Disease resistant apples

Ein mit Feuerbrand befallener Apfelbaum sieht aus wie verbrannt (daher der Name der Pflanzenkrankheit): Blüten und Blätter welken und verfärben sich braun bis schwarz. Bild: Strickhof Winterthur.
Ein mit Feuerbrand befallener Apfelbaum sieht aus wie verbrannt (daher der Name der Pflanzenkrankheit): Blüten und Blätter welken und verfärben sich braun bis schwarz. Bild: Strickhof Winterthur.
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Ein mit Feuerbrand befallener Apfelbaum sieht aus wie verbrannt (daher der Name der Pflanzenkrankheit): Blüten und Blätter welken und verfärben sich braun bis schwarz. Bild: Strickhof Winterthur.
Ein mit Feuerbrand befallener Apfelbaum sieht aus wie verbrannt (daher der Name der Pflanzenkrankheit): Blüten und Blätter welken und verfärben sich braun bis schwarz. Bild: Strickhof Winterthur.

Feuerbrand und Schorf befallen Schweizer Apfelbäume

Feuerbrand und Schorf verursachen im Schweizer Obstbau erhebliche Ausfälle.

Feuerbrand ist eine bakterielle Pflanzenkrankheit, die mittlerweile praktisch in der gesamten Schweiz auftritt. Die Krankheit kann mit Kupfer, Wachstumsregulatoren oder essigsaurer Tonerde bekämpft werden. Auch natürliche Gegenspieler des Bakteriums (andere Bakterien sowie Hefen) werden eingesetzt. Diese Produkte können die Krankheit aber nicht vollständig bekämpfen (Wirkungsgrad von höchstens 60 Prozent).1 Am wirksamsten ist die Behandlung mit dem Antibiotikum Streptomycin. Seit 2008 erteilt das Bundesamt für Landwirtschaft eine Allgemeinbewilligung zum Einsatz von Streptomycin gegen Feuerbrand. 2014 war nur noch eine einzige Behandlung mit Streptomycin pro Jahr erlaubt. Dafür darf neu auch das Pflanzenschutzmittel LMA – ein Kaliumaluminiumsulfat – angewendet werden.

In Früchten wurden keine Rückstände von Streptomycin über dem gesetzlich festgelegten Grenzwert von 0,01 mg Streptomycin pro kg Frucht gemessen. Im Honig wurde dieser Wert jedoch überschritten; daher mussten im Jahr 2011 9400 kg Honig vernichtet werden.2

Apfelschorf wird durch einen Pilz verursacht und muss mit Pflanzenschutzmitteln behandelt werden, wenn grosse Ernteverluste vermieden werden sollen. Sowohl die Wahl der Sorte als auch vorbeugende Massnahmen können den Befall einschränken: Es gilt, das Falllaub zu beseitigen und durch Schnitt und Form der Bäume ihre Belüftung zu erhöhen. Mit dem Einsatz von synthetischen Fungiziden (Integrierte Produktion: rund 12 Behandlungen pro Jahr), oder Schwefel- und Kupferpräparaten (Biolandbau: 18 –25 jährliche Behandlungen pro Baum) wird die Krankheit behandelt.

Apfelbäume widerstandsfähig machen

Wildapfelbäume besitzen relativ oft Abwehrmechanismen sowohl gegen Feuerbrand als auch gegen Apfelschorf. Die Informationen zur Abwehr sind oft in mehreren Resistenzgenen gespeichert. In der Schweiz entwickeln die Abteilung Pflanzenpathologie der ETH Zürich und die Forschungsanstalt Agroscope gegen Krankheitserreger resistente Apfelsorten mit verschiedenen Methoden und prüfen sie auf ihre Eigenschaften. Dabei werden neben klassischer Züchtung moderne Züchtungsmethoden wie die Cisgenetik und Blühverfrühung verwendet. Resistente Obstbäume müssen weniger oft mit Pflanzenschutzmitteln behandelt werden. Dadurch kommen in den Obstanlagen weniger häufig Maschinen zum Einsatz und die Umwelt wird weniger belastet.

20 bis 25 Jahre für eine neue Apfelsorte

Apfelbäume werden vegetativ, d.h. ungeschlechtlich ohne Samen, vermehrt. Aus diesem Grund ist das Erbgut aller Apfelbäume der gleichen Sorte identisch. Um neue krankheitsresistente Apfelsorten zu züchten, werden die Bäume mit Wildpflanzen gekreuzt. Da bei den Nachkommen die Hälfte des Erbgutes von der Wildpflanze stammt, gehen viele Eigenschaften von verzehrbaren Äpfeln verloren, die durch Kreuzungen mit anderen guten kommerziellen Sorten wiedergewonnen werden müssen. Dieser Prozess erstreckt sich über mehrere Generationen. Dabei entstehen Sorten mit neuen Eigenschaften, zum Beispiel im Hinblick auf Geschmack, Haltbarkeit und Kulturbedingungen. Die konventionelle Züchtung einer Apfelsorte mit neuen Eigenschaften dauert deshalb, bedingt durch die lange Generationszeit von Bäumen, etwa 20 – 25 Jahre. Verschiedene Schorf-resistente Apfelsorten wurden in den letzten Jahrzehnten so entwickelt. Da sie aber andere Geschmackseigenschaften aufweisen als die bekannten und beliebten Sorten, werden sie vom Markt und insbesondere den Grossverteilern nur zögerlich akzeptiert.

Die konventionelle Züchtung einer krankheitsresistenten Apfelsorten benötigt meist 4-5 Kreuzungsschritte und dauert deshalb etwa 20 bis 25 Jahre.  Illustration: A. Patocchi (Agroscope), angepasst.
Die konventionelle Züchtung einer krankheitsresistenten Apfelsorten benötigt meist 4-5 Kreuzungsschritte und dauert deshalb etwa 20 bis 25 Jahre. Illustration: A. Patocchi (Agroscope), angepasst.
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Die konventionelle Züchtung einer krankheitsresistenten Apfelsorten benötigt meist 4-5 Kreuzungsschritte und dauert deshalb etwa 20 bis 25 Jahre.  Illustration: A. Patocchi (Agroscope), angepasst.
Die konventionelle Züchtung einer krankheitsresistenten Apfelsorten benötigt meist 4-5 Kreuzungsschritte und dauert deshalb etwa 20 bis 25 Jahre. Illustration: A. Patocchi (Agroscope), angepasst.

Die Abwehrkräfte bestehender Apfelsorten stärken

Mit gentechnischen Methoden lassen sich einzelne Resistenzgene in eine schon bestehende Sorte übertragen. Diese erhält dadurch zusätzlich zu den schon vorhandenen Merkmalen eine höhere Resistenz gegen den Krankheitserreger.3 Damit bleibt der Sortencharakter erhalten, und es entsteht ein Produkt, das im Markt schon etabliert ist, aber durch das eingefügte Merkmal verbessert wurde. Die zeitaufwendigen Kreuzungen mit anderen Kultursorten fallen weg. Die Entwicklungszeit zur Marktreife lässt sich dadurch auf etwa 10 Jahre verkürzen. So hat zum Beispiel eine niederländische Forschungsgruppe durch das Einbringen eines Gerstengens (Hordothionin) der Apfelsorte Gala Widerstandsfähigkeit gegenüber Schorf verliehen und diese in einem vierjährigen Feldversuch belegt.4 Auch Apfellinien mit Resistenz gegenüber Feuerbrand konnten mit Hilfe von gentechnischen Methoden verbessert und während 12 Jahren in Freilandversuchen erfolgreich angepflanzt werden.5

Schnellere Züchtung dank Apfelbäumen mit früherer sexueller Reife

Bei einem weiteren auf der Gentechnik basierenden Verfahren wird die sexuelle Reife der Apfelpflanzen beschleunigt. Eine Apfelpflanze blüht im Normalfall nach 4-5 Jahren. Durch die Übertragung und Erhöhung der Aktivität eines Birkengens in Apfelbäumen ist es Forschern gelungen, die sexuelle Reifezeit (d. h. vom Samen bis zur ersten Blüte) auf weniger als ein Jahr zu reduzieren. Somit wird die Züchtungszeit für eine neue Sorte stark verkürzt. Da das Birkengen immer nur an die Hälfte der Nachkommenschaft vererbt wird, kann es durch die Selektion der Nachkommenschaft, welche das Birkengen nicht mehr enthält, entfernt werden. Mit dieser Methode dienen die gentechnisch veränderten (GV) Pflanzen nur zur Herstellung der später verwendeten Kultursorten. Die neuen Kultursorten tragen die genetische Veränderung nicht mehr, es sind also keine artfremden Gene mehr vorhanden. Sie besitzen auch wieder eine normale sexuelle Reifezeit.6

Arteigene Gene

Landwirte und Kundschaft scheinen GV-Pflanzen besser zu akzeptieren, wenn arteigene Gene anstelle von artfremden in die Wirtspflanzen übertragen werden. Das heisst, das Erbgut der Kulturpflanze wird durch Zufügen von einem oder mehreren Genen aus einer kreuzbaren, sexuell kompatiblen Pflanze verändert. Anstelle von Kreuzungen wird aber für die Übertragung des Gens auf die Gentechnik zurückgegriffen. Dieser Ansatz wird Cisgenetik genannt. Die ersten cisgenen Apfelsorten wurden bereits erfolgreich entwickelt und werden zurzeit im Feld getestet.3

Koexistenz als Herausforderung

Da Apfelbäume durch Insekten, vor allem Bienen, bestäubt werden, stellt die Auskreuzung von GV-Pollen auf konventionelle Sorten eine Herausforderung dar. Da das Fruchtfleisch beim Apfel aber vom Blütenboden der konventionellen Sorte gebildet wird, wären bei einer solchen Kreuzung nur die Apfelkerne gentechnisch verändert. Welche Abstände zwischen GV-Apfelbäumen und konventionellen Anlagen eingehalten werden müssten, um eine Auskreuzung einzuschränken, wurde noch nicht im Detail untersucht. Honigbienen können aber grundsätzlich mehrere Kilometer Distanz zurücklegen.

Referenzen

(1) Bundesamt für Landwirtschaft (BLW). Link 

(2) Holliger E, Schoch B, Bünter M (2012) Das Feuerbrandjahr 2011. Schweizer Zeitschrift für Obst- und Weinbau 5:12. Link

(3) Gessler C (2011) Cisgenic disease resistant apples: a product with benefits for the environment, producer and consumer. Outlooks on Pest Management 22 (5): 216–219. Link

(4) Krens FA, Schaart JG, Groenwold R, Walraven AEJ, Hesselink T, Thissen JTNM (2011) Performance and long-term stability of the barley hordothionin gene in multiple transgenic apple lines. Transgenic Research 20:1113 –1123. Link

(5) Borejsza-Wysocka E, Norelli JL, Aldwinckle HS, Malnoy M (2010) Stable expression and phenotypic impact of attacin E transgene in orchard grown apple trees over a 12 year period. BMC Biotechnology 10:41. Link

(6) Flachowsky H, Le Roux PM, Peil A, Patocchi A, Richter K, Hanke MV (2011) Application of a high-speed breeding technology to apple (Malus x domestica) based on transgenic early flowering plants and marker- assisted selection. New Phytologist 192: 364–377. Link

Weitere Beispiele

Das Unkraut stellt das grösste Problem im Zuckerrübenanbau dar, da die langsam wachsenden Rüben Konkurrenz schlecht ertragen. Bild: J. Romeis, Agroscope

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Weniger Pflanzenschutzmittel beim Anbau von Knollenfäule-resistenten Kartoffeln

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Koexistenz

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Internationale Erfahrungen

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