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New commercial EUropean RICE (Oryza sativa) harbouring salt tolerance alleles to protect the rice sector against climate change and apple snail (Pomacea insularum) invasion

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Einführung genetischer Variationen in Reispflanzen zum Schutz vor Klimawandel und Schädlingsbefall

Reis ist eine der wichtigsten Getreidepflanzen der Welt. Europäische Forschende haben durch Schnellzüchtung neuartige Reissorten mit verbesserter Salzverträglichkeit entwickelt, um die Salzempfindlichkeit von Reis zu optimieren und dem Befall durch Schädlinge zu widerstehen.

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Der globale Temperaturanstieg hat die Versalzung in den letzten 50 Jahren insbesondere in Küstengebieten aufgrund des Anstiegs des Meeresspiegels und der Wasserknappheit verstärkt. Der Salzgehalt beeinflusst das Wachstum und die Fortpflanzung von Reispflanzen, was sich negativ auf die Getreideproduktion auswirkt. Gleichzeitig hat sich die Meerwasseraufbereitung als die wirksamste Strategie zur Bekämpfung der Apfelschneckenart der Gattung Pomacea herausgestellt, welche die gesäten Samen und Reispflänzchen auf Reisfeldern fressen, wodurch Verluste in zweistelliger Milliardenhöhe pro Jahr verursacht werden.

Einführung genetischer Variationen in Reispflanzen

Forschende des EU-finanzierten Projekts NEURICE entwickelten kommerzielle Reissorten, um die negativen Auswirkungen der Meerwasseraufbereitung zur Bekämpfung der Apfelschnecke zu überwinden und gleichzeitig die Auswirkungen der Wasserversalzung aufgrund des Klimawandels zu mildern. „Unser Ziel war es, Reislinien zu erhalten, die tolerant gegenüber abiotischem [Salzgehalt] und biotischem [Apfelschnecke] Stress sind“, erklärt Projektkoordinator Salvador Nogués Mestres. NEURICE brachte Fachleute aus verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen wie Biotechnologie, Pflanzenphysiologie, Landwirtschaft und Landwirtschaftsentwicklung, Elektrophysiologie und Zellsignalgebung zusammen. Die Partner wählten aus einer traditionellen indischen Reissorte namens Pokkali, die als eine der salztolerantesten Reissorten der Welt bekannt ist, eine salztolerante Variante namens Saltol aus. Sie kreuzten die Sorte dann über mehrere Runden mit verschiedenen spanischen, französischen und italienischen Elite-Reissorten zurück, während sie die Nachkommen auswählten, welche die Genomregion mit Salzverträglichkeit beibehielten – eine gentechnikfreie Strategie, die als Introgression bekannt ist. Die Salzverträglichkeit dieser Nachkommenspflanzen wurde in Hydrokulturtests unter kontrollierten Gewächshausbedingungen bewertet. Gleichzeitig untersuchten die Forschenden wichtige Mechanismen, die bei der Kontrolle der Salzverträglichkeit auf molekularer, zellulärer und ganzer Pflanzenebene eine Rolle spielen, und sequenzierten Hunderte Reissorten, um neue Gene für die Salzverträglichkeit zu finden. „Es ist eine große Herausforderung, eine Sorte in nur zwei Jahren zurückzukreuzen. Soweit wir wissen, haben wir das schnellste Zuchtprotokoll zur Rückkreuzung aller Zeiten entwickelt“, betont Nogués. Die Forschenden analysierten über 70 DNA-Marker in jeder Generation, um diejenigen Individuen mit dem höchsten Prozentsatz an europäischem Sortengenom auszuwählen, während die für die Salzverträglichkeit verantwortlichen asiatischen Allele beibehalten wurden. Darüber hinaus zwang eine bahnbrechende Schnellzüchtungsmethode mit In-vitro-Embryo-Rettungstechnik unreife Reisembryonen, einen Monat im Voraus zu keimen und drei Generationen pro Jahr zu erreichen. Auf diese Weise wurde eine chromosomale Region erfolgreich eingeführt, indem auf schnellste Weise gezüchtet und transgene Technologien vermieden wurden. Wichtig ist, dass die neuen salztoleranten Reissorten die für die regionale natürliche Umwelt erforderlichen Eigenschaften bewahren. Im Frühjahr 2021 werden die ersten registrierten salztoleranten europäischen Saltol-Sorten für landwirtschaftliche Betriebe auf den Markt kommen.

Die Zukunft salztoleranter Reissorten

Da in Europa zwei Drittel vom konsumierten Reis mit über drei Millionen Tonnen pro Jahr erzeugt werden, ist die Erhaltung der Gesundheit der Reispflanzen für die Landwirtschaft und die Ernährungssicherheit von größter Bedeutung. Die Forschenden entdeckten neue Gene und Allele, die nun genutzt werden können, um die Anpassung europäischer Reissorten an die neuen Bedingungen des Klimawandels wie einen höheren Salzgehalt, höhere Temperaturen und eine geringere Wasserverfügbarkeit zu verbessern. Nogués erklärt hierzu: „Die wichtigste Errungenschaft des Projekts bestand darin, die europäischen Landwirtinnen und Landwirte auf den Apfelschneckenschädling aufmerksam zu machen und zu verhindern, dass er sich auf die wichtigsten europäischen Reisanbaugebiete ausbreitet.“ Durch die Einführung dieser neuartigen salztoleranten europäischen Reissorten kann die Apfelschnecke durch Meerwasseraufbereitung europaweit ausgerottet werden. Dies wird positive ökologische und sozioökonomische Auswirkungen haben sowie weniger wirksame und stark verunreinigende chemische Strategien vermeiden. Das bei NEURICE gewonnene Fachwissen zur Herstellung dieser neuen salztoleranten Reissorten, die Entdeckung neuer salztoleranter Gene und die neuen Sorten selbst fließen in die europäische Reisindustrie und den Reisanbau ein. In Verbindung mit einer Verbesserung der Bewirtschaftungspraktiken wie einer rationellen Wassernutzung und der Umsetzung von Fernüberwachungssystemen für den Salzgehalt wird die Reisproduktion erheblich vorangebracht.

Schlüsselbegriffe

NEURICE, Reis, Salzgehalt, Meerwasseraufbereitung, Apfelschnecke, genetische Variation, Salzverträglichkeit, Introgression

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