregers fördern würde.
Immer wieder neue Schwarzrost-Stämme
Die Schwierigkeit für heutige Züchter besteht darin, dass neue Sorten nicht nur gegen Ug99 (und mutierte Stämme davon) resistent sein sollten, sondern auch gegen andere Schwarzroststämme. Dilagu, ein in Äthiopien von 2013 bis 2014 verbreitet angebauter Weizen, war z. B. vor Ug99 gefeit – erlitt aber durch einen neuen virulenten Schwarzrost Totalschaden. Die Lage ist jetzt unter Kontrolle, denn in allen gefährdeten Ländern stehen neue, resistente Weizensorten zur Verfügung. Aber in Europa und Zentralasien taucht gerade erneut Schwarzrost auf, dessen Virulenz sich von jener von Ug99 unterscheidet. Der Kampf geht also weiter.
Um dauerhaftere Resistenzen zu erreichen, muss man demnach andere Strategien finden, als nur ein einziges wichtiges Gen zu verwenden. Die Idee, mehrere Gene zu kombinieren, wurde vorgeschlagen. Aber es zeigte sich erneut ein Haken.
Kombinierte Resistenzen, jedoch geringere Erträge
Bereits Ende der 90er-Jahre hat man zum Beispiel bei Agroscope die Gene Lr9 und Lr24 kombiniert. Die daraus entstandenen Linien waren frei von Braunrost, von hervorragender Backqualität, ebenfalls resistent gegen Septoria, etwas anfällig für Mehltau, schwerer zu fixieren und spät reifend. Aber vor allem erzielten sie einen leicht geringeren Ertrag als die Standardsorten. Trotz wiederholter Kreuzungen der besten «Lr9+24»-Linien mit leistungsstärkeren Eltern konnten die Mängel (noch) nicht überwunden werden. Inzwischen wurden andere Gene kombiniert.
«Rusts never sleep»
Es gibt noch weitere Ansätze, um die Spirale von «Boom und Boost» zu vermeiden. Erstens: Gene, die nur das Fahnenblatt schützen. Sie lassen Rostpilze auf den anderen Blättern überleben, was den Selektionsdruck senken sollte und damit auch das Auftreten neuer Stämme verlangsamen. Zweitens: «Minor-Gene» zu kumulieren: Sie verleihen, individuell, nur eine Teilresistenz. Solche «Minor-Gene» konnten in der Weizenzüchtung seit den 50er-Jahren angesammelt werden. Drittens: Der Anbau von Sortenmischungen mit differenzierten Hauptresistenz-Genen. Die drei Ansätze haben das gleiche Ziel: die Infektion im Feld stark zu reduzieren, ohne grossen Selektionsdruck auf die einzelnen Pilzstämme auszuüben.
Mehltau sowie Braun-, Gelb- und Schwarzrost entwickeln sich ständig weiter. Der Agronom und Nobelpreisträger Norman Borlaug pflegte zu sagen: «Rusts never sleep» – «Rost schläft niemals». Die Selektionsarbeit muss fortgesetzt werden, um ein Resistenzniveau zu verbessern oder zumindest aufrechtzuerhalten, das den Einsatz von Fungiziden überflüssig macht.
Hürden der Resistenzzüchtung: Vom freien Markt bis zur Fehlinterpretation
Eine koordinierte und kontrollierte Steuerung des Einsatzes von Resistenzgenen in Raum und Zeit ist zwar wünschenswert, bleibt aber in einem freien Markt rein theoretisch.
Zudem ist jedes Resistenzgen – abgesehen von seiner Wirkung – nicht mit einem anderen gleichzusetzen. Manche sind mit Nachteilen verbunden. Manchmal schützen sie die Pflanze zwar gut, jedoch auf Kosten des Ertrags, da der Resistenzmechanismus Energie verbraucht. Andere können das Aussehen der Blätter beeinträchtigen. Die Krankheit wird zwar wirksam gebremst oder gestoppt, doch das optische Erscheinungsbild des Laubs oder der Ähre benachteiligt die Sorte, sodass ein uninformierter oder schlecht beratener Landwirt die Pflanze unter Umständen dennoch behandelt. Bevor ein Züchter ein neues Gen einsetzt, sollte er sich informieren und – noch besser –testen, ob mit diesem Gen mögliche negative Auswirkungen verbunden sind. Hat es Auswirkungen auf die Qualität, auf die Wirksamkeit anderer Resistenzen, auf den Ertrag oder auf die Anpassung an die Umwelt bzw. insbesondere an das Klima?
Zum Autor
Dario Fossati war lange Jahre als Weizenzüchter bei Agroscope tätig. In seiner Kolumne gibt er Einblicke in sein Wissen und wirft immer wieder einen Blick ins Ausland.
