A novel barley leaf rust resistance locus, distinct from Rph5 and Rph7, identified on barley chromosome 3HS

Gerste ist ein Grundnahrungsmittel, das Millionen von Menschen ernährt, doch ihre Ernte steht unter ständigem Beschuss durch einen gemeinsamen Feind: den Braunrost. Diese Krankheit, die durch einen mikroskopisch kleinen Pilz verursacht wird, greift die Blätter der Pflanze an, stiehlt Nährstoffe und Wasser, was zu erheblichen Verlusten sowohl beim Kornertrag als auch bei dessen Qualität führt. Für Landwirte ist die Bedrohung real und beständig. Um sich zur Wehr zu setzen, schauen Wissenschaftler auf die eigenen Abwehrmechanismen der Pflanze. Im Laufe der Zeit haben Züchter spezifische Gene innerhalb der Gerste gefunden, die wie Schilde wirken und den Pilz stoppen, bevor er Fuß fassen kann. Der Pilz ist jedoch clever und entwickelt sich schnell weiter, wodurch er die bestehenden Schilde oft umgeht. Das bedeutet, dass das Finden neuer, einzigartiger Quellen der Resistenz unerlässlich ist. Es geht nicht nur darum, einen Schild zu haben, sondern darum, eine andere Art von Schild zu besitzen, den der Pilz noch nicht zu brechen gelernt hat. Die Diversifizierung dieser genetischen Abwehr hilft dabei, die Gerstenfelder produktiv zu halten, ohne stark auf chemische Spritzmittel angewiesen zu sein.

In einer kürzlich durchgeführten Studie richteten Forscher ihre Aufmerksamkeit auf sechs verschiedene Gerstensorten, die aus dem Nahen Osten stammen – einer Region, die für ihre reiche Geschichte der landwirtschaftlichen Vielfalt bekannt ist. Sie wollten sehen, ob diese spezifischen Pflanzen neue Geheimnisse gegen den Braunrost-Pilz bereithielten. Als sie die Pflanzen testeten, fanden sie heraus, dass alle sechs Sorten der Krankheit in jeder Phase ihres Wachstums widerstehen konnten, eine Eigenschaft, die als All-Stage-Resistenz (Resistenz in allen Stadien) bekannt ist. Dies war ein vielversprechender Anfang, aber die Forscher mussten die genetische Maschinerie dahinter verstehen. Durch die Kreuzung dieser resistenten Pflanzen mit anfälligen Sorten und die Untersuchung der Nachkommen entdeckten sie, dass die Resistenz auf zwei verschiedene Arten funktionierte. Bei vier der Sorten rührte der Schutz von der Kombination zweier verschiedener Gene her, die zusammenarbeiteten. In den anderen zwei Sorten war ein einzelnes Gen für die Abwehr verantwortlich.

Das Team konzentrierte sich dann auf zwei dieser Sorten, um genau zu bestimmen, wo diese Schutzgene auf der genetischen Landkarte der Gerste liegen. Bei der Sorte, die als AGG-137 bekannt ist, grenzten sie den Ort auf einen spezifischen Abschnitt auf Chromosom 3HS ein. Unter Verwendung einer detaillierten Referenzkarte des Gersten-Genoms identifizierten sie, dass das Resistenzgen in einer Region liegt, die von 3,62 bis 9,83 Millionen Basenpaaren reicht. Dieses Gen, das sie vorläufig RphAGG-137 nannten, stellte sich als etwas Neues heraus. Die Forscher verglichen es mit bekannten Resistenzgenen, speziell Rph5 und Rph7, die ebenfalls auf demselben Chromosom zu finden sind. Ihre Analyse bestätigte, dass dieses neue Gen sich von beiden unterscheidet. Interessanterweise ergaben weitere Tests, dass diese spezielle Gerstensorte tatsächlich zwei Abwehrmechanismen besitzt: das neu entdeckte Gen neben einem älteren, bekannten Gen namens Rph2. Diese Kombination bietet eine robuste Schutzschicht, die anders ist als das, was bisher gesehen wurde.

Die zweite Sorte, AGG-72, bot eine andere Geschichte. Ihr Resistenzgen, das die Forscher RphAGG-72 nannten, befand sich auf einem völlig anderen Chromosom, Chromosom 4H. Der spezifische Bereich, den sie identifizierten, erstreckt sich von 554,68 bis 577,32 Millionen Basenpaaren. Dieser Standort ist signifikant, da er sich mit den bekannten Positionen von zwei anderen Resistenzgenen überschneidet, Rph21 und RphCas, die zuvor in anderen Gerstenarten identifiziert wurden. Die Daten legen nahe, dass die Resistenz in AGG-72 entweder eines dieser beiden bekannten Gene ist oder ein völlig neues Gen, das zufällig in derselben Nachbarschaft lebt. Die Forscher haben noch nicht endgültig entschieden, welche dieser drei Möglichkeiten zutrifft, aber sie haben das Gebiet, in dem die Antwort liegt, klar kartiert. Durch die Identifizierung dieser spezifischen Orte und die Bestätigung, dass mindestens eines dieser Gene einzigartig ist, liefert die Studie Pflanzenzüchtern frische Zielpunkte, um Gerstensorten zu entwickeln, die der stetig wechselnden Bedrohung durch Braunrost standhalten können.