2012-46_Der Getreideschwarzrost kehrt zurueck.pdf - Dr. Neinhaus ...

10
Pfl anzenschutz
Der Getreideschwarzrost
kehrt zurück
Die mutierte Variante Ug99 — gefährlicher denn je!
Der Getreideschwarzrost
(Puccinia graminis) ist
nach über 50 Jahren
zurückgekehrt und hinterlässt
eine Spur der Verwüstung wo
immer er Getreidekulturen befällt.
Wegen seiner besonders
ausgeklügelten Virulenz ist
der Getreideschwarzrost eine
der weltweit gefährlichsten
Getreideerkrankung und wird
bereits seit der Antike als Ursache
für Missernten und Hungersnöte
gefürchtet. Archäologische
Funde in Israel haben
sogar bestätigt, dass Getreideschwarzrost
schon in der Bronzezeit
Ertragsverluste verursachte.
Diese Krankheit ist deshalb
so gefährlich, weil sie nur
wenige Wochen vor der Ernte,
in einer gesunden Getreidekultur,
Ertragsverlusten von über
70 Prozent verursachen kann.
Dabei treten zunächst rostfarbene
Verfärbungen auf, bevor
sich die befallenen Stellen
schwarz verfärben. Landwirte
können nur sehr wenig dagegen
tun außer ernten, was
übrig bleibt und das ist nicht
viel. Erschwerend kommt hinzu,
dass Getreideschwarzrost
ebenfalls verschiedene Berberitzenarten
als Zwischenwirt
nutzt, so dass bereits im
16. Jahrhundert Berberitzengehölze
gerodet wurden, um die
Getreideernte nicht zu gefährden.
Getreideschwarzrost
ist sehr mobil
Wie alle Krankheiten, die durch
Pilzsporen übertragen werden
ist auch Getreideschwarzrost
höchst mobil, denn die Sporen
können schnell über große
Entfernungen durch Wind,
Tiere oder Menschen übertragen
werden. So reicht häufig
ein einzelner Hektar infizierten
Weizens aus, um über 10 Mrd.
Sporen freizusetzen, von denen
jede einzelne eine Epidemie
auslösen kann. Wenn
das passierte, droht ein Wirtschaftsschaden
in Milliardenhöhe
und ein Laib Brot könnte
schnell zum teuren Luxusgut
werden.
Getreideschwarzrost wird häufig
mit der Kinderlähmung
verglichen. Eine gefährliche,
aber bereits in Vergessenheit
geratene Krankheit, denn
schon seit den 1960-er Jahren
wird am „Maiz und Weizen
Veredlungszentrum“ (CIM-
Bereits seit der Antike ist der Getreideschwarzrost als Ursache für Missernten und Hungersnöte bekannt. Doch im
Rahmen der „Grünen Revolution“ ist es Forschern gelungen den Getreideschwarzrost unter Kontrolle zu bringen.
Das aus Roggen eingekreuzte Gen Sr31 machte den Weizen nicht nur widerstandsfähig, sondern bescherte auch
höhere Erträge. Was aber niemand wusste: der Getreideschwarzrost hat in einer ökologischen Nische in Ostafrika
überlebt und bedroht seitdem als mutierte Variante Ug99 die globale Weizenproduktion. Fotos: Fiedler
Landpost 46/2012
MYT = Centro Internacional de
Mejoramiento de Maíz y Trigo)
in Mexiko an getreideschwarzrostresistentenWeizensorten
geforscht, die das aus
Roggen eingekreuzte Resistenzgen
Sr31 (Sr steht für stem
rust = Getreideschwarzrost)
enthalten, das gleichzeitig
auch zur Ertragssteigerung
beiträgt. In den späten 1960er
Jahren ist es schließlich Dr.
Norman Borlaug, dem Vater
der „Grünen Revolution“, gelungen,
schwarzrostresistenten
Weizen zu züchten. Dr. Norman
Borlaug wurde 1970 für
seine Verdienste um die Landwirtschaft
mit dem Nobelpreis
ausgezeichnet. Seitdem galt
der Getreideschwarzrost als
ausgerottet und noch bis 1999
schien der Getreideschwarzrost
durch resistente Sorten kontrolliert
werden zu können.
Doch seit 1999 bedroht eine
erneute Getreideschwarzrost-
Epidemie die weltweite Getreideproduktion.
So ist nicht nur
Weizen, ein Getreide, das weltweit
auf über 217 Mio. ha mit
600 Mio. t Ernteerträgen zu
20 Prozent die Welternährung
sicherstellt, bedroht, sondern
auch Gerste, Hafer und Roggen.
Der Getreideschwarzrost hat
aber nicht nur in einer abgelegenen
Ecke Afrikas überlebt,
sondern hat sich auch weiterentwickelt,
um die vorhandenen
Resistenzen im Getreide
zu überwinden. Mit neuen
Eigenschaften ausgestattet
macht jetzt der gefährliche
pflanzenpathogene Pilz als
Ug99 auch keinen Halt mehr
vor Weizensorten, die mit dem
Resistenzgen Sr31 ausgestattet
sind, das seit 1980 in den meisten
Weizensorten enthalten ist
und bisher das wichtigste Resistenzgen
im Weizen darstellte.
Warum Sr31 über 30 Jahre
lang dem Getreideschwarzrost
standhalten konnte ist nicht
bekannt, passen sich doch pathogene
Pilze in wesentlich
kürzeren Zeiträumen an. Nach
Jahrzehnten ohne Infektion ist
nun der größte Teil der weltweiten
Getreidekulturen dem
Schädling wehrlos ausgesetzt.
Weil Pilzsporen durch den
Wind verbreitet werden, kann
sich eine Infektion schnell ausdehnen.

Landpost 46/2012 Pfl anzenschutz 11
Getreideschwarzrost hat bereits
in der Vergangenheit große
Hungersnöte verursacht. In
Nord-Amerika kam es bereits
infolge von Getreideschwarzrost
1903 und 1905 sowie von
1950 bis 1954 zu enormen Ertragsausfällen.
1954 vernichtete
der Getreideschwarzrost
allerdings zum letzten Mal
40 Prozent der Ernteerträge in
Nordamerika. Deshalb wurden
schon ab den späten 1950er
Jahren, im Rahmen der „Grünen
Revolution“, Hochleistungs-Weizensorten
gezüchtet,
die widerstandsfähig gegen
Getreideschwarzrost und andere
Krankheiten waren. Diese
verbesserten Sorten ermöglichten
nicht nur den Landwirten
auf der ganzen Welt den Getreideschwarzrost
für über 50
Jahre in Schach zu halten, sondern
garantierten auch höhere
und zuverlässigere Ernteerträge.
Allerdings sind die 1998 in
Uganda entdeckten neuen
Stämme des Getreideschwarzrost,
Ug99, benannt nach dem
Ort und dem Jahr der Entdeckung
(eigentlich 1998) beziehungsweise
dem Jahr der offiziellen
Bestätigung (1999) oder
TTKSK nach wissenschaftlicher
Nomenklatur, sehr viel gefährlich
als die, die vor 60 Jahren
bis zu 40 Prozent der amerikanischen
Weizenernte zerstörten.
Ernteerträge Europas
seit 2008 bedroht
Anfänglich von der Politik
ignoriert breitet sich Ug99 gegenwärtig
mit circa 800 km pro
Jahr von Ostafrika aus nach
Norden in den Sudan (2006)
und nach Süden über Tansania
(2009) und Zimbabwe (2009)
nach Südafrika (2009) aus und
hat bereits 2006 die arabische
Halbinsel sowie 2008 den Orient
erreicht. Schon 2006 wurde
Ug99 von Ostafrika (Kenia
2001, Äthiopien 2003) aus, wo
es bis zu 80 Prozent Ertragsausfälle
verursachte, in den
Jemen und von dort aus weiter
in den Iran (2008) verbreitet
und bedroht seitdem die Ernteerträge
Europas und Asiens.
Mittlerweile ist der Getreideschwarzrost
Ug99 in mindesten
12 Ländern aufgetreten und
hat sich ostwärts bis nach Indien,
Bangladesch und sogar
Abbildung oben und Seite 12: Schön anzusehen ist die herbstbunte Berberize, doch als Schwarzrostzwischenwirt
trägt sie im erheblichen Maße zur Verbreitung des pfl anzenpathogenen Pilzes bei. Die Gefahr, die von
der Berberize ausgeht ist aber noch viel größer als angenommen. Der Schwarzrost nutzt die Blätter seines
Zwischenwirts zur sexuellen Reproduktion und erhöht dadurch seine genetische Variabilität. Dadurch kann er
sich besser an die resistenten Getreidesorten und Fungizide anpassen. Und genau diese Anpassungsfähigkeit
macht Ug99 zu einer tödlichen Bedrohung. Deshalb wurden bereits in der Vergangenheit Berberitzen großfl
ächig gerodet um einer Ausbreitung des Pilzes entgegenzuwirken.
bis nach Nepal ausgedehnt.
Entgegen früheren Annahmen,
dass Ug99, aufgrund seiner
Frostempfindlichkeit, Europa
weniger bedroht als wärmere
Getreideanbauregionen, ist damit
zu rechnen, dass auch das
Klima Europas keine Barriere
für Ug99 darstellen wird, vor
allem, weil Getreideschwarzrost
in Form von schwarzen, zweizelligen
Teleutospore großflächig
an Getreidehalmen überwintert.
Weitere 25 Länder
als bedroht eingestuft
Zwischenzeitlich wurden über
25 weitere Länder von der
Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation
der Vereinten
Nationen als bedroht eingestuft.
Die größte Bedrohung
in den kommenden Jahren ist
eine flächendeckende Ausbreitung
über ganz Asien. Dabei
werden weltweit führende Weizenproduzenten
wie Pakistan,
Indien und China im besonderen
Maße betroffen sein. Des-
halb stehen auch Kenia, Äthiopien,
Ägypten, Afghanistan,
Pakistan, Indien, Bangladesh,
und Nepal an vorderster Stelle
für die Bereitstellung Ug99resistenter
Sorten. So ist es bereits
in Kenia durch den Einsatz
resistenter Sorten gelungen
Ug99 weitgehend unter Kontrolle
zu bringen. Dagegen wird
jedoch Äthiopien weiterhin
von dramatischen Ertragsverluste
bedroht, vor allem, weil
Landwirte und Saatgutvermehrer
weiterhin an der Ug99anfälligen
Hochertragssorte
Attila festhalten. Aber nicht
nur die unmittelbar benachbarten
Länder in Afrika und
Asien, sondern auch Australien
und Amerika sind bedroht. Von
Südafrika aus können die Sporen
des Getreideschwarzrost
Ug99 durch den Wind in zwei
Richtungen verbreitet werden.
Zum einen können die Ug99-
Sporen durch Luftbewegungen,
die bereits in der Vergangenheit
Krankheiten weiter getragen
haben, über den Indischen Oze-
an direkt nach Australien verfrachtet
werden. Zum anderen
wird die westliche Hemisphäre
ebenfalls durch günstige Windverhältnisse
bedroht, wie erst
kürzlich von Wissenschaftler in
Modellstudien nachgewiesen
werden konnte. Bereits 1978 ist
auf diesem Wege ein Pilz, der
Zuckerrohr befällt, von Kamerun
nach Florida gelangt. Aber
auch der zunehmende Luftverkehr
wie auch der Tourismus
fördern eine Verbreitung von
Ug99-Sporen. So gelangte beispielsweise
1979 der Gelbrost
auf diesem Wege nach Australien
und erreichte bereits im
folgenden Jahr Neuseeland.
Somit ist es nur noch eine Frage
der Zeit, bis Ug99-Sporen
ihren Weg über den Atlantik
nach Brasilien und weiter nach
Nordamerika finden werden.
Deshalb ist auch im Rahmen
der weltweiten Schwarzrost-
Überwachungsinitiative die
Einrichtung eines Schwarzrost-
Überwachungssystems in Brasilien
geplant.

12
Pfl anzenschutz
Druck auf
Schädling erhöhen
Mittlerweile findet eine Ug99-
Überwachung in 27 Entwicklungsländern
auf über
42 Mio. ha statt. Somit stellen
die sieben Ug99-Varianten die
Hauptbedrohung der Weltgetreideproduktion
dar. Von
einer globalen Ausbreitung
von Ug99 werden jedoch die
reichen Industrienationen
weitaus weniger gefährdet
als Entwicklungsländer und
Schwellenländer, weil sie es
sich leisten können neue und
vor allem resistente Weizensorten
anzubauen oder Fungizide
einzusetzen. Aber gerade der
weltweite Anbau resistenter
Sorten und der Einsatz von
Fungiziden ist unerlässlich,
um den Druck auf den Schädling
zu erhöhen und um eine
erneute Einnischung des
pathogenen Pilzes zu verhindern,
damit ihm die Zeit zur
Weiterentwicklung und zur
Evolution von Resistenzen genommen
wird. Eine weitere
Strategie zur Eindämmung von
Ug99 könnte in der Rodung
schwarzrostanfälliger Berberizenarten
bestehen. So ist zum
Beispiel Berberis vulgaris, im
Gegensatz zu Berberis thunbergii,
ein bekannter Zwischenwirt
von Schwarzrost und trägt wesentlich
zur Infektion von Getreidekulturen
bei. Bereits im
20. Jahrhundert haben jedoch
großflächige Rohdungen von
Berberizengehölzen einen wesentlichen
Beitrag zur Ausrottung
des Getreideschwarzrost
geleistet. Diese Möglichkeit
sollte erneut in Betracht gezogen
werden, vor allem unter
dem Gesichtspunkt neuester
Forschungsergebnisse, dass
Ug99 und andere Rostpilze ihre
genetischen Variabilität durch
sexuelle Reproduktion auf den
Blättern von Zwischenwirtpflanzen,
wie zum Beispiel der
Berberitze, erhöhen und dadurch
besser an die resistenten
Getreidesorten und Fungizide
angepasst werden. Und genau
diese Tatsache macht Ug99 zu
einer tödlichen Bedrohung.
Da die Mehrheit der zurzeit
gezüchteten Sorten (über 85
Prozent) anfällig für Ug99 und
seine Varianten ist, müssen
Resistenzen identifiziert und
der Landwirtschaft zugänglich
gemacht werden. Effektive Resistenzen
wurde aber bereits
mittels molekularer Marker entdeckt
und werden der modernen
Pflanzenzüchtung verfügbar
gemacht. Dabei handelt es sich
um zwei Resistenzgene, die direkt
in Brotweizensorten identifiziert
werden konnten und
18 weitere, die in artverwandten
Sorten gefunden wurden.
Mittlerweile befinden sich über
60 resistente Weizensorten in
der Erforschung, wovon bereits
schon über 20 resistente
Weizensorten kommerziell verfügbar
sind. Trotzdem kann
auf den Einsatz von Fungiziden
nicht verzichtet werden,
weil nicht hinreichend Saatgut
zur Verfügung steht, um mindestens
die Befallsregionen
flächendeckend zu versorgen.
Damit jedoch eine dauerhafte
Resistenz zur Eindämmung von
Ug99 und seiner Varianten erreicht
werden kann, müssen
insbesondere mehrere Resistenzgene
kombiniert und in
neue Sorten übertragen werden,
um die Wahrscheinlichkeit
einer Resistenzentwicklung bei
dem pathogenen Pilz zu minimieren.
Auch die Möglichkeit
einer Übertragung von Resistenzgenen
aus Reis, die den
Zuckerstoffwechsel des pathogenen
Pilzes beeinträchtigen,
darf dabei nicht ausser Acht
gelassen werden.
Verstärkte Zunahme
in Europa
Doch seit über zehn Jahren
wird auch zunehmend in Europa
immer wieder aus einigen
Regionen eine verstärkte Infektion
vom Weizenkulturen und
Roggenbeständen mit Getreideschwarzrost
gemeldet. Glücklicherweise
handelt es sich in diesen
Fällen noch nicht um Ug99.
Die Zunahme der Infektionen
ist aber nicht nur allein auf sich
ändernde klimatische Bedingungen
zurückzuführen, die eine
Entwicklung des aggressiven
Pilzes positiv beeinflussen, sondern
vor allem auch auf unzureichende
Bodenbearbeitung,
bei der Ernterückstände nicht
hinreichend eingearbeitet werden.
Gerade konservierende Bodenbearbeitung
und Direktsaat
ermöglichen so das Überwintern
des Pilzes in Form von Teleutosporen
und schaffen auf diese
Weise die Voraussetzungen für
eine Neuinfektion im folgenden
Jahr. In gleicher Weise können
ebenfalls die Uredosporen überwintern,
so dass der Pilz im Folgejahr
keinen Zwischenwirt benötigt.
Aber auch Flächenstilllegungen
sowie das Bepflanzen
von Windschutzstreifen mit
Berberitzen (Berberis vulgaris)
fördert die Infektionsgefahr, vor
allem weil die Berberitze dem
Schwarzrost als Zwischenwirt
dient. Das stellt ganz besonders
den ökologischen Landbau vor
große Problemen, denn zurzeit
stehen keine schwarzrostresistenten
Roggensorten zur
Verfügung und der Einsatz von
Fungiziden ist nur im konventionellen
Landbau erlaubt. Da der
Schwarzrost jedoch aufgrund
seines Lebenszyklus erst ab
Landpost 46/2012
Juni seinen Wirt befällt empfiehlt
sich, gerade in Befallsregionen,
der Anbau von Wintergetreide
und frühreifer Getreidesorten.
Eine gründliche
Bodenbearbeitung sollte auf
keinen Fall ausbleiben.
Die richtigen
Lehren ziehen
Aus der Rückkehr des Getreideschwarzrost
müssen unbedingt
die richtigen Lehren gezogen
werden. Für viele Menschen
ist das Wiederaufleben dieser
Krankheit ein warnendes Beispiel
für die Einmischung von
Wissenschaft und Forschung
in die Landwirtschaft sowie für
die Abhängigkeit der ganzen
Menschheit von nur wenigen
Kulturpflanzen. Hätte sich die
Menschheit nicht in die Hände
eines einzigen Resistenzgens
(Sr31) begeben, so wäre jetzt die
globale Weizenproduktion nicht
gefährdet. Doch die Wahrheit
ist genau das Gegenteil. Ohne
den schwarzrostresistenten
Weizen würden Millionen von
Menschen an Hunger leiden.
Schliesslich war es doch das
Getreideschwarzrost-Resistenzgens
Sr31, das über Jahrzehnte
eine sichere Ernte gewährleistete.
Bis heute ist Sr31 sicherlich
eine der segensreichsten Entdeckungen
der Menschheitsgeschichte.
Deshalb sind Wissenschaft
und Forschung nicht die
Ursache für die Rückkehr des
Getreideschwarzrost sondern
bieten langfristige Lösungen für
seine nachhaltige Bekämpfung
an. Aus diesen Gründen müssen
Politiker, Landwirte, Wissenschaftler
und Pflanzenzüchter
wirklich jede nur erdenkliche
Möglichkeit, einschließlich
der Pflanzenbiotechnologie,
nutzen, um Ug99 weltweit zu
stoppen. Bisher ist die prophezeite
globale Katastrophe nicht
eingetreten. Die schlimmsten
Befürchtungen blieben glücklicherweise
aus. Aber auch wenn
bis heute die weltweit größten
Weizenproduzenten wie die
USA und Russland nicht betroffen
sind so ist trotzdem Vorsicht
geboten. Die Warnungen müssen
ernst genommen werden
und Massnahmen zur Verhinderung
einer globalen Katastrophe
müssen dringend umgesetzt
werden.
Dr. Christian-Robert Fiedler