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Resistente Bohnen dank moderner Pflanzenzüchtung

Eine genetische Auswahlmethode hilft afrikanischen Züchtern Bohnen weiterzuzüchten, die gegen einen Pilz resistent sind.
Eine genetische Auswahlmethode hilft afrikanischen Züchtern Bohnen weiterzuzüchten, die gegen einen Pilz resistent sind. Georgina Smith / CIAT

Eine Methode mit der rasch und gezielt krankheitsresistente Bohnen für verschiedene Weltregionen gezüchtet werden können wurde jetzt von Wissenschaftlern der ETH Zürich vorgestellt. Damit tragen sie dazu bei, die Ernährungssicherheit von Selbstversorgern in Ländern in den Tropen zu verbessern.

Für viele Kleinbauern und Selbstversorger in Afrika und in Lateinamerika sind Bohnen eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel. Fleisch können sich diese Bevölkerungsschichten oft nicht leisten. Bohnen sind reich an Proteinen und Mineralstoffen – und sie machen satt. Dementsprechend kommen diese Leguminosen täglich zu jeder Mahlzeit auf den Teller.

Pflanzenkrankheiten aber schmälern die Ernte vielerorts empfindlich. Insbesondere ein Pilz, der die gefürchtete Angular-Leaf-Spot-Krankheit hervorruft, verursacht Ernteausfälle von bis zu 80 Prozent, vor allem in Afrika, wo Kleinbauern oft keinen Zugang zu Pflanzenschutzmitteln haben und das Wissen fehlt, wie diese anzuwenden sind.

Gezielte Züchtung

In Zusammenarbeit mit Bodo Raatz und seinem Team am Internationalen Zentrum für tropische Landwirtschaft (CIAT) haben deshalb ETH-Forschende aus der Gruppe von Bruno Studer, Professor für Molekulare Pflanzenzüchtung, nun die natürliche genetische Resistenz der Bohnen gegen die Angular-Leaf-Spot-Krankheit untersucht. Mit ihren Erkenntnissen, lassen sich resistente Bohnensorten rascher und gezielter züchten.

Kern der neuen Methode ist, von Bohnen, die sich potenziell für die Züchtung neuer resistenter Sorten eignen, ein genetisches Profil zu erheben. Dieses Profil gibt im Voraus Auskunft darüber, ob die Nachkommen, die aus der Kreuzung zweier Sorten hervorgehen, gegen verschiedene lokal vorkommende Stämme des krankheitserregenden Pilzes (sogenannte Pathotypen) resistent sind.

Genetisches Profil von 316 Sorten erstellt

Zunächst stellte Michelle Nay, die das Projekt im Rahmen ihrer Dissertation bei Bruno Studer durchführte, eine möglichst vielfältige Sammlung von Bohnensaatgut aus dem Fundus der CIAT-Samenkollektion zusammen. Nays Sammlung umfasste 316 verschiedene Sorten, die für die Weiterzucht relevante Merkmale gegen den Pilz aufweisen.

Nay pflanzte dann die Bohnen aus ihrer Sammlung in Uganda und in Kolumbien sowohl im Freiland als auch im Gewächshaus. Auf diese Weise wollte sie herausfinden, ob und wie die verschiedenen Sorten auf die jeweiligen Stämme des Schadpilzes in den entsprechenden Ländern reagieren und welche Gene die Resistenzen vermitteln.

Ausserdem erstellte die Forscherin von jeder der 316 Bohnenlinien ein hochaufgelöstes Erbgutprofil anhand von Variationen im Erbgut, sogenannten genetischen Markern, und sie identifizierte diejenigen Marker, welche nur in resistenten Bohnen vorkommen. Die Marker dienten ihr zur Vorhersage, welche Kreuzungsprodukte gegen welche Pilzstämme eines Landes resistent sein werden und welche nicht.

Fortschritt in der konventionellen Züchtung

«Unser Verfahren beschleunigt die Züchtung enorm», freut sich Studer. Es sei ein grosser Fortschritt, da man vorher mehr oder weniger auf gut Glück hin verschiedene Sorten miteinander kreuzte und jede einzelne Pflanze auf ihre Resistenz testen musste. Dank den Erbgutprofilen könne man nun einschätzen, ob die Nachkommen resistent seien. «Das ist für die Bohnenzüchtung enorm hilfreich und für Menschen, die dringend auf Bohnen angewiesen sind, eine gute Nachricht.»

Studer sieht die Züchtung von krankheitsresistenten Bohnen aber auch als Beitrag zur Reduzierung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln. In Lateinamerika würden heute im Bohnenanbau viele Pestizide eingesetzt, in Ostafrika hingegen sehr wenige, weil die Bauern oft keinen Zugang zu ihnen hätten. «Mit resistenten Bohnen schlagen wir zwei Fliegen mit einer Klappe: die Bauern Lateinamerikas brauchen weniger Pflanzenschutzmittel, die Bauern Afrikas können mehr ernten, auch ohne Pestizide.»

Einfache und günstige Technologie

Das Saatgut, das aus diesem Projekt hervorgeht, wird vom CIAT an verschiedene Partnerorganisationen verteilt, die daraus hervorgehende Sorten an Bauern liefern. Die Analysetechnik zur Bestimmung der genetischen Marker ist ebenfalls relativ einfach und günstig, so dass sie von agrarwissenschaftlichen Programmen der jeweiligen Länder angewendet werden kann. Einen genetischen Marker zu testen, koste weniger als 20 Rappen, sagt Nay. Das können sich auch Labors in armen Ländern leisten. Zudem ist alles, was im Rahmen dieser Arbeit entstand, offen zugänglich. «Damit erreichen wir genau die Leute, die wirklich Zugang zu solchen Ressourcen haben müssen», betont Nay.

Nay und Studer arbeiteten in diesem Projekt eng mit dem CIAT zusammen. Dieses betreibt in Kolumbien ein grosses Züchtungsprogramm und verfügt über die weltgrösste Saatgutsammlung von mehreren Tausend Bohnensorten. Im CIAT-Sortengarten in Kolumbien werden neue Sorten mit konventioneller Kreuzungszüchtung erzeugt, das Saatgut getestet und über die Partnerorganisation «Pan-Africa Bean Research Alliance» auch Züchtern in Afrika zur Weiterzucht zur Verfügung gestellt.

In einem Nachfolgeprojekt werden Studer und seine Gruppe in Zusammenarbeit mit dem CIAT und mit Unterstützung des World Food Systems Center der ETH Zürich die Zuchtmethode weiterentwickeln. Während sich die Forschenden bisher auf molekulare Marker für die eine Krankheit konzentriert hatten, verfolgt das neue Projekt einen ganzheitlicheren Ansatz: Man versucht, möglichst viele Eigenschaften der Pflanzen basierend auf den Erbgutprofilen vorauszusagen.

ETH Zürich


Originalpublikation:

Nay MM, Mukankusi CM, Studer B, Raatz B: Haplotypes at the Phg-2 locus are determining pathotype-specificity of angular leaf spot resistance in common bean. Frontiers in Plant Science, 2019. DOI: 10.3389/fpls.2019.01126

https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01126