This web portal explains how genome editing works in plant breeding. It presents genome-edited crops from breeding research that could be of interest to Switzerland and answers frequently asked questions on the subject.

Image: stock.adobe.com

Vines with resistance to mildew

Reben mit und ohne Resistenz gegen Mehltau
Image: Natascha Jankovski / SCNAT (CC BY-NC-ND 3.0)

Das Wichtigste in Kürze

  • Der echte und der falsche Mehltau verursachen erhebliche Ernteausfälle im Schweizer Weinbau.
  • Die Krankheitserreger werden mit grossen Mengen an Pflanzenschutzmitteln bekämpft.
  • Die Züchtung von resistenten Weinreben ist sehr aufwendig und dauert Jahrzehnte.
  • Mit CRISPR/Cas wurden Trauben resistenter gegen Mehltau gemacht, ohne neue Gene einzufügen.

Herausforderung

Der falsche Mehltau (Plasmopara viticola) und der echte Mehltau (Erysiphe necator) der Weinrebe gehören zu den häufigsten Krankheiten im Schweizer Weinbau. Die Erreger können alle grünen Teile der Rebe befallen und lassen die Trauben klein und trocken werden. Insbesondere der falsche Mehltau breitet sich bei längerem Regenwetter oft rasant in Schweizer Rebbergen aus und führt zu grossen Ernteausfällen. Im Sommer 2021 fiel dem Mehltau in einzelnen Weinbergen und Parzellen die gesamte Traubenernte zum Opfer (Ref).

Aktuelle Strategie

Um den Befall mit Mehltau zu verhindern, werden Reben sowohl im konventionellen als auch im biologischen Anbau präventiv mit Schwefel- und/oder Kupferfungiziden behandelt. Kupfer hat dabei den Nachteil, dass er sich im Boden anreichert. Nach einem Befall werden im konventionellen Anbau zusätzlich synthetische Fungizide verwendet. Allerdings ist bei Regenwetter eine Behandlung oft nicht möglich, oder es müssen grosse Mengen an Pflanzenschutzmitteln ausgebracht werden (Ref). Insgesamt werden ca. ein Drittel aller in der Schweizer Landwirtschaft eingesetzten Pflanzenschutzmittel im Weinbau eingesetzt, die meisten davon sind Fungizide (Ref). Es gibt gegen Mehltau resistente Rebensorten, die weniger Fungizide benötigen. Allerdings werden diese in der Schweiz momentan nur auf 1-2% der Anbauflächen angebaut (Ref).

Potential der neuen Züchtungsverfahren

Bei der Rebe gestaltet sich das Einkreuzen von Resistenzen in etablierte Sorten als sehr aufwendig. Die resistente Sorte muss immer wieder mit einer etablierten Sorte gekreuzt werden, bis sie die für die Weinproduktion erwünschten Eigenschaften (z.B. Aroma, Farbe) erhält. Da Reben eine lange Generationszeit haben, kann dieser Prozess 15-20 Jahre dauern. Die charakteristischen Eigenschaften einer etablierten Sorte gehen dabei verloren. Die Genom-Editierung bietet die Möglichkeit, eine etablierte Sorte, wie z.B. ‘Chasselas’ oder ‘Pinot Noir’, gegen Krankheiten resistenter zu machen, ohne dass dabei ihre anderen Eigenschaften verändert werden.

Entwicklungsstand

Das Genom der kernlosen Tafeltraube ‘Thompson Seedless’ konnte mit CRISPR/Cas an vier Stellen so verändert werden, dass die Rebe deutlich resistenter gegen den Befall durch echten Mehltau und Grauschimmelfäule, eine weitere häufige Rebenkrankheit, wurde. Dafür wurde das CRISPR/Cas-System durch ein Bakterium vorübergehend in die Pflanze eingebracht und nicht in das Genom integriert. Deshalb sind in der Pflanze nach einer Generation keine artfremden Gene oder Proteine mehr vorhanden. Auch unbeabsichtigte Veränderungen (sogenannte „off-target“-Effekte) konnten im Genom nicht nachgewiesen werden (Ref).

Ausblick

Es ist zu prüfen, ob sich die Genom-editierte Rebe gegen den falschen Mehltau ebenfalls bewährt oder ob sie ansonsten mittels zusätzlicher Veränderungen auch gegen diesen Erreger resistent gemacht werden kann. Wenn dies gelingt, könnten in Zukunft mit dieser Methode verschiedene beliebte und etablierte Weinrebensorten mit ungleich weniger Züchtungsaufwand resistenter gegen die drei häufigsten Krankheiten (falscher und echter Mehltau sowie Grauschimmelfäule) gemacht werden. Dies könnte dazu beitragen, Ernteausfälle zu verhindern und den Fungizideinsatz im Weinbau deutlich zu reduzieren.