Breeding maize genotypes for fall armyworm (Spodoptera frugiperda Lepidoptera: Noctuidae) resistance through conventional approaches: A systematic review

Mais ist das Lebenselixier der Ernährungssicherheit für hunderte Millionen Menschen in ganz Subsahara-Afrika; es stellt die primäre Energiequelle für das tägliche Leben dar und sichert die Lebensgrundlagen von Kleinbauern. Doch diese lebenswichtige Nutzpflanze sieht einem unerbittlichen Feind gegenüber: dem Heerwurm (Fall Armyworm), einem Falter, dessen Larven Blätter und Stängel mit erschreckender Geschwindigkeit verschlingen. Seit dieser Schädling im Jahr 2016 in die Region kam, hat er sich rasant ausgebreitet und droht, Ernten vernichtet und Hunger zu vertiefen. Während die Landwirte versucht haben, mit chemischen Spritzmitteln dagegen anzukämpfen, scheitern diese oft, schaden der Umwelt und sind für die ärmsten Familien zu teuer. Wissenschaftler wissen seit langem, dass die nachhaltigste Verteidigung innerhalb der Pflanze selbst liegt. Durch die Züchtung neuer Maissorten, die eine natürliche Resistenz gegen den Wurm besitzen, hoffen Forscher, einen Schutzschild zu schaffen, der nichts kostet bei der Anwendung und in jeder Saison wirkt. Dieser Ansatz beruht auf der natürlichen genetischen Vielfalt des Maises, indem Pflanzen ausgewählt und gekreuzt werden, die Anzeichen von Widerstandsfähigkeit gegen das Insekt zeigen, anstatt sich auf teure Technologie oder Chemikalien zu verlassen.

Eine aktuelle systematische Übersichtsarbeit von Kambale Mbusa Héritier führt Jahrzehnte verstreuter Forschung zusammen, um genau aufzuzeigen, wie diese traditionelle Züchtung gegen den Heerwurm in Afrika funktioniert. Der Autor untersuchte tausende wissenschaftliche Aufzeichnungen und grenzte diese auf achtundvierzig qualitativ hochwertige Studien ein, die sich spezifisch auf die Maiszucht durch konventionelle Methoden konzentrierten. Das Ziel war zu verstehen, welche Züchtungstechniken effektiv sind, welche Pflanzensorten den Schlüssel zur Resistenz halten und welche Hindernisse dem Weg dieser Samen in die Hände der Landwirte im Wege stehen. Die Übersicht bestätigt, dass trotz der schwierigen Aufgabe stetige Fortschritte erzielt werden. Forscher haben herausgefunden, dass Resistenz im Mais kein einzelner Schalter ist, den man einfach umlegen kann, sondern ein komplexes Merkmal, das von vielen verschiedenen Genen gesteuert wird, die zusammenwirken. Dies bedeutet, dass die Verteidigung eher partiell als absolut ist; die Pflanze wird nicht immun, aber sie kann dem Angriff gut genug standhalten, um dennoch eine Ernte zu produzieren.

Die Studie hebt hervor, dass die erfolgreichsten Zuchtprogramme spezifische Paarungsstrategien nutzen, um die besten Merkmale verschiedener Elternpflanzen zu kombinieren. Wissenschaftler verwenden Methoden wie die rekurrenten Selektion, bei der sie wiederholt die besten Überlebenden kreuzen und auswählen, um eine Population aus robusten Pflanzen aufzubauen, oder die Rückkreuzung, bei der sie eine resistente Pflanze mit einer ertragreichen kreuzen, um die Resistenz zu übertragen, ohne die Qualität der Frucht zu verlieren. Die Forschung zeigt, dass sowohl „additive“ Effekte, bei denen Gene einfach ihre Stärke aufsummieren, als auch „nicht-additive“ Effekte, bei denen Gene auf überraschende Weise interagieren, um neue Stärken zu erzeugen, eine Rolle dabei spielen, wie gut eine Pflanze gegen den Wurm resistent ist. Aufgrund dieser Komplexität müssen Züchter ihre Werkzeuge sorgfältig wählen. Wenn die Resistenz hauptsächlich von Genen stammt, die sich aufsummieren, konzentrieren sie sich auf die Verbesserung der gesamten Population. Wenn die Resistenz aus spezifischen Kombinationen von Eltern stammt, konzentrieren sie sich auf die Erzeugung von Hybridsaatgut, das diese kraftvollen Paarungen ausnutzt.

Die Übersicht identifiziert mehrere spezifische Quellen der Resistenz, die sich als effektiv erwiesen haben. Viel des genetischen Materials stammt von internationalen Forschungszentren wie CIMMIT und IITA, die jahrelang resistente Maislinien gegen andere ähnliche Schädlinge, wie etwa den Stängelbohrer, entwickelt haben. Es stellt sich heraus, dass Pflanzen, die gegen eine Art von Wurm gezüchtet wurden, oft eine natürliche Fähigkeit besitzen, auch gegen den Heerwurm zu kämpfen. Spezifische Linien, wie die als CML71 und CML125 bezeichneten, haben sich als starke Kandidaten für die Resistenz herausgestellt. Diese Pflanzen weisen oft Merkmale wie „Antibiosis“ auf, was bedeutet, dass die Pflanze Substanzen produziert, die das Wachstum des Wurms schädigen, oder „Nicht-Präferenz“, wobei die Pflanze dem Insekt einfach nicht richtig riecht oder schmeckt, was dazu führt, dass es die Kultur vermeidet. Interessanterweise produzieren viele der bisher gefundenen resistenten Sorten weißes Korn, das von lokalen Landwirten bevorzugt wird, obwohl der genaue Mechanismus hinter ihrer Resistenz noch Gegenstand laufender Untersuchungen ist.

Trotz dieser Erfolge ist der Weg nach vorn nicht ohne erhebliche Hürden. Die Übersicht zeichnet ein klares Bild der Herausforderungen, vor denen afrikanische Zuchtprogramme stehen, die oft mit begrenzter Finanzierung, einem Mangel an spezialisierter Ausrüstung und einem Mangel an geschulten Experten zu kämpfen haben. Die Erstellung einer resistenten Sorte erfordert das Testen von Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen, in denen sie absichtlich mit Würmern infiziert werden – ein Prozess, der arbeitsintensiv ist und spezielle Einrichtungen erfordert, die in vielen Teilen der Region selten sind. Zudem gilt die Resistenz, die eine Pflanze an einem Ort zeigt, nicht zwangsläufig auch an einem anderen Ort, da Wetter- und Bodenbedingungen beeinflussen können, wie die Pflanze und der Schädling interagieren. Das bedeutet, dass eine Sorte, die in Kenia gut funktioniert, in der Demokratischen Republik Kongo versagen kann, weslich die Züchter ihre Arbeit über viele verschiedene Umgebungen hinweg testen müssen, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Das Papier stellt zudem fest, dass moderne Technologien wie die genomische Selektion und das Gene Editing zwar aufregende Möglichkeiten bieten, um den Prozess zu beschleunigen, ihr Einsatz in Subsahara-Afrika jedoch durch regulatorische Barrieren und Infrastrukturdefizite begrenzt bleibt. Vorerst bleibt der zuverlässigste Weg nach vorn die sorgfältige, traditionelle Arbeit des Kreuzens von Pflanzen und der Auswahl der besten Nachkommen. Die Übersicht kommt zu dem Schluss, dass die konventionelle Zucht nicht nur eine praktikable, sondern eine essenzielle Option ist, um die Ernährung in Afrika zu sichern. Sie legt nahe, dass durch die Kombination der besten verfügbaren genetischen Ressourcen mit verbesserten Testmethoden und besserer regionaler Zusammenarbeit Wissenschaftler weiterhin Maissorten entwickeln können, die robust genug sind, um dem Heerwurm zu trotzen. Die Arbeit ist noch lange nicht abgeschlossen und der Schädling bleibt eine ernsthafte Bedrohung, aber die systematische Bemühung, die körpereigenen Abwehrmechanismen der Pflanze zu nutzen, bietet eine realistische und nachhaltige Hoffnung für die Zukunft der afrikanischen Landwirtschaft.