CRISPR-Editierung macht Reben widerstandsfähiger gegen Falschen Mehltau

Wissenschaftler haben mithilfe der CRISPR/Cas9-Geneditierung bei Reben gezeigt, dass ein einzelnes Gen, VvDMR6.1, sowohl die Resistenz gegen Falschen Mehltau als auch die Reaktion der Pflanze auf begrenzte Wasserversorgung beeinflussen kann. Das geht aus einer Studie hervor, die in der Fachzeitschrift Plant Stress veröffentlicht wurde.

Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Unterlagsrebsorte Richter 110. Untersucht wurde ein Suszeptibilitätsgen, das die Regulation von Salicylsäure mitsteuert – einem Hormon, das mit der pflanzlichen Immunabwehr verbunden ist. Durch die Ausschaltung von VvDMR6.1 konnten die Forscher die Anfälligkeit der Rebe gegenüber Plasmopara viticola, dem Erreger des Falschen Mehltaus, verringern und zugleich verändern, wie die Pflanze auf Wasserstress reagiert.

Die editierten Reben waren nicht vollständig immun gegen die Krankheit, zeigten aber deutlich geringere Infektionsraten als nicht editierte Pflanzen. In Blattdisk-Tests sank der Krankheitsbefall in beiden editierten Linien im Vergleich zu den Kontrollen stark. Eine editierte Linie wies eine Infektion von 0,5 % der Blattfläche auf, die andere von 2,1 %, gegenüber 28,1 % bei den Kontrollpflanzen.

Die Studie ergab zudem, dass sich in den editierten Reben mehr Salicylsäure anreicherte, insbesondere in der nahezu vollständig editierten Linie. Dieses Ergebnis passt zu früheren Arbeiten, denen zufolge DMR6-Gene als negative Regulatoren der Immunität wirken, indem sie dazu beitragen, den Salicylsäurespiegel im Gleichgewicht zu halten.

Bemerkenswert an der Studie war der zweite Teil des Versuchs. Die Forscher entzogen den Pflanzen Wasser und verfolgten die stomatäre Leitfähigkeit – ein Maß dafür, wie weit die Poren auf den Blättern geöffnet sind – sowie Bodenfeuchte und Hormonspiegel. Eine editierte Linie reagierte anders als die Kontrollpflanzen: Unter gut bewässerten Bedingungen hielt sie ihre Stomata weiter geöffnet und schloss sie dann schneller, sobald Wasser knapp wurde.

Diese Linie zeigte auch einen stärkeren Anstieg von Abscisinsäure, kurz ABA, einem Hormon, das Pflanzen hilft, Wasser zu sparen, indem es die Stomata schließt. Die Forscher berichteten in dieser Linie während des Wasserstresses über eine höhere Expression von Genen der ABA-Biosynthese sowie von Genen der antioxidativen Abwehr. Nach ihrer Einschätzung deutet dieses Muster auf eine wassersparende Strategie hin, die der Pflanze helfen könnte, schneller auf sinkende Feuchtigkeit zu reagieren.

Die Ergebnisse deuten auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Salicylsäure- und ABA-Signalen in den Schließzellen der Rebe hin, wo sich die Stomata öffnen und schließen. Die Autoren erklärten, dass die editierten Pflanzen aufgrund von Veränderungen im Redoxgleichgewicht und in der Hormonsignalgebung möglicherweise schneller auf Stress „vorbereitet“ seien.

Für den Weinbau sind die Ergebnisse relevant, weil Winzer zunehmend sowohl unter Krankheitsdruck als auch unter Trockenheit leiden. Der Falsche Mehltau zählt weltweit weiterhin zu den kostspieligsten Rebkrankheiten, während Wasserknappheit in vielen Weinregionen immer häufiger wird. Reben zu züchten oder zu editieren, die beide Belastungen besser bewältigen können, ist daher zu einem zentralen Ziel der Forschung geworden.

Die Studie reiht sich in eine wachsende Zahl von Arbeiten ein, die zeigen, dass DMR6-Gene in mehreren Kulturen vielversprechende Ziele sind. Ähnliche Eingriffe bei Tomate und Kartoffel haben ebenfalls die Krankheitsresistenz und in einigen Fällen auch die Toleranz gegenüber Trockenheit verbessert. Bei Reben hatten frühere Studien bereits gezeigt, dass das Ausschalten von DMR6-Genen die Anfälligkeit für Falschen Mehltau verringern kann. Die neue Arbeit legt nahe, dass VvDMR6.1 auch beeinflussen könnte, wie Reben mit Wasserverlust umgehen.

Die Forscher mahnten jedoch zur Vorsicht: Ihre Ergebnisse stammen aus kontrollierten Gewächshaus- und Labortests und nicht aus Feldversuchen unter realen Bedingungen im Weinberg. Weitere Untersuchungen seien nötig, um zu verstehen, wie sich die editierten Reben in unterschiedlichen genetischen Hintergründen und unter kombinierten Stressbedingungen wie Trockenheit gefolgt von Krankheitsdruck verhalten.

Dennoch deutet die Studie darauf hin, dass ein einziges Gen zwei Vorteile zugleich bieten könnte: weniger Krankheiten und eine reaktionsschnellere Strategie gegen Trockenheit.