Mehr Nahrungsmittelsicherheit bei Getreideprodukten

Erkenntnisse über Futter- und Nahrungsmittel belastende Mykotoxinen – Neue Ansatzpunkte für gezielte Züchtungsstrategien und den Einsatz der Pflanzenbiotechnologie – Fachpublikation

Ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Nahrungsmittelsicherheit bei Getreideprodukten ist Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts für Phytopathologie und Angewandte Zoologie (Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. Karl-Heinz Kogel) am Fachbereich 09 – Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement der Justus-Liebig Universität Gießen gelungen. Die Wissenschaftler waren der Frage nachgegangen, welche Bedeutung eine bestimmte Art von Pilzgiften, die Fusariumtoxine, beim Befall von Getreide haben. Diese Toxine werden häufig an Getreideähren von Schadpilzen der Gattung Fusarium gebildet und gelangen in teilweise bedenklichen Konzentrationen über das Mehl in Futter- und Nahrungsmittel.

Die Ergebnisse der Untersuchungen, die kürzlich in den „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ veröffentlicht wurden (PNAS 102, Nr. 46, 16897, online version) und gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Hamburg und der Washington State University in Pullman erzielt wurden, zeigen, dass Fusariumtoxine beim Befall von Getreidepflanzen keine grundlegende Bedeutung für die Primärinfektion, wohl aber für den Ausbruch der Pilzerkrankung haben. Die neuen Erkenntnisse bieten ganz neue Ansatzpunkte für gezielte Züchtungsstrategien und den Einsatz der Pflanzenbiotechnologie. Damit kann die Nahrungsmittelsicherheit im Getreideanbau deutlich verbessert werden.

Pilze der Gattung Fusarium produzieren auf unseren Äckern eine Vielzahl von für Mensch und Tier toxischen Substanzen, so genannte Mykotoxine. Besonders häufig werden Toxine aus der Gruppe der Trichothecene gebildet, die als Inhibitoren eine hemmende Wirkung auf die Proteinbiosynthese haben. Zu diesen zählt auch das „Leittoxin“ Deoxynivalenol (DON), für das im Februar 2004 bundesweit verbindliche Grenzwerte in Nahrungsmitteln erlassen wurden. Gerade im Weizenanbau kann es je nach Witterung zu erheblichen Belastungen mit DON kommen, die die kritischen Grenzwerte deutlich übersteigen und damit die Gesundheit von Verbrauchern und Nutztieren gefährden.

Infektionen mit Fusariumpilzen zu reduzieren ist deshalb eine der größten Herausforderungen der modernen Agrarproduktion. Mit Hilfe chemischer Pflanzenschutzmittel sind Fusarien nicht effizient zu bekämpfen, sodass heute von Wissenschaftlern wie Landwirten größte Hoffnung in die Züchtung neuer Pilz-resistenter Getreidesorten gesetzt wird.

Die Voraussetzung für die erfolgreiche Züchtung resistenter Getreidesorten ist die Aufklärung des Infektionsverlaufs und der Krankheitsentwicklung in der Ähre. Deshalb erzeugten die Wissenschaftler zur Sichtbarmachung zunächst eine grünfluoreszierende Mutante (GFP-Mutante) des Schadpilzes Fusarium graminearum, dessen Infektionsweg dadurch mit Hilfe der so genannten confokalen Lasermikroskopie verfolgt werden konnte. Eine Doppelmutante des Pilzes, die zusätzlich in einem für die Biosynthese von Trichothecenen codierenden Gen gestört war, wurde verwendet, um diejenigen Infektionsstadien zu identifizieren, für die eine ungestörte Mykotoxinproduktion notwendig ist.
Die Wissenschaftler fanden, dass eine Primärinfektion der Gersten- oder Weizenähre durch Fusarium auch ohne Mykotoxinbildung stattfinden kann. Mykotoxine sind lediglich in einem sehr späten Infektionsstadium, wenn der Pilz sich innerhalb der Weizenähre ausbreitet, wichtig. In diesem Stadium hemmen die Mykotoxine die natürliche Abwehrreaktion von Weizen, schwächen also das pflanzliche „Immunsystem“.

Und noch eine neues Forschungsergebnis: Anders als zunächst erwartet, reagierten Weizen und Gerste unterschiedlich: In der Gerstenähre spielen die Mykotoxine zu keinem Zeitpunkt der Krankheitsentwicklung eine Rolle.

Die neuen Erkenntnisse haben eine außerordentlich große Bedeutung für die Züchtung Fusarium-resistenter Getreidesorten. Eine Fusarium-Resistenz kann nur über die Vermeidung der Primärinfektion, die unabhängig von der Produktion von Trichothecenen stattfindet, erzielt werden. Deshalb sollten neue Züchtungsstrategien auf eine verstärkte Aktivierung des pflanzeneigenen Immunsystems angelegt werden: dies könnte zum Beispiel in einer Verstärkung der pflanzlichen Zellwände resultieren, die dadurch resistenter gegenüber dem Eindringen des Schadpilzes werden.

Kontakt:
Prof. Dr. Karl-Heinz Kogel
Dr. Carin Jansen
Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie der JLU
Heinrich-Buff-Ring 26-32
35392 Gießen
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Fax: 0641/99-37499
E-Mail: Karl-Heinz.Kogel@agrar.uni-giessen.de