Widerstand gegen Weizenfungizide: Eine wachsende Herausforderung in Europa

Weizen ist ein grosses Ding in Europa, jährlich über 130 Millionen Tonnen. Es ist wie der Brotverdiener unter den Pflanzen. Seit den 1970ern nutzen die Bauern Fungizide – Chemikalien, die Pilzkrankheiten stoppen – um ihr Weizen zu schützen. Europa ist jetzt der Champion in Sachen Fungizidverbrauch bei Getreide. Über die Jahre wurden verschiedene Arten von Fungiziden eingesetzt, angefangen mit Methylbenzimidazolcarbamat (MBC) und Morpholinen in den 70ern, gefolgt von Demethylierungshemmern (DMI) später in diesem Jahrzehnt. Quinoid-Aussengeber (QoI) kamen in den 90ern dazu, und Succinatdehydrogenase-Hemmer (SDHI) hatten 2002 ihren ersten Auftritt.

Aber hier kommt der Witz: Verschiedene Pilze haben sich schneller gegen diese Fungizide resistent gemacht, als du „Fungizidresistenz“ sagen kannst. Richtig! Nur ein paar Jahre nach der Einführung eines Fungizids fanden die Pilze einen Weg, drumherum zu kommen. Zum Beispiel wird MBC jetzt viel weniger verwendet, weil die Erreger darin zu gut darin wurden, ihnen auszuweichen. Auch wenn Morpholine, QoI, DMI und SDHI noch im Spiel sind, müssen die Bauern diese Produkte mischen und rotieren, und manchmal setzen sie sogar resistente Weizensorten ein, um die schlauen Pathogene in Schach zu halten.

Die Situation ist kompliziert. Wir haben nicht alle Daten darüber, wie viel Fungizid gerade in Europa verwendet wird. Aber bis 2003 waren DMI, Morpholine und QoI die drei grossen Player, während SDHI in den 2010ern an Nutzung gewonnen haben. Interessanterweise sind nicht alle europäischen Länder bei der Nutzung von Fungiziden auf dem gleichen Stand. Westeuropa und Zentraleuropa sind die Hauptverbraucher, während Südeuropa und Osteuropa hinterherhinken. Zum Beispiel hat das UK vor 2003 dreissig Mal mehr Fungizid auf Getreide verwendet als Italien und vier Mal mehr als Polen.

Jetzt reden wir über Mehltau beim Weizen, eine lästige Krankheit, verursacht durch einen Pilz namens Blumeria graminis forma specialis tritici (nennen wir ihn einfach Bgt). Bgt ist wie dieser übermotivierte Schüler, der es schafft, jeden Test zu bestehen. Er kann schnell Resistenzen entwickeln, weil er sich schnell vermehrt, Gene mischt wie ein Koch, der ein neues Rezept kreiert, und massenhaft Sporen produziert. Nicht überraschend haben sich Bgt-Populationen sehr schnell gegen neue Fungizide resistent gemacht. Nur zwei Jahre nach der Einführung von QoI waren einige Stämme von Bgt schon immun dagegen.

Frühere Studien haben gezeigt, dass bestimmte Mutationen in Bgt für seine Resistenz gegen Fungizide verantwortlich sind. Diese Mutationen traten in den Genen für spezifische Proteine auf, die von Fungiziden angegriffen werden. Zum Beispiel wurde eine Mutation in einem Gen namens cytb mit der Resistenz gegen QoI in Verbindung gebracht. Forscher fanden auch andere Mutationen im Ergosterol-Weg, die mit Morpholin- und DMI-Resistenz verknüpft sind. Trotz der Herausforderungen wurde bislang keine Resistenz gegen SDHI im Feld gemeldet.

Momentan ist die einzige Organisation, die Bgt’s Resistenz gegenüber Fungiziden in Europa im Blick hat, eine private Gruppe. Sie sammeln jedes Jahr Daten von Fungizidherstellern, aber nur eine Zusammenfassung wird mit der Öffentlichkeit geteilt. Bisher wissen wir, dass die Bgt-Populationen in Nordeuropa zumindest teilweise resistent gegen QoI, DMI und Morpholine sind, während in Westeuropa die Resistenz gegen DMI besonders stark ist.

Jetzt bringen wir ein bisschen Wissenschaft ins Spiel! Forscher haben beschlossen, eine grosse Sammlung von Genomsequenzen von Bgt-Isolaten in Europa zu nehmen, um nach Mutationen zu suchen, die Resistenz gegen Fungizide verleihen. Sie konzentrierten sich auf acht bekannte Gene, die für Proteine kodieren, die von den Fungizidklassen betroffen sind. Sie schauten nach Veränderungen in den Aminosäuresequenzen und der Anzahl der Kopien dieser Gene und achteten besonders auf Mutationen, die bekannt dafür sind, Resistenzen zu verursachen. Sie verfolgten, wie sich diese Mutationen über die Zeit und in verschiedenen Regionen Europas verbreiteten.

Was sie fanden, war ziemlich interessant. Zuerst einmal hatten verschiedene resistente Mutationen für jedes Fungizid ihre eigenen geografischen Bereiche. Es scheint, dass die Regionen, in denen Bauern spezielle Fungizide verwendeten, die Ausbreitung der Resistenz beeinflussten. Sie entdeckten auch einige neue Mutationen im erg24-Gen, die wahrscheinlich zur Resistenz gegen Morpholine führen. Ausserdem stellten sie fest, dass Resistenzen gegen DMI in Europa und der Türkei verbreitet waren und in verschiedenen Gebieten, offenbar dank des Drucks durch Fungizide, immer wieder auftauchten.

Um im Auge zu behalten, wie sich die Resistenzen in Bgt durch die Nutzung von Fungiziden entwickelten, verwendeten Forscher Daten aus der Ganzgenomsequenzierung von 415 Bgt-Isolaten, die über die Jahre gesammelt wurden. Sie teilten die Weizenmehltau-Populationen in fünf Gruppen basierend auf der Geografie ein: Nordeuropa, zwei in Südeuropa, eine in der Türkei und eine im Nahen Osten.

Jetzt schauen wir uns die cytb-Mutation G143A genauer an. Diese Mutation ist entscheidend für die Resistenz gegen QoI-Fungizide. Die Forscher fanden heraus, dass in den europäischen Daten 39,7 % der Isolate die G143A-Mutation hatten. Dieser Prozentsatz variiert geografisch, wobei fast alle Isolate in Westeuropa das resistente Allel trugen. Im Gegensatz dazu war die Mutation in Südeuropa selten und im Nahen Osten gar nicht vorhanden.

Als nächstes kommt das erg24-Gen, das mit der Morpholine-Resistenz verknüpft ist. Forscher fanden acht Aminosäuremuttationen in erg24, darunter V295L, die in fast 38 % der Isolate vorkam. Interessanterweise wurde diese Mutation hauptsächlich in Nordeuropa gefunden, was darauf hindeutet, dass Morpholin-Resistenz dort verbreitet ist, wo diese Fungizide intensiv eingesetzt werden.

Als sie das cyp51-Gen, das mit DMI-Resistenz zu tun hat, untersuchten, fanden sie heraus, dass die meisten Isolate mehr als eine Kopie hatten, was zu einer verminderten Sensitivität gegenüber DMI führte. Die häufigste Mutation in diesem Gen war Y136F, die in 81 % der Isolate vorkam. Diese Mutation war in Nordeuropa und der Türkei weit verbreitet.

Die Forscher waren auch neugierig auf die jüngste Evolution des cyp51-Gens. Sie identifizierten Gruppen von Isolaten, die die gleiche genetische Zusammensetzung teilten, was darauf hindeutet, dass Resistenzen in mindestens zwei Fällen in Europa unabhängig entstanden. Die rasche Ausbreitung dieser resistenten Stämme zeigte, dass neue Mutationen wie eine Rakete durchstarten, wenn die Bedingungen stimmen.

Was können wir also mitnehmen? Zu verstehen, wie Bgt Resistenzen entwickelt, ist entscheidend, um es effektiv zu managen. Indem wir genetische Mutationen verfolgen, können Forscher Änderungen in der Fungizidsensitivität über die Zeit beobachten. Dieser Ansatz der Ganzgenomsequenzierung kann die evolutionäre Geschichte von Bgt offenbaren und Einblicke in die Wirksamkeit verschiedener Fungizide geben.

Einfacher ausgedrückt, ist die Fungizidresistenz wie ein Katz-und-Maus-Spiel, bei dem Bauern und Pathogene ständig miteinander agieren. Je mehr wir über die genetischen Veränderungen lernen, die zur Resistenz führen, desto besser können wir diesen Pilzen einen Schritt voraus sein und unsere wertvollen Weizenpflanzen schützen.

#Die Wichtigkeit der Überwachung von Fungizidresistenzen

Die Überwachung, wie Resistenzen in Pathogenpopulationen entstehen, ist super wichtig, um Resistenzen effektiv zu managen. Sobald wir die molekularen Mechanismen hinter der Fungizidresistenz kennen, können wir molekulare Methoden zur Überwachung nutzen. So können wir besser verstehen, wie sich Resistenzen verändern, besonders in der Landwirtschaft, wo die Pflanzen ständig von lästigen Pathogenen bedroht sind.

Bei der Überwachung von Weizenmehltau zeigen die verschiedenen Studien die Muster der Fungizidresistenz in verschiedenen Populationen in Europa. Zum Beispiel ist die Mutation G143A im cytb-Gen entscheidend, um die QoI-Resistenz in Bgt zu verstehen. Mit unseren Ergebnissen sehen wir Unterschiede in der Verbreitung dieser Mutation in Europa, was hilft zu bestimmen, wie effektiv QoI-Fungizide in verschiedenen Regionen sind.

Obwohl Morpholin-Fungizide ihre Höhen und Tiefen hatten, zeigt die Verbreitung der V295L-Mutation im erg24 unter nordeuropäischen Isolaten, dass sie, auch wenn sie nicht mehr die erste Wahl sind, immer noch eine Rolle im grösseren Bild der Fungizidresistenz spielen.

Was DMI betrifft, haben wir viel Bewegung beim cyp51-Gen. Die Forschung zeigt, dass nicht nur die Anzahl der Kopien dieses Gens steigt, sondern auch Mutationen wie Y136F und S509T entscheidende Faktoren bei der Entwicklung von Resistenzen gegen DMI sind. Diese Informationen helfen uns zu verstehen, wie sich verschiedene DMI-resistente Stämme in Europa verbreiten und anpassen.

All diese Veränderungen im Blick zu behalten, ist wie ein Detektiv in einem Kriminalroman. Je mehr wir über die Evolution der Pathogene wissen, desto schneller können wir Strategien entwickeln, um die Herausforderungen, die sie mitbringen, zu bewältigen.

#Fazit: Die Notwendigkeit fortlaufender Forschung

In der Landwirtschaft ist es alles andere als einfach, den Pathogenen wie Bgt einen Schritt voraus zu sein. Ständige Forschung und Überwachung der Fungizidresistenz sind entscheidend, um sicherzustellen, dass Bauern ihre Pflanzen effektiv schützen können. Der Einsatz von Genomik zur Verfolgung von Resistenzen wird tiefere Einblicke in Bgt-Populationen und deren Reaktionen auf Fungizide liefern.

In Zukunft hoffen die Forscher, ihre Studien auf die Resistenmechanismen und die Auswirkungen von Fungizidnutzungsmustern zu erweitern. Diese Informationen werden für die Landwirte von unschätzbarem Wert sein, um informierte Entscheidungen über Fungizidaufträge und das Management von Resistenzen zu treffen.

Denkt daran, die Welt des Weizens und der Fungizidresistenz ist ständig im Wandel, und die Suche nach Wissen ist fortlaufend. Dank der Forschung kommen wir dem Verständnis der Komplexitäten der Pathogenresistenz näher und sorgen dafür, dass unsere Felder über Jahre hinweg gesund und produktiv bleiben.

Am Ende ist es eine Geschichte über Überleben, Anpassung und eine ganze Menge Wissenschaft – ein wahrer Beweis für die Widerstandsfähigkeit der Natur und die Entschlossenheit derjenigen, die auf sie angewiesen sind!