Zusammenfassung:
Eine schwere Krankheit, die die Kakaoindustrie weltweit bedroht, könnte kurz vor der Wende stehen. Ein Forschungsteam der Pennsylvania State University in den Vereinigten Staaten gab bekannt, dass sie durch eine Kombination aus Genbearbeitung und traditionellen Züchtungstechniken Kakaopflanzen entwickelt haben, die resistenter gegen die „Schwarzschotenkrankheit“ sind. In Labortests reduzierte die Veränderung von nur zwei DNA-Basen im Kakaogenom das Auftreten der Krankheit um etwa 42 % und weckte neue Hoffnung, die weltweite Versorgung mit Schokolade in der Zukunft sicherzustellen.
Die Schwarzschotenkrankheit gilt als eine der verheerendsten Krankheiten, mit denen die globale Kakaoindustrie konfrontiert ist. Die durch einen schimmelähnlichen Erreger verursachte Krankheit verursacht derzeit schätzungsweise 30 % jährliche Verluste in der weltweiten Kakaoproduktion. Gleichzeitig erschweren veränderte Niederschlagsmuster, steigende Luftfeuchtigkeit und andere durch den Klimawandel verursachte Umweltbelastungen den Kakaoanbau zunehmend. Da Millionen von Bauern auf der ganzen Welt für ihren Lebensunterhalt auf den Kakaoanbau angewiesen sind, geben damit verbundene Probleme Anlass zur Sorge hinsichtlich der Stabilität der künftigen Schokoladenversorgung.
Das Forschungsteam gab an, dass die neu entwickelte Kakaosorte unter Laborbedingungen eine deutlich erhöhte Krankheitsresistenz aufwies. Forscher nutzen Gen-Editing-Technologie, um die natürlichen Abwehrmechanismen der Pflanze zu stärken, anstatt fremde Gene einzuführen. Anschließend verwendeten sie traditionelle Kreuzungen, um die mit den Genbearbeitungswerkzeugen verbundene Fremd-DNA vollständig zu entfernen, sodass die endgültigen Pflanzen nur vorteilhafte Mutationen enthielten.
Diese Forschung baut auf jahrzehntelanger Kakaoforschung an der Penn State auf. Mark Giltinan, Professor für Gartenbaubotanik und einer der Projektleiter, wies darauf hin, dass Verbraucher normalerweise nur fertige Schokoladenprodukte in den Regalen der Geschäfte sehen, sich jedoch selten darüber im Klaren sind, dass die dahinter stehenden Nutzpflanzen und Industrien vor großen Herausforderungen stehen. Das Forschungsteam hofft, weitere Tools zu entwickeln, die den Erzeugern dabei helfen, weiterhin Kakao auf nachhaltige und kostengünstige Weise zu produzieren.
Forscher sagten, dass Kakao im Amazonas-Regenwald beheimatet ist und seit langem unter dem Blätterdach des Tropenwaldes wächst und daher besonders empfindlich auf Umweltveränderungen reagiert. Heutzutage wird Kakao in großem Umfang in tropischen Gebieten Afrikas, Asiens und Lateinamerikas angebaut, doch die Umweltbedingungen in diesen Gebieten unterscheiden sich oft stark von denen in seinem natürlichen Lebensraum. Veränderungen bei Niederschlag, Temperatur und Luftfeuchtigkeit wirken sich nicht nur auf die Erträge aus, sondern können auch das Risiko von Krankheitsausbrüchen erhöhen.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Kakaobaumzucht sehr langsam verläuft. Normalerweise dauert es etwa drei Jahre, bis die Pflanze reif ist und mit der Samenproduktion beginnt, und oft dauert es Jahrzehnte, bis eine neue Sorte gezüchtet und bewertet ist. Im Gegensatz dazu verändert sich das Klima viel schneller, als Bäume sich auf natürliche Weise anpassen können. Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass moderne Technologien wie die Genbearbeitung den Züchtern helfen können, diese Herausforderungen schneller zu bewältigen.
In einer im Journal of Plant Biotechnology veröffentlichten Studie verwendeten Wissenschaftler Genomsequenzierung, CRISPR-Genbearbeitung und traditionelle Kreuzungen, um auf ein Gen namens TcNPR3 abzuzielen. Dieses Gen fungiert oft als „Bremse“ für das Immunsystem der Pflanze. Durch die Feinabstimmung aktivierten die Forscher teilweise die natürliche Abwehrreaktion des Kakaobaums und erlangten so einen besseren Schutz gegen das Eindringen von Krankheitserregern.
Überraschenderweise war die genetische Veränderung äußerst gering. Die Forscher führten kein völlig neues krankheitsresistentes System in die Pflanze ein, sondern optimierten lediglich ihren ursprünglichen Mechanismus. In ihrem erfolgreichsten Fall veränderten sie nur zwei der rund 450 Millionen Kakaobasen. Es ist eine so kleine Änderung, die in einer Laborumgebung eine Krankheitsreduktionswirkung von etwa 42 % erzielte.
Da aus der endgültigen Pflanze sämtliche fremde DNA entfernt wurde, gilt diese Art von Kakaopflanze nach den aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen in den Vereinigten Staaten und der Europäischen Union nicht mehr als gentechnisch veränderter Organismus im herkömmlichen Sinne. Forscher glauben, dass diese Funktion in Zukunft zur Förderung und Anwendung verwandter Sorten beitragen wird.
Das Forschungsteam betonte jedoch auch, dass die Laborergebnisse möglicherweise nicht vollständig die reale Pflanzumgebung widerspiegeln. Sie arbeiten derzeit mit dem US-Landwirtschaftsministerium zusammen, um Feldversuche in Hawaii und Puerto Rico durchzuführen, um zu bewerten, wie sich diese verbesserten Pflanzen unter tatsächlichen landwirtschaftlichen Bedingungen verhalten. Erst nach einer Langzeitprüfung kann festgestellt werden, ob es sich um einen kommerziellen Pflanzwert handelt.
Um Forschungsergebnisse auf den Markt zu bringen, hat die Pennsylvania State University eine Lizenzvereinbarung mit AgroNetica unterzeichnet, einem Unternehmen, das sich auf die Entwicklung von Kakaobiotechnologie konzentriert. Das Unternehmen hat die kommerziellen Entwicklungsrechte für die relevanten krankheitsresistenten mutierten Pflanzen erhalten und plant, die Folgetests fortzusetzen, den Züchtungsumfang zu erweitern und die verbesserten Sorten schließlich den Erzeugern in Kakao produzierenden Ländern anzubieten.
Die Umsetzung von Laborergebnissen in neue Nutzpflanzensorten, die Landwirte in großem Umfang anbauen können, erfordert laut Forschern erhebliche Investitionen und Jahre. Die Pflanzen müssen nicht nur weiteren Tests unterzogen werden, sondern auch Systeme für die Vermehrung und kommerzielle Verbreitung in großem Maßstab etablieren, die häufig über die Möglichkeiten universitärer Forschungseinrichtungen hinausgehen. Daher ist die Einbindung von Industriepartnern von entscheidender Bedeutung.
Tatsächlich ist dieses Ergebnis auch das Ergebnis langfristiger Investitionen in das Cocoa Molecular Biology Project der Pennsylvania State University. Das Projekt begann in den 1980er Jahren und hat in den letzten Jahrzehnten eine Reihe wichtiger biotechnologischer Werkzeuge etabliert, wichtige genetische Signalwege untersucht und sich zu einem der weltweit führenden Kakaoforschungszentren entwickelt. Diese langfristigen Ansammlungen legten letztendlich den Grundstein für die heutigen Ergebnisse der Genbearbeitung.
Zusätzlich zur Krankheitsresistenz plant AgroNetica in Zukunft auch die Entwicklung weiterer verbesserter Eigenschaften, darunter die Verbesserung der Hitze- und Trockenheitstoleranz, die Reduzierung der Cadmiumansammlung, die Kultivierung einer kompakten Baumstruktur, die sich besser für die maschinelle Bewirtschaftung eignet, die Verkürzung der Zeit bis zur ersten Fruchtbildung und sogar die Entwicklung koffeinfreier Kakaosorten. Diese Ziele befinden sich jedoch noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium und haben sich noch nicht als Vorteile bestehender krankheitsresistenter Sorten erwiesen.
Das Forschungsteam stellte fest, dass die Herausforderungen, vor denen die Kakaoindustrie steht, nicht sofort gelöst werden, da sich der Klimawandel weiter verschärft und sich Krankheitserreger und Anbauumgebungen weiter verändern. Es wird erwartet, dass beschleunigte Züchtungs- und Genbearbeitungstechnologien in Zukunft eine immer wichtigere Rolle dabei spielen werden, Landwirten dabei zu helfen, ihre Erträge zu steigern, Verluste zu reduzieren und sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen.
Die Forscher betonten, dass ihr oberstes Ziel nicht nur darin besteht, einen technologischen Durchbruch zu erzielen, sondern praktische Probleme für Landwirte zu lösen. Diese Forschung wird wirklich erfolgreich sein, wenn diese Innovationen den Landwirten helfen, Verluste zu reduzieren, die Produktivität zu steigern und sich schneller an veränderte Umweltbedingungen anzupassen.
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