Genveränderung setzt Pflanzenschutzmittel außer Kraft

Ursachen für rasche Resistenzentwicklung des Apfelwicklers gegen Viruspräparate aufgedeckt

Viruspräparate werden schon seit Jahren als umweltfreundliche und ökologisch unbedenkliche biologische Pflanzenschutzmittel eingesetzt. Doch wie so oft, ist es den Schädlingen inzwischen gelungen nachzurüsten: Eine Genveränderung macht den Apfelwickler 100.000-fach unempfindlicher gegenüber einem im Ökoanbau bewährten Viruspräparat. Wissenschaftler vom Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinpfalz, der Biologischen Bundesanstalt Darmstadt, der Universität Hohenheim und dem Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben jetzt herausgefunden, wie diese Virusresistenz bei den Insekten vererbt und weitergegeben wird, was ungewöhnlich rasch erfolgt (Science, 28. September 2007).

Baculoviren sind natürlich vorkommende Krankheitserreger von Insekten. Mit ihnen lassen sich einzelne Schadinsektenarten gezielt bekämpfen, ohne dass andere nützliche Insekten oder Lebewesen Schaden nehmen. Im Apfelanbau bekämpfen Obstbauern mit dem Apfelwicklergranulosevirus (Abb. 2) die gefräßigen Larven des Apfelwicklers (Abb. 1). Doch inzwischen reagieren diese in einigen ökologischen Obstanlagen zunehmend unempfindlicher auf die biologischen Präparate, wie Wissenschaftler der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft (BBA) aus Darmstadt und der Universität Hohenheim 2005 herausfanden. In insgesamt 13 Apfelanlagen in Südwestdeutschland sind virusresistente Apfelwickler nachgewiesen worden. Es handelt sich um die weltweit erste Feldresistenz gegenüber einem Baculoviruspräparat.

Ein Team von Wissenschaftlern - unter ihnen Entomologen vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena - hat nun herausgefunden, wie diese Virusresistenz bei den Insekten vererbt wird. Das Resistenz-auslösende Gen befindet sich auf den Geschlechtschromosomen der Insekten - das ist ein entscheidender Faktor für die rasche Entstehung resistenter Apfelwickler. Während beim Menschen die Geschlechtsbestimmung über die Chromosomen X und Y erfolgt - die Frauen besitzen zwei X-Chromosomen, die Männer ein X- und ein Y-Chromosom - ist es bei Apfelwicklern, deren geschlechtsbestimmende Chromosomen Z und W heißen, genau umgekehrt: Hier haben die Insekten-Weibchen den geschlechtsbestimmenden ZW-Typ und die Männchen ZZ. Wie die Wissenschaftler festgestellt haben, genügt eine einzige Genveränderung auf dem Z-Chromosom der Apfelwickler-Weibchen, um sie fast 100.000-fach weniger anfällig für die Infektion durch das Virus zu machen.

Solche hochresistenten Weibchen geben bei der Paarung mit nichtresistenten Männchen das auf ihrem Z-Chromosom sitzende Resistenzgen an ihre männlichen Nachkommen weiter. In der ersten Folgegeneration gibt es nur Männchen, die auf einem ihrer beiden Z-Chromosomen die Resistenz tragen. "Unsere Versuche haben ergeben, dass solche Männchen bei einer niedrigen Virusdosis noch in der Lage sind, sich zu verpuppen", berichtet Johannes Jehle vom DLR Rheinpfalz. Sie überleben also den Einsatz des biologischen Pflanzenschutzmittels und geben ihr Resistenzgen an die nächste Generation weiter. "In späteren Generationen entwickeln sich dann aber Männchen, die auf beiden Z-Chromosomen die Resistenz tragen und dadurch ebenso hohe Virusdosen überleben können wie die resistenten Weibchen", so der Leiter des Forschungsteams.

"Dieser Vererbungsweg ist die denkbar effizienteste Form für die Insekten, um eine Resistenz möglichst schnell zu verbreiten", erläutert David Heckel, Direktor der Abteilung Entomologie am Max-Planck-Institut in Jena: "Wenn der Apfelbauer in solchen Anlagen einen zunehmenden Apfelwicklerbefall feststellt und die Virusmenge erhöht, bewirkt er fatalerweise das Gegenteil: Die Resistenzentwicklung wird beschleunigt und das Gen kann sich rasch in der Insektenpopulation verbreiten."

Trotz dieser für die Obstbauern alarmierenden Forschungsergebnisse sind Jehle und seine Kollegen optimistisch. Denn parallel zur Aufklärung des Vererbungsmechanismus werden seit 2006 neue Virus-Isolate getestet, die die festgestellte Resistenz weitgehend brechen. In diesem Jahr wurden bereits vielversprechende Feldversuche in Deutschland, Italien, Frankreich und in der Schweiz durchgeführt. Um die Wirksamkeit dieser Viruspräparate möglichst lange zu erhalten, wird es wichtig sein, Strategien zum Resistenzmanagement zu entwickeln, wie man sie auch von chemischen Pflanzenschutzmitteln kennt.