Aufklärung des Weizen Fusarium-Resistenz-Locus Fhb1

Ährenfusariose ist eine der verheerendsten Weizenkrankheiten und wird durch Pilze der Gattung Fusarium verursacht. Folgen sind beträchtliche Ertrags- und Qualitätseinbußen, aber darüberhinaus produzieren die Pilze Toxine die sich im Korn anreichern und eine Gefahr für die Nahrungs- und Futtermittelsicherheit darstellen. Aus diesen Gründen ist die Kontrolle dieser Krankheit besonders wichtig und der Anbau resistenter Weizensorten eine nachhaltige, umweltfreundliche und kostengünstige Lösung. Ährenfusariose: Forschungsstand und Herausforderungen Fusarium-Resistenz-Loci wurden schon vor über 20 Jahren im Weizengenom lokalisiert. Die eigentlichen Gene jedoch, die diese Krankheit kontrollieren, sind nach wie vor weitgehend unbekannt. Bei Weizen sind sowohl die Gen-Identifizierung und die funktionelle Validierung besonders schwierig, da das Weizengenom riesig und polyploid ist. D.h., das Weizengenom besteht eigentlich aus drei Genomen: Eines stammt von Einkorn ab und zwei von verschiedenen Ziegengräsern. Der Fusarium-Resistenz-Locus Fhb1 im Besonderen Der bekannteste Fusarium-Resistenz-Locus ist Fhb1. Er ist hoch wirksam und wird in der praktischen Züchtung und in aktuellen Sorten genutzt. Fhb1 bewirkt Resistenz gegen die Pilzausbreitung in der Weizenähre und auch gegen das wichtigste Pilztoxin Deoxynivalenol, indem das Pilzgift in ein nichttoxisches Glucosid umgewandelt wird. Während die Kontrolle der Pilzausbreitung unklar ist beziehungsweise die Forschungsergebnisse dazu widersprüchlich sind, ist die Regulierung der Detoxifizierung noch gänzlich unbekannt. Forschungsschwerpunkt des Projektes Dieses Projektes hat die Entschlüsselung des Fhb1 Fusarium-Resistenz-Locus zum Ziel. Dafür werden die Genom-Editierung und Gen-Expressionsanalysen genutzt. Arbeitsmethode und Vorgangsweise: Die kürzlich entwickelte Genom-Editierungs-Methode CRISPR/Cas auch bekannt als Genschere ermöglicht neuerdings gezielte Gen-Untersuchungen mit höherer Genauigkeit (im Vergleich zu zufälliger Mutagenese, die durch Chemikalien oder Strahlung induziert wird). Mit CRISPR/Cas werden in der Genregion genau definierte Mutationen ausgelöst. Die entwickelten und editierten Pflanzen werden anschließend auf Fusarium- und Toxin-Resistenz geprüft. Dafür werden Fusariumsporen oder Deoxynivalenol direkt in die Weizenblüte pipettiert und die Ausbreitung des Pilzes sowie das Toxin-induzierte Ausbleichen der Ähre erhoben. Mutationen, welche Fusarium- und/oder Toxin-Anfälligkeit bzw. verringerte Detoxinfizierung verursachen, helfen, das Zentrum der Fhb1-vermittelten Resistenz zu finden und den zugrundeliegenden Mechanismus zu entschlüsseln. Die Ergebnisse sind auch für andere Kulturpflanzen relevant, wie zum Beispiel Gerste und Mais, welche ebenfalls von Pilzen der Gattung Fusarium befallen werden. Die Ergebnisse sind daher von allgemeinem Nutzen für den Pflanzenschutz und können breite Verwendung finden.