Herkömmliche Zuchttechniken und chemische Kontrollen waren lange das zentrale Mittel der Landwirtschaft für Krankheitsmanagement. Jedoch, obwohl Hunderte von Kreuzungen performen und Generationen der Nachkommenschaft sich beurteilen ließen, bleiben resistente Varianten selten. Heute sind Pflanzenzüchter mit einer Alternativmethode bewaffnet, wenn die herkömmlichen Zuchttechniken unzulänglich sind. Ausdrücklich geplant, um genmanipulierten Pflanzen Potential für die Entwicklung von neuartigen Eigenschaften schneller und mit größerer Genauigkeit als jemals zuvor zu bieten.
Da eine wachsende Anzahl von genmanipulierten Pflanzen für die kommerziellen Märkte verfügbar wird, arbeiten Wissenschaftler fleißig daran, die nächsten großen Biotecheigenschaften zu entwickeln, die landwirtschaftlichen Produzenten helfen. Als Antwort auf wachsende Opposition gegen Biotechnik haben Pflanzenzüchter zum Ziel, Pflanzen mit neuen Eigenschaften zu planen, die handfeste Vorteile für sowohl Landwirte als auch Konsumenten einbringen. Sorten zu entwickeln, die weniger chemische Inputs erfordern und die Renditen in Folge eingebauter Krankheitsresistenz steigern, können für Konsumenten "grünere" Technologie für Speisen und Getränke liefern, die sich auf niedrigere Kosten belaufen. Für Landwirte bedeutet dieses eine bessere Ernte verbunden mit gesteigerter Marktgängigkeit. Obwohl die öffentliche Wahrnehmung und regulatorische Hürden immer noch Herausforderungen darstellen, wenn neue genmanipulierte Pflanzen auf den Markt kommen, können Landwirte in den kommenden Jahren von mehreren wegweisenden Eigenschaften profitieren.
Tomaten
Bakterielle Fleckenkrankheit hat Paprika- und Tomatenfelder weltweit geplagt. Die Krankheit, die 97 Prozent der Tomaten-Anbaufläche betrifft, ist in Florida allgegenwärtig. Bis heute haben traditionelle Zuchtmethoden versäumt, eine Sorte mit haltbarer Resistenz gegenüber den Bakterien zu produzieren. Ohne genetische Resistenz war die einzige Steuerungsmethode für die Krankheit eine Kupfer-Fungizidmischung. Über Zeit hat der Krankheitserreger jedoch eine Resistenz entwickelt und kupferbasierte Sprays sind zunehmend unwirksam geworden. Mit Chemikaliensteuerungseffizienz auf dem Rückgang ist der Bedarf nach genetischer Resistenz für bakterielle Fleckenkrankheit kritisch. Pflanzenzüchter haben das Bs2-Gen der Paprika als Schlüssel für die genetische Resistenz identifiziert. Bs2-Tomaten wurden entwickelt und enthalten das Gen der Paprika, so dass sie dieselben Resistenzeigenschaften zeigen.
Eine kooperative Bemühung zwischen der Two Blades Foundation, der Universität von Florida und der Universität von Kalifornien versucht, das Potential dieser Technologie zu untersuchen. In Mehrjahresversuchen haben Bs2-Tomaten extrem niedrige Level an Krankheitssymptomen gezeigt, verglichen mit störanfälligen Kontrollen. Sogar als die Konditionen für die Krankheit vorteilhaft waren, haben die Bs2-Hybriden und Inzuchtlinien mehr als doppelt so viele Renditen als jene ihrer nicht-genmanipulierten Gegenstücke gezeigt. Zusätzlich zu größerer Produktivität erfordern Bs2-Tomaten auch weniger Inputs in Bezug auf Dünger und chemische Sprays, die normalerweise notwendig sind, um die Auswirkungen der Krankheit auszugleichen. Insgesamt nutzen niedrigere Produktionskosten, weniger Umweltbelastung und größere Renditen Landwirte auf jedem Schritt des Weges.
Zitrusgewächse
In nur 10 Jahren im Kampf gegen Huanglongbing (HLB) hat Floridas Zitrusgewächsindustrie fast die Hälfte von ihren $1,5 Milliarden an Obstwert verloren. Die ökonomische Wirkung von HLB erläutert den dringenden Bedarf an einer Lösung für die tödliche Krankheit. Konventionelle Zuchtmethoden sind potentiell wirkungsvoll, aber langsam, wenn sie die Resistenz dieser Krankheit einführen. Die lange jugendliche Phase der Zitrusgewächse hat es besonders schwer gemacht, mit einem Prozess der Jahre dauert, bevor Erfolg oder Misserfolg bestimmt werden können. Mit Hilfe der Biotechnik sind Pflanzenzüchter in der Lage gewesen, die Zeit zu verkürzen, die man braucht, um sicherzustellen, dass ein neuer Baum Resistenzgenetik besitzt.
Genmanipulierte Zitrusgewächse benutzen die inhärenten internen Abwehrmechanismen der Pflanze. Wenn eine Pflanze von einem Krankheitserreger angegriffen wird, breitet sich die lokalisierte Abwehrreaktion überall in der Pflanze aus. Dies stimuliert die Produktion von Pathogenesis-Related (PR) Proteinen, die die Krankheitserreger davon abhalten, die Pflanze zu infizieren. Die Verwendung dieses Prozesses, systemisch erworbene Resistenz (SAR) genannten, ist eine neuartige Methode, die verwendet wird, um das natürliche Immunsystem der Pflanze vorzubereiten oder zu stimulieren.
Das AtNPR1-Gen in Arabidopsis (einem Senfpflanzenverwandten) ist als ein Schlüsselregler von PR-Proteinen und ihrer Produktion identifiziert worden. Dieses Gen wirkt als Schalter und kann die Synthese von mehr krankheitsbekämpfenden Eiweißen auslösen. Genmanipulierte Bäume wurden von Forschen an der Universität von Florida und Southern Gardens Citrus produziert, um die Wirksamkeit vom AtNPR1-Gen in Zitrusgewächsen zu testen. In einem Versuch testeten genmanipulierte Bäume für über fünf Jahre HLB-Negativ trotz des umliegenden Hains, der mehr als 95 Prozent HLB-Infektion hatte. In der Statistik zeigt sich der verheerende Schlag gegen Floridas Zitrusgewächsindustrie; dagegen sind die vom NPR1-Gen gebotenen potentiellen Vorteile erfrischend positiv.
Erdbeeren
Pflanzenzüchter sind in der Lage, dieselben Prinzipien von Zitrus-SAR bei anderen Pflanzen einschließlich Erdbeeren zu verwenden. Erdbeeren werden von einer Sorte von bakteriellen und mykotische Krankheitserreger wie Anthracnose-Stockfäule, Echter Mehltau und eckige Blattfleckenkrankheit belastet. Zusätzlich zum Studium der Resistenz, die die Expression von AtNPR1 Erdbeeren liefert, wird das Potential von anderen Arabidopsis abgeleiteten Genen auch beurteilt. Bekannt als der Elongator-Komplex oder einfach Elongator; dieser regelt als Multitasking-Protein-Komplex eine Vielzahl von zellularen Prozessen. Neue Forschung hat Elongator als ein Schlüsselregler der Pflanze für die Immunantworten identifiziert.
Um Elongators Potential für Krankheitsresistenz zu beurteilen, veränderten Forscher an der Universität von Florida Erdbeeren mit AtELP3 und AtELP4 Genen und beurteilten ihre Fähigkeit, Krankheiten zu widerstehen, während sie typisches Pflanzenwachstum und -entwicklung aufrechterhielten. Die Ergebnisse der Versuche zeigten verbesserte Resistenz gegenüber den drei Krankheitserregern. Jedoch wurde normale Pflanzenentwicklung im Vergleich mit Kontrollen geändert, wobei die meisten transgenen Pflanzen bedeutend kleineres Obst neben anderen Entwicklungsunterschieden produzieren. Obwohl AtELP3 und AtELP4 Erdbeeren weit von der kommerziellen Produktion entfernt sind, liefern die Daten den Beweis für das Konzept und die potentiellen Vorteile von Elongator-Genen. Landwirte sollten optimistisch sein, dass weitere Forschung die Expression dieser Gene verfeinert, während sie sowohl Resistenz als auch Pflanzenproduktivität aufrechterhält.
Schlussfolgerung
Während Verbraucher den neuen Technologien gegenüber immer noch unsicher sind, fahren Wissenschaftler fort, sichere und wirkungsvolle Lösungen für die Probleme einzuführen, denen Landwirte gegenüberstehen können. Inzwischen erhöht neue Forschung den wachsenden Körper von Beweisen, die die Vorteile von genmanipulierten Pflanzen demonstrieren. Obwohl noch nicht kommerzialisiert, liefert die Existenz solcher Produkte einen optimistischen Blick in die Zukunft, wenn die Öffentlichkeit die Biotechnik mehr akzeptiert.