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KAKAO / Pilzresistenz

Theobroma cacao, der tropische Baum, der Kakaobohnen produziert, ist das Herzstück der Schokoladenindustrie und ein wichtiger Exportartikel für viele Entwicklungsländer. Daher ist eine zuverlässige Produktivität der Kakaopflanzen von entscheidender Bedeutung, um den Lebensunterhalt von Millionen Kakaobauern und -bäuerinnen zu stabilisieren.

 

Mit einer Produktion von etwa 850.000 Tonnen Kakao pro Jahr ist Ghana weltweit der zweitgrößte Kakao-Produzent. Etwa eine Millionen Kleinbauern und -bäuerinnen bauen Kakao an. Das tropische Klima eignet sich ideal für dessen Anbau.

 

Kakao ist sowohl in Ghana als auch in der benachbarten Elfenbeinküste, dem größten Produzenten, ein wichtiger Wirtschaftszweig. Die Ernte wird in oft in abgelegenen und meist wirtschaftlich unterentwickelten Gebieten von Hunderttausenden Kleinbauern angebaut. Für die ländliche Bevölkerung Ghanas, die mehr als die Hälfte der Einwohner des Landes ausmacht, trägt der Anbau und Handel von Kakao wesentlich zur Lebensgrundlage bei. Schätzungen zufolge bauen zwischen 700.000 und 1 Million Bauern und Bäuerinnen Kakao an. Mehrheitlich handelt es sich dabei um kleinbäuerliche Betriebe. Zusätzlich arbeiten etwa 3 Millionen Menschen im Kakaoanbau (z.B. als Erntehelfer) sowie in dem damit verbundenen Handel, der Weiterverarbeitung und der Herstellung von Geräten und anderen Materialien.

 

Schätzungsweise 30 Prozent des in Westafrika produzierten Kakaos werden durch Krankheiten zerstört, was eine enorme finanzielle Belastung für die Kleinbauern darstellt. Die zunehmenden Schädlings- und Krankheitsattacken werden durch den Klimawandel verschärft. So hat zum Beispiel der Cocoa Swollen Shoot Virus (CSSV) in Westafrika mehr als 200 Millionen Kakaobäume zerstört und breitet sich in den Anbaugebieten in der Subregion weiter aus. Das Swollen-Shoot-Virus befällt nur Kakaobäume und wird durch Läuse übertragen. Bei der betroffenen Pflanze schwellen der Stamm und junge Triebe an; die Pflanze stirbt schließlich ab. Ein Mittel dagegen gibt es nicht. Die Viruskrankheit hat sich in den vergangenen Jahrzehnten in Westafrika stark ausgebreitet und ist eine ernsthafte Bedrohung für die weltweite Kakaoproduktion. Die Entwicklung krankheitsresistenter Kakaosorten ist eine wesentliche Strategie zur Bekämpfung dieser Bedrohung.

 

Wissenschaftler am Department of Plant Science und am Huck Institute of Life Sciences der Pennsylvania State University haben CrisprCas9 erstmals beim Kakaobaum angewendet. Ihr Ziel dabei ist eben jener Schutz der Pflanzen vor verschiedenen Krankheiten, indem deren „Immunsystem“ gestärkt wird.

 

Mit Hilfe von CrisprCas9 wurde ein Gen namens TcNPR3 ausgeschaltet, von dem bekannt ist, dass es die Reaktion der Pflanze auf Krankheiten unterdrückt. Die Wissenschaftler programmierten eine Genschere so, dass sie das TcNPR3 -Gen erkennen und schneiden kann, und schleusten sie in Blätter des Kakaobaums ein. Tatsächlich wurden knapp ein Drittel der Gen-Kopien in den vielen Zellen des Blattes geschnitten und so wahrscheinlich inaktiviert. Dies führte dazu, dass verschiedene von TcNPR3 regulierte Abwehrgene aktiviert wurden. Die Forscher vermuteten, dass dies die Krankheitsabwehr der Blätter verbessern könnte. Nach einer Erholungspause infizierten sie die Blätter mit einem Pilz, der Kakaobäume befällt. Es zeigte sich, dass die isolierten Blätter eine bessere Resistenz gegen die Pilzinfektion aufwiesen als gleich behandelte Kontrollblätter ohne CrisprCas9-Schnitte.

 

Derweil wurden im Labor aus den Zellen Kakaopflanzen regeneriert, an denen nun überprüft wird, ob auch der ausgewachsene, mithilfe von CrisprCas9 optimierte Baum besser gegen diesen und andere Erreger gewappnet ist.

 

Von den hier untersuchten isolierten Kakaoblättern mit einzelnen, mithilfe von CrisprCas9-veränderten Zellen bis hin zum Kakaobaum mit verbesserter Krankheitsabwehr ist es noch ein weiter Weg, gesäumt von vielen notwendigen Forschungsarbeiten. Die Resultate zeigen jedoch schon jetzt, dass CrisprCas9 grundsätzlich auch in Kakaobäumen funktioniert und so zahlreiche neue Möglichkeiten für eine genetische Verbesserung der Pflanzen eröffnen kann.  (sas)

 

Links:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.00268/full https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29552023

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180510101245.htm

https://news.psu.edu/story/521154/2018/05/09/research/cocoa-crispr-gene-editing-shows-promise-improving-chocolate-tree

https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-24789-2_2

https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-24789-2_18

https://www.scientificamerican.com/article/can-gene-editing-save-the-worlds-chocolate/

https://innovature.com/article/gene-editing-sweet-solution-weakened-cacao-trees

https://apsjournals.apsnet.org/doi/pdf/10.1094/PHYTO-12-18-0477-RVW

https://www.thehindu.com/sci-tech/gene-editing-can-make-chocolate-trees-disease-resistant/article23872196.ece

https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2019/06/gene-editing-save-ghanas-cocoa-extinction-scientists-say/

https://innovativegenomics.org/news/new-project-to-create-disease-resistant-cacao/

https://www.bmel.de/SharedDocs/Downloads/Landwirtschaft/Pflanze/GrueneGentechnik/NMT_Stand-Regulierung_Anlage4-Aktualisierung.pdf%3F__blob%3DpublicationFile

https://www.nationalgeographic.com/environment/future-of-food/food-technology-gene-editing/

https://www.scienceindustries.ch/engagements/internutrition/newsletter-archiv

https://coffeeandcocoa.net/2018/06/04/gene-editing-technique-cocoa/ https://time.com/5671166/ghana-cocoa-trees-swollen-shoot-disease/