Derzeit laufen auf der ganzen Welt rund 700 Forschungsprojekte, die das Ziel haben, Pflanzen mit Genom-Editierung zu optimieren. In der neuen Publikation «Neue Züchtungstechnologien: Anwendungsbeispiele aus der Pflanzenforschung» stellt die Schweizerische Akademie der Naturwissenschaften fünf Beispiele von Nutzpflanzen vor, die für Schweizer Landwirte und Konsumenten besonders interessant sind. Wie die Akademie in einer Medienmitteilung schreibt, will die Publikation zur Diskussion über neue Züchtungsmethoden anregen. Der Bundesrat ist aufgefordert, bis Mitte 2024 einen Gesetzesentwurf mit risikobasierten Regeln für die Nutzung von Pflanzen vorzulegen, die mit neuen Züchtungsmethoden hergestellt sind. Es geht um Züchtungen mit der Genschere, die sich nicht von herkömmlichen Züchtungen unterscheiden und auch spontan hätten entstehen können. Sie enthalten kein fremdes Erbgut und sollen Landwirtschaft, Konsumenten und der Umwelt einen Mehrwert bieten. Die folgenden fünf Beispiele entsprechen diesen Kriterien gemäss SCNAT.

1. Mit gezielten Züchtungen Pflanzenschutzeinsatz reduzieren

Bei Weintrauben verursachen der Echte und Falsche Mehltau regelmässig riesige Ernteausfälle. Die Pilzkrankheiten verbreiten sich in Windeseile und befallen ganze Weinberge. Im schlimmsten Fall kommt es zu Totalausfällen – wie etwa im nasskalten Sommer 2021. Dementsprechend hoch sind die Einsätze an Fungiziden, die bei einem Befall eingesetzt werden müssen. Gemäss SCNAT ist es Forschern nun gelungen, mithilfe der Genschere CRISPR/Cas eine Traubensorte resistenter gegen den Mehltau zu machen, ohne dabei artfremde Gene einzufügen. Die Züchtung neuer Sorten mittels Genschere braucht deutlich weniger Zeit als bei herkömmlichen Züchtungsverfahren. Die Genom-Editierung bietet zudem die Chance, etablierte und beliebte Sorten wie «Chasselas» oder «Pinot Noir» mit Resistenzen gegen den Mehltau auszustatten, ohne dadurch ihre positiven Eigenschaften zu verlieren. Die Genom-Editierung könnte so dazu beitragen, dass die Ernteausfälle sowie der Einsatz an Fungiziden vermindert werden könnten.

2. Resistentere Kartoffeln – weniger «Food loss»

Einer der grössten Feinde der Kartoffel ist die Kraut- und Knollenfäule. Die Pilzkrankheit liebt feuchtwarmes Wetter und breitet sich rasant aus. Der Erreger befällt zunächst das Kraut und greift anschliessend auf die Knolle über. Die Kartoffeln werden unbrauchbar. Im 19. Jahrhundert führte die Kraut- und Knollenfäule in Irland zu einer Hungersnot mit rund einer Million Todesopfer. Heute können befallene Kartoffelfelder zwar mit Fungiziden behandelt werden. Doch bei Dauerregen wie im Sommer 2021 nützen auch sie nicht mehr viel, da aufgrund des nassen Bodens kaum noch mit Landmaschinen auf die Felder gefahren werden kann. Besonders betroffen von der Kraut- und Knollenfäule sind Biokartoffeln. Gemäss SCNAT konnten Forschende durch das gezielte Abschalten von zwei Genen mittels der Genschere CRISPR/Cas die Sorte «Desirée» deutlich widerstandsfähiger gegen den Befall mit dem Erreger der Kraut- und Knollenfäule machen. Auch in diesem Fall leistet die Genom-Editierung einen Beitrag zu weniger Ernteausfällen und einem geringeren Fungizidverbrauch. Der «Food Loss» auf dem Feld wird reduziert.

3. Mit der Genschere gegen Feuerbrand

Feuerbrand ist eine bakterielle Krankheit und für den einheimischen Obstbau eine der grössten Gefahren. Die Bekämpfung der Krankheit ist äusserst schwierig. Früher wurde mit Antibiotika behandelt – und aus Gründen der Resistenzbildung zu Recht nicht mehr erlaubt. Häufig ist daher das Fällen von betroffenen Bäumen die einzige Möglichkeit, um eine Verbreitung zu verhindern. Zwischen dem Jahr 2000 und 2014 mussten gemäss Schätzungen rund 300'000 Obstbäume, darunter 100'000 Hochstammbäume, gefällt werden. In der Schweiz beliebte Apfelsorten wie «Braeburn», «Gala» oder «Golden Delicious» sind hochanfällig auf Feuerbrand. Zwar existieren ältere Sorten, die resistenter gegen die Krankheit sind, doch haben sich diese auf dem Markt (noch) nicht durchsetzen können. Die Genom-Editierung bietet die Möglichkeit, bei Konsumenten beliebte Apfelsorten mit einer Resistenz gegen Feuerbrand auszustatten. Mit der Genschere CRISPR/Cas ist es Forscherinnen und Forschern gelungen, bei den Sorten «Golden Delicious» und «Gala» ein Gen auszuschalten, das für die Empfänglichkeit des Feuerbrands eine Rolle spielt. Die so gezüchteten Pflanzen zeigten bei einer Feuerbrand-Infektion 50 Prozent weniger Symptome. Viele Bäume können so vor einer Rodung bewahrt werden.

4. Tomatenernte wirksam schützen

Das Jordanvirus ist ebenfalls eine bakterielle Krankheit, die vor allem Tomaten befällt. Die Pflanzenkrankheit wurde erstmals 2014 in Israel entdeckt und hat sich seither rasch ausgebreitet. Es wurde auch schon ein Fall in der Schweiz gemeldet. Infizierte Pflanzen zeichnen sich durch mosaikartig verfärbte Blätter aus. Die Pflanze beginnt zu welken und stirbt ab. Die fleckigen Tomaten werden nicht richtig rot und zeigen gelbe Flecken, was sie für den Verkauf unattraktiv macht. Bisher können gesunde Pflanzen nur durch Quarantäne und Vernichtung der umliegenden betroffenen Pflanzen gerettet werden. Einem Forscherteam ist es gelungen, bei der kommerziellen Sorte «Craigella» Gene auszuschalten, die für die Vermehrung des Virus in der Pflanze erforderlich sind. In Versuchen konnten bei den genom-editierten Tomaten auch einige Tage nach der Virusinfektion keine Viruspartikel nachgewiesen werden. So müssten künftig keine Pflanzen mehr ausgerissen und vernichtet werden.

5. Weizen für Allergiker

Ungefähr ein Prozent der Bevölkerung leidet an Zöliakie. Es handelt sich um eine chronische Dünndarmerkrankung, die durch das Klebereiweiss Gluten ausgelöst wird. Gluten ist in vielen Getreidearten wie Weizen, Roggen oder Gerste enthalten. Betroffene von Glutenunverträglichkeit müssen deshalb viele Lebensmittel meiden. Verantwortlich für die Unverträglichkeit sind bestimmte in Gluten enthaltene Gliadine und Glutenine. Mithilfe der Genschere CRISPR/Cas ist es Forschenden gelungen, den Gliadin-Anteil in einer Brotweizen- und einer Hartweizen-Linie um bis zu 82 Prozent zu reduzieren, in dem man gezielt bestimmte Gene ausgeschaltet hat. Auch wenn dies vielversprechend klingt: Zur Züchtung einer Weizensorte, die für Allergiker verträglich und gleichzeitig seine Backeigenschaften behält, bedarf es noch weiterer Forschung.

Mit gezielten Züchtungen kann der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln drastisch reduziert werden. Ganz auf den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln kann aber auch in Zukunft nicht verzichtet werden. Denn immer wieder werden (neue) Schädlinge und Krankheiten die Ernten der Bauern bedrohen. Neben der Forschung an neuen robusten Pflanzensorten bleibt somit auch die Forschung an neuen, zielgerichteteren und umweltfreundlicheren Pflanzenschutzmitteln unabdingbar.