Untersuchungen zu potentiellen ökologischen Effekten von gentechnisch vermittelter Nematodenresistenz auf pflanzengenetische Ressourcen am Beispiel der Zuckerrüben-Wildform (Beta vulgaris ssp. maritima)

Wehres, Ute; Bartsch, Detlef

doi:2058

Untersuchungen zu potentiellen ökologischen Effekten von gentechnisch vermittelter Nematodenresistenz auf pflanzengenetische Ressourcen am Beispiel der Zuckerrüben-Wildform (Beta vulgaris ssp. maritima) = Genetic modification of resistance against nematodes (Heterodera schachtii) and its potential impact on plant genetic resources of wild beet populations (Beta vulgaris ssp. maritima)

Wehres, Ute (Author)

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Ute Wehrens

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

UmfangII, 116 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Bartsch, Detlef (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2007-03-12

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-20589
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62511/files/Wehres_Ute.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Zuckerrübe (Genormte SW) ; Zuckerrübenschädling (Genormte SW) ; Zuckerrübenanbau (Genormte SW) ; Fitness (Genormte SW) ; Ausbreitung (Genormte SW) ; Wildtyp (Genormte SW) ; Gentechnologie (Genormte SW) ; Resistenz (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Transgen (frei) ; Auskreuzung (frei) ; Risikoforschung (frei) ; Sicherheitsbewertung (frei) ; Rübenzystennematode (frei) ; Beta vulgaris ssp. maritima (frei) ; pflanzengenetische Ressource (frei) ; riskassessment (frei) ; wildbeet (frei) ; introgression (frei) ; geneflow (frei) ; potential impact on fitness (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Ziel dieser Arbeit war die Erhebung von Daten zur Beurteilung der biologischen Sicherheit von Zuckerrüben (Beta vulgaris) die mit Hilfe der Gentechnik resistent gegen Nematoden gezüchtet werden könnten. Im Vordergrund steht der Schutz der Verbreitung und genetischen Diversität von Wildrüben (Beta vulgaris ssp maritima), da sie als pflanzengenetische Ressource ein besonderes Schutzgut sind. Ausgewählt für die Untersuchungen dieser Arbeit wurden Wildrüben aus dem Po-Delta der norditalienischen Adriaküste. Diese Populationen sind von besonderem Interesse, da sie in unmittelbarer Nähe zu Saatgutvermehrungsfeldern von Zuckerrüben liegen und durch Genfluss beeinflusst werden könnten. Wildrüben anderer geographischer Herkünfte und Zuckerrüben wurden vergleichsweise untersucht. Es wurden Gewächshausversuche zur phänotypischen Reaktion von Rüben auf Nematodenbefall unter physiologischen Salzstress durchgeführt um das ökologische Verhalten der Pflanzen an ihren natürlichen Standorten an Meeresküsten zu simulieren. Gleichzeitig wurden von verschiedenen Samenherkünften genetische Diversitäts- und Herkunftsbestimmungen durchgeführt (AFLP, CMS-Nachweis). Es wurden folgende Fragestellungen bearbeitet:1. Sind Wildformen von Beta gegenüber Nematodenbefall durch H. schachtii anfällig und wenn ja, haben höhere Bodensalzkonzentrationen an natürlichen Standorten von B. vulg. ssp. maritima einen Einfluss auf die Wirt-Parasit-Interaktion von Nematoden und Rübenpflanzen? Es konnte gezeigt werden, dass die Wildrüben keine natürliche Resistenz gegenüber dem Rübenzystennematoden besitzen. Im Vergleich mit Zuckerrüben zeigte die Wildform aber eine etwas geringere Empfindlichkeit gegenüber dem Nematodenbefall. Bei Salzkonzentration von 1%, die den natürlichen Standortbedingungen an Meeresküsten nahe kommen, sind Wildrüben deutlich schlechter mit Nematoden zu infizieren. Moderate Salzkonzentrationen von 0.5 % fördern dagegen den Befall. In Bodenproben von natürlichen Wildrüben-Standorten konnten keine Nematoden nachgewiesen werden. Aufgrund des fehlenden Nachweises einer Wirt-Parasit Interaktion durch offenbare Abwesenheit des Parasiten sind ökologische Effekte durch gentechnisch erzeugte Nematodenresistenz unwahrscheinlich. 2. Wie hoch ist die genetische Diversität innerhalb der lokalen Population von B. vulg. ssp. maritima und gibt es Anzeichen für Genfluss in Wild-populationen? Erwartungsgemäß ist die genetische Diversität in Wildrüben höher als in Zuckerrüben. Vermutlich aufgrund der jahrhundertlangen Differenzierung sind Wildrüben der italienischen Adriaküste diverser als die erst seit kurzem etablierter Wildrüben an der deutschen Ostseeküste. Die vorliegenden Ergebnisse sprechen für den so genannten „founder effect“ in Pionier-Populationen der Wildrüben. Genetischen Distanzen zwischen den Populationen sind deutlich messbar und sprechen für eine genetische Differenzierung durch geographische Isolation, die nicht durch einen hohen Genfluss nivelliert wird. Genfluss durch Samen kann dennoch zumindest für eine italienische Wildrübenpopulation temporär nachgewiesen (CMS-Nachweis). Die in dieser Arbeit gesammelten Erkenntnisse geben wertvolle Hinweise für die Umweltrisikoprüfung nach der europäischen Richtlinie 2001/18/EG für Zuckerüben mit gentechnisch vermittelter Nematodenresistenz. Ein Genfluss zwischen gentechnisch veränderten Kulturforen der Zuckerrübe (B. vulg. ssp. vulgaris) und Wildformen wie der B. vulg. ssp. maritima wird zwar zu begrenzen, nicht aber grundsätzlich zu vermeiden sein. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit sind nematodenresistente Kulturrüben nach dem derzeitigen Wissensstand kein besonderes Risiko, da der Rübenzystennematode (H. schachtii) in den Wildrübenstandorten fehlt. Dennoch sollte im Hinblick auf die Nutzung von Wildrüben als pflanzengenetische Ressource darauf geachtet werden, die Introgression von „Transgenen“ zu vermindern. Ein besonderes Augenmerk sollte deshalb auf das Management von blühenden Zuckerrüben wie z.B. Entfernung einjähriger Unkrautrüben oder Abstandmaßnahmen bei der Saatgutproduktion gelegt werden.

Hybridization within or across different species in the genus Beta has been widely used for breeding of sugar beet (Beta vulgaris ssp. vulgaris). Interbreeding is easy with sea beet (Beta vulgaris ssp. maritima). The genetic similarity of the sea beet provide a useful source of genetic characters, which could then be transferred to cultivated varieties. More complicated are inter-species crosses with Beta procumbens, but a nematode resistant gene was recently transferred with modern non-GMO as well as GMO breeding methods. However, new genes with a potential impact on fitness characters have entered the Beta vulgaris species gene pool, and natural gene flow and introgression from cultivated sugar beet to wild sea beet plants may have important consequences. Cultivated beet seed production areas are sometimes adjacent to sea beet populations. It is likely that new transgenic or non-transgenic cultivars of sugar beet may hybridize with wild beets in the seed-production areas (f.e. nothern Italy). In this study I used experiments to study the potential ecological role of genes mediating resistance to an important beet pest, the nematode (Heterodera schachtii). This nematode causes a root disease, which decreases sugar quality. The gene of interest (Hs1pro-1) is widespread in Beta procumbens but so far unknown in (Beta vulgaris ssp. maritima). Theoretically, B. maritima should be susceptible to H. schachtii since interbreeding has not provided any source of resistance to cultivated beet. But the potential co-existence of this nematode species with wild B. maritima along seashores has not been studied systematically. Detecting H. schachtii in natural habitats of B. maritima is difficult to perform. I therefore measured the susceptibility of different B. maritima populations under controlled nematode infestation in the laboratory at soil conditions found in natural seashore habitats. These habitats are characterized by moderate to high salt levels in the soil solution. If the fitness of nematodes is negatively effected by high salt conditions, than nematode resistance genes are of minor importance for wild B. maritima seashore populations. Our first results show that B. maritima are susceptible to H. schachtii even under high salt conditions, but exhibit weaker symptoms than cultivated beet. These preliminary results suggest that nematode resistance genes may have a moderate impact on the fitness of B. maritima, if H. schachtii is widespread in natural habits.

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