Die Kartoffel auf dem Acker:
Der P f l a n z e n s c h u t z

46. Wie kann sich die Kartoffel selbst vor Pilzbefall, Insektenfraß und Frost schützen?

Eine Kartoffelsorte, die resistent gegen den Erreger der Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora infestans) ist, gibt es in der deutschen Sortenliste nicht, wohl aber Sorten mit geringer Anfälligkeit, wie Arena, Bettina, Exquisa, Lyra, Marena. Auch die holländische Sorte Santé und die österreichische Sorte Treff haben eine geringe Krautfäuleanfälligkeit.

Man hat einige biochemische Resistenzmechanismen gegen die Krautfäule gefunden:

• sogenannte pr-Proteine (pathogen related proteins), die immer dann gebildet werden, nachdem der Erreger in die Pflanze eingedrungen ist. Diese Abwehrreaktion nennt man "induzierte Resistenz", die aber meist nicht ausreicht, um die Pflanze befallsfrei zu halten. Die genetische Fixierung der Resistenz durch Übertragung des pr-Proteingens für Osmotin aus der Tomate könnte der Kartoffel einen vollständigen Schutz vor Krautfäulebefall geben.
• den "hypersensitiven Zelltod", bei dem die lokal begrenzt abgestorbenen Zellen eine wirksame Barriere für den Schaderreger darstellen. Der Pilz kann sich im Pflanzengewebe nicht mehr ausbreiten und stirbt ab. Ein derartiges genetisches System, das auch in einigen Wildkartoffelarten vorkommt (s. Frage 2), ist in eine krautfäuleanfällige Sorte gentechnisch übertragen worden. Eine andere Möglichkeit, den hypersensitiven Zelltod herbeizuführen, ist am Kölner Max- Planck-Institut für Züchtungsforschung erarbeitet worden: Aus dem Bodenbakterium Bacillus amyloliquefaciens sind auf gentechnischem Wege, ohne das epistatische Gleichgewicht zu stö ren, zwei Gene in die Erbsubstanz der Kartoffel übertragen worden, die den Pilz durch die Überempfindlichkeitsreaktion an der Ausbreitung und Gewebezerstörung hindern und absterben lassen.
• "Stilbene" (Diphenyläthylen) aus Wildreben, häufig in resistenten Pflanzen auftretende phenolische Verbindungen, die eine vollständige Resistenz gegen den Falschen Mehltau der Weinrebe (Plasmopara viticola) bewirken. Die Gene für die Produktion dieser pflanzeneigenen Wirkstoffe können auf die Kartoffel gentechnisch übertragen werden, und hier Resistenz gegen den biologisch ähnlichen Krautfäule-Erreger Phytophthora infestans hervorrufen.
• Enzyme ("Peroxidasen"), die alles, was nicht in die Pflanzenzellen gehört, wie Pilzhyphen, abbauen. Sorten mit geringer Anfälligkeit haben in befallenen Blättern einen wesentlich höhere Peroxidase-Aktivität als anfällige Sorten. Vermutlich wird die Menge dieser Schutzenzyme von den pr-Proteinen (s.o.) gesteuert. Da die Zellwände von Pilzen aus Chitin und Glucan aufgebaut sind (außer bei den Oomyzeten, zu denen Phytophthora infestans* gehört), scheint auch die Übertragung von Genen für die Bildung der Enzyme Chitinase und Glucanase in Kartoffeln zur Pilzabwehr aussichtsreich.

Eine Abwehrbereitschaft gegen den Kartoffelkäfer (s. Kap. 1, Frage 32) ist gentechnisch über tragen worden von dem insektenpathogenen Bakterium Bacillus thuringiensis. Das insektizide Bakteriengift, das für Menschen ungefährlich ist, wird jetzt von den transgenen Kartoffelblättern, die die Bakterien-Toxin-Gene enthalten, selbst gebildet, sodaß die Käfer bereits beim Reifefraß absterben und keine Eier mehr legen. Die in den USA zugelassene Sorte New Leaf (Neues Blatt) besitzt diese Kartoffelkäfer-Resistenz und braucht daher nicht mehr gegen Käfer behandelt werden. New-Leaf-Plus verfügt neben der Käferresistenz noch über ein Schutzgen gegen das Blattrollvirus. Diese neuen gen-technisch veränderten Sorten sind 1999 in Nordamerika auf rund 25.000 Hektar angebaut worden.

Von Biologen des Rowett-Institut in Aberdeen/Schottland ist das Gen für die Bildung eines gegen Blattläuse wirkenden Abwehrstoffes, eines Lectins**, vom Schneeglöckchen auf die Kartoffel übertragen worden. Kartoffeln, die in ihrem Laub das Schneeglöckchen-Lectin enthalten, werden nur halb so stark von Blattläusen befallen, und diese sind kleiner im Vergleich zu Läusen, die sich auf unveränderten Kartoffeln entwickeln. Marienkäfer, die Blattläuse von den gentechnisch veränderten Kartoffeln fressen, werden ebenfalls geschädigt. Obwohl die Genänderung nur das Laub betrifft, kann man die Knollen der "Schneeglöckchenkartoffeln" trotzdem nicht bedenkenlos essen, denn in Versuchen, in denen rohe Lektin-Kartoffeln an Ratten verfüttert wurden, war deren Immunsystem beeinträchtigt. Andere Lectine mit Giftwirkung bei Mensch und Tier stecken z.B. in ungekochten Buchbohnenhülsen und dem Preßkuchen von Rhizinus- und Baumwollsamen. Durch Kochen werden die Lektine in grünen Bohnen und Lektin-Kartoffeln zerstört.

Frostresistent werden Kartoffeln durch das Gen eines Fisches. Das Antifrost-Gen aus der in arktischen Gewässern lebenden Winterscholle ist auf die US-Kartoffelsorte Russet Burbank übertragen worden. Es schützt das Blattgewebe der Kartoffel bis zu einer Temperatur von -3 °C (s. Frage 13).

*) Die Wände der Pilzhyphen bestehen bei Oomyzeten aus Zellulose, bei allen anderen Pilzen aus Chitin.
**) Lektine sind Glykoproteine (Verbindungen aus Zucker und Eiweiß), die der Pathogen-Abwehr dienen.

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