Agrarforschung

Erhöhung der Resistenz von Unterlagen des Apfels gegen Feuerbrand durch biotechnologische Methoden

Universität Hohenheim, Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik, Stuttgart-Hohenheim
Prof. G. Weber                                      
Januar 2006 - Juni 2011

Problemstellung

Ein Befall von Apfel mit dem Feuerbranderreger Erwinia amylovora verursacht große Schäden sowohl im kommerziellen als auch im nicht-kommerziellen Obstanbau. Die weit verbreiteten Apfelunterlagen M9 und M26 sind hochanfällig für einen Befall. Gegenwärtig stehen keine geeigneten Pflanzenschutzmittel zur Verfügung, um den Feuerbranderreger wirkungsvoll bekämpfen zu können. Mit Ausnahme des Antibiotikums Plantomycin, welches derzeit in Deutschland nicht zugelassen ist, und dessen Einsatz in der Öffentlichkeit kontrovers diskutiert wird. In den USA, wo Plantomycin zugelassen ist, haben sich nach wiederholtem Einsatz dieses Antibiotikums bereits resistente Pathotypen des Schaderregers gebildet.

Ziele

Das Ziel des Projekts ist die Herstellung von feuerbrandresistenten Apfelunterlagen. Dazu sollten das T4-Lysozymgen in die Unterlagen M9 und M26 transformiert werden. Die Produkte dieser Gene haben in vorausgegangenen Untersuchungen gezeigt, dass eine Wirkung gegen Erwinia-Arten besteht. Die Gene sollten durch Agrobakterien-vermittelte genetische Transformation in In-vitro-Kul-turen der oben genannten Unterlagen zur Erhöhung der Resistenz gegen Feuerbrand eingeführt werden.

Untersuchungsmethode

Biotechnologische Verfahren wie die der genetischen Transformation bieten die Möglichkeit Resistenzgene in Unterlagen einzuschleusen, um auf diesem Weg die Ausbildung der Krankheit zu verhindern. Hier sind vor allem Gene interessant, deren Produkte antimikrobiell wirken, wie z.B. die des Lysozym-Gens. Die oben genannten Gene wurden bereits mehrfach erfolgreich zum Schutz gegen Krankheitserreger in verschiedene Pflanzen eingebracht. Verschiedene Genkonstrukte können zur Erhöhung der Wirkung gemeinsam eingebracht werden. 

Ergebnis

Zur Durchführung der genetischen Transformation sind sterile Kulturen notwendig. Entsprechende Gewebekulturen der Unterlagen M9/T337, M9/29 und M26 existierten noch aus dem Vorgängerprojekt (Projekt-Nummer 0250 E) bzw. wurden erneut angelegt. Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche genetische Transformation ist, dass neue (transgene) Pflanzen regeneriert werden können. Im Laufe des Erstprojekts bzw. in diesem Projekt hat es sich jedoch als äußerst problematisch herausgestellt, die Apfelunterlage M9 effizient zu regenerieren. Des Weiteren kam erschwerend hinzu, dass regenerierte Sprosse oft „verglasten“. „Verglasung“ (Hyperhydrizität) ist ein oft beobachtetes Phänomen in der Gewebekultur. Die Pflanzen werden dabei glasig und ihr physiologischer Zustand ändert sich. Sie sind für weitere Experimente völlig ungeeignet. Durch zahlreiche Experimente ist es uns gelungen, die Regenerationsrate deutlich zu steigern (auf über 90 %) und gleichzeitig die Verglasungsrate so gering wie möglich zu halten. Dies wurde erreicht durch eine Variation der die Regeneration und Verglasung beeinflussenden Faktoren (wie Kohlenstoffquelle, Pflanzen-wuchsstoffe, Gelierungsmittel usw.).

Die Transformationsmethode wurde mittels des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) optimiert. Wir konnten zeigen, dass bei Explantate, die 60 Sekunden mit Ultraschall behandelt wurden vermehrt Fluoreszenz in Kallusgewebe auftritt und transgene Sprosse regeneriert werden. In weiteren Transformationsexperimenten konnte gezeigt werden, dass die Effizienz der Transformation nicht nur vom verwendeten Genkonstrukt abhängig ist, sondern auch die Agrobakterien-Stämme unterschiedlich gut geeignet sind. Es konnten zwei A. tumefaciens-Stämme mit guter Eignung für die Transformation der Apfelunterlagen bestimmt werden.

Konsequenzen für die Praxis

Durch das Auftreten unvorhergesehener Schwierigkeiten während des Projekts (Regenerationspotential von M9, „Verglasung“ der regenerierten Pflänzchen) war es uns im gegebenen Zeitraum nicht möglich Feuerbrand-resistente transgene Apfelunterlagen herzustellen. Da wir im Projekt #0250 F alle Voraussetzungen für eine erfolgreiche Transformation geschaffen haben, wäre durch eine Projektverlängerung dies möglich gewesen. Die so hergestellten transgenen Apfelunterlagen mit erhöhter Resistenz gegen Feuerbrand hätten zunächst einer eingehenden Testphase zur Überprüfung ihrer Eigenschaften unterzogen werden müssen, bevor sie dem Markt zugeführt werden könnten. Die dabei verwendeten Genkonstrukte zur Resistenzerhöhung sind nicht sorten- oder unterlagen-spezifisch und könnten daher in weitere Apfel- oder auch Birnensorten bzw. -unterlagen integriert werden.

Literaturhinweis:

• Abschlußbericht 2011 (pdf Datei, 2,3 MB)
• Kurzfassung Abschlußbericht 2011 (pdf Datei, 337 KB)

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