Neue Reislinien für Afrika schützen vor Viruserkrankung

Reisforschung…

Das sogenannte Rice Yellow Mottle-Virus (kurz RYMV) verursacht in Afrika insbesondere bei Kleinbauern hohe Ernteverluste. Ein Forschungsteam von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und dem französischen IRD hat nun mithilfe der Genomeditierung Reislinien erzeugt, die gegen das Virus resistent sind. Die Reissorten, deren Entwicklung sie in der Fachzeitschrift Plant Biotechnology Journal beschreiben, sind eine Vorstufe, um afrikanische Elitesorten auf gleiche Art editieren zu können.

RYMV ist ein RNA-Virus, der über Käfer und direkten Blatt-Blatt-Kontakt übertragen wird. In Afrika, wo der Großteil der Bauern Parzellen von kaum einem Hektar Größe bewirtschaftet, führt er regelmäßig zu zehn Prozent bis hin zum Totalverlust der Reisernten. Er ist somit besonders für die ärmsten Bauern lebensbedrohlich.

Es gibt keinen effizienten Schutz gegen den Virus. „Der einzige wirkliche Schutz ist, Reissorten zu entwickeln, die ein Resistenzgen gegen RYMV besitzen, so dass die Pflanze unangreifbar wäre“, betont Dr. Yugander Arra, Erstautor der jetzt in Plant Biotechnology Journal erschienenen Studie. Ein Forschungsteam vom Institut für Molekulare Physiologie der HHU (Leiter: Prof. Dr. Wolf B. Frommer) und vom Institut de recherche pour le développement (IRD) im französischen Montpellier hat solche resistenten Reislinien entwickelt.

Bisher sind drei Resistenzgene bekannt; Mutationen in einem der drei Gene, genannt RYMV1, -2 und -3, reicht aus, um Resistenz zu erzielen. Die resistente Form rymv-2 kommt in ertragsschwachen afrikanischer Reissorten (Oryza glaberrima) vor. RYMV2, auch CPR5.1 genannt, kodiert ein wichtiges Protein aus den Poren des Zellkerns. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana führt der Verlust der einzigen Genkopie von CPR5 zu einem breiten Resistenzspektrum, nicht nur gegen Viren, sondern auch Bakterien und Pilze. Allerdings sind die Pflanzen stark im Wachstum eingeschränkt, weisen Spontanläsionen auf und bringen wenig Ertrag. Es war daher wichtig zu testen, ob die rymv2-Resistenz ohne negative Folgen auf andere Reissorten übertragbar wäre.

In Afrika werden hauptsächlich andere Hochleistungsreissorten genutzt, die auf der asiatischen Art Oryza indica basieren und denen das Resistenzgen fehlt. Das relevante Gen einzukreuzen ist allerdings nicht erfolgversprechend, da die Nachkommen derartiger „Inter-Arten“-Kreuzungen steril sind, sich also nicht fortpflanzen können und somit die Resistenz nicht einfach weitergetragen wird.

Die Forschungsgruppe zeigte nun mit der Genomeditierungsmethode CRISPR/Cas, dass in einer asiatischen Reissorte Mutationen des RYMV2-Gens erzeugt werden können, die ähnlich der afrikanischen Reissorte resistent gegen die Viruserkrankung sind. Als nächster Schritt sollen nun relevante afrikanische Elitesorten auf gleiche Art editiert werden, um sie dann afrikanischen Kleinbauern zur Verfügung stellen zu können. Diesen Menschen zu helfen, ist Ziel des von der HHU geleiteten, internationalen Forschungskonsortiums Healthy Crops.

Zum Hintergrund:
Pflanzen besitzen vererbbare Mechanismen, die zu früheren Zeiten in der Evolution für das Überleben nützlich waren, die aber heute eher schaden. Ein gutes Beispiel ist der Mais: Ein Gen bewirkt, dass weibliche Eianlagen abgestoßen werden, wenn zum Zeitpunkt der Befruchtung Trockenheit herrscht. Die durch das Gen bewirkte Eigenschaft ist zwar gut für die mehrjährigen Vorfahren des heutigen Mais in freier Wildbahn, schadet aber der Ernte der einjährigen Pflanzen, die heute landwirtschaftlich genutzt werden.

Ähnlich verhält es sich mit dem untersuchten Reis. Dazu Prof. Dr. Wolf B. Frommer: „Zurückzuführen ist die Resistenzeigenschaft auf den Verlust einer Genfunktion, die nicht essentiell gebraucht wird. Schalten wir das Gen komplett aus, verhalten sich die Pflanzen normal. Sie sind aber aufgrund des Verlusts der Genfunktion resistent gegen den Virus.“
Dr. Eliza Loo, Leiterin der Arbeitsgruppe Healthy Crops, ergänzt: „Es ist quasi ein Archetypus, der für den Vorfahren nützlich war, heute aber bei Trockenheit zu extremem Ernteverlust führt. Ein Ausschalten erscheint sinnvoll und hat keine offensichtlichen Nebenwirkungen.“

Erstaunlicherweise führt aber weder das Ausschalten des nahe verwandten CPR5.2-Gens noch beider Gene RYMV2 und CPR5.2 – zumindest unter Gewächshausbedingungen – zu Beeinträchtigungen. Bemerkenswert ist auch, dass der Verlust von CPR5.2 nicht zu RYMV-Resistenz führt. Alles spricht dafür, dass die Editierung des RYMV2-Gens ein erfolgversprechender Ansatz ist, um die Reiskrankheit in Afrika zu bekämpfen.

Die Forschungen fanden im Rahmen des Exzellenzclusters zur Pflanzenforschung CEPLAS statt und wurden im Rahmen der Alexander von Humboldt-Professur von Prof. Frommer gefördert.

Originalpublikation:

Arra, Y., Auguy, F., Stiebner, M., Chéron, S., Wudick, M.M., Miras, M., Schepler-Luu, V., Köhler, S., Cunnac, S., Frommer, W.B. and Albar, L. (2023); Rice Yellow Mottle Virus resistance by genome editing of the Oryza sativa L. ssp. japonica nucleoporin gene OsCPR5.1 but not OsCPR5.2; Plant Biotechnol. J.

DOI: 10.1111/pbi.14266

Weitere Informationen:

https://www.healthycrops.org/

https://www.hhu.de/die-hhu/presse-und-marketing/aktuelles/pressemeldungen-der-hhu/news-detailansicht/neue-reislinien-fuer-afrika-schuetzen-vor-viruserkrankung