Pflanzenviren führen zu Ernteverlusten. Gewächshäuser, Handel und Klimawandel verschärfen die Lage. Deshalb wollen Forschende die Viren eindämmen

Die Pflanzen drängen sich in dichten Reihen an mehreren Meter hohen Rankhilfen: Tomaten in einem nieder­ländischen Gewächs­haus

Foto: Viviane Wild/imago

Von Kathrin Burger

Sie sind winzig und können dennoch großen Schaden anrichten: Pflanzenviren. Betroffen sind wichtige Kulturpflanzen wie Reis, Tomaten, Kakao, Bananen, Olivenbäume oder Cassava (Maniok). Zwar befallen die Viren keine tierischen Zellen, sie sind also völlig harmlos für Menschen oder Nutztiere. Sie sorgen jedoch für Ernteausfälle oder unverkäufliche Früchte und verursachen so weltweit Schäden von schätzungsweise 60 Milliarden US-Dollar pro Jahr.

Die Gefahr besteht darin, dass die „stille Pandemie“ lange Zeit leise und für den Landwirt unsichtbar abläuft. Virusinfektionen entwickeln sich oft über Wochen oder Monate. Genau diese Verzögerung zwischen Infektion und Schaden macht die Bekämpfung von Pflanzenviren so schwierig.

Zumal es keine kurierenden Arzneien gegen Pflanzenviren gibt. Gegen Pilze und Bakterienbefall können in der Landwirtschaft vorbeugend Pestizide eingesetzt werden, gegen Pflanzenviren fehlen jedoch solche „Impfungen“. Deshalb hilft nur Vorbeugung auf anderem Wege: virenfreies Saatgut, frühzeitige Erkennung einer Infektion, konsequente Entfernung befallener Pflanzen und strikte Hygieneketten.

Besonders deutlich wird die Dynamik zum Beispiel in modernen Tomatengewächshäusern, wie sie in den Niederlanden, in Belgien oder Norddeutschland zu finden sind. Die Pflanzen drängen sich hier in dichten Reihen an mehreren Metern hohen Rankhilfen. Dadurch entsteht eine Umgebung, in der sich Krankheitserreger – einmal eingeführt – munter verbreiten können.

In der Natur verbreiten Insekten die Viren

So wie etwa das Tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV). Selbst wenn befallene Pflanzen noch Früchte tragen, gelten verfärbte oder deformierte Tomaten oft als nicht verkäuflich. „In schweren Fällen werden bei ToBRFV Ertrags- und Marktverluste von etwa 25 bis 70 Prozent berichtet“, sagt Björn Krenz, vom Leibniz-Institut DSMZ in Braunschweig. „Bei sehr ungünstigen Bedingungen kann theoretisch ein Gewächshausbestand nahezu vollständig betroffen sein.“

Das Virus ist extrem ansteckend, bleibt auf Oberflächen lange infektiös und ist obendrein resistent gegen Hitze und Trockenheit. Die Übertragung erfolgt zum Beispiel beim Ausgeizen und Hochbinden der Pflanzen – Aktivitäten, die im Tomatengewächshaus zur täglichen Routine gehören.

In modernen Gewächshäusern waschen und desinfizieren Mitarbeitende sich darum regelmäßig die Hände. Kleidung und Schuhe werden gewechselt oder in Hygieneschleusen gesäubert. Auch Werkzeuge wie Messer oder Scheren müssen täglich gereinigt werden.

Bestäuber wie Hummeln können ebenso eine Rolle bei der Übertragung im Gewächshaus spielen. In der Natur sind es vor allem Insekten, die Viren verbreiten. Sie saugen den infizierten Pflanzensaft auf und geben die Viren über ihren Speichel bei der nächsten Pflanze, an der sie saugen oder stechen, ab. Manchmal sind Setzlinge oder Saatgut kontaminiert, wodurch die Viren ins Gewächshaus gelangen.

Als das tomatenliebende Virus in Europa im Jahr 2018 das erste Mal auftrat, hat man zunächst versucht, es einzudämmen. Doch das Virus wurde schnell ein globaler Erreger und hält die Gewächshaus- und Saatgutbetriebe auf Trab.

Das weltweit schlimmste Pflanzenvirus

„ToBRFV ist jedoch nicht das weltweit schlimmste Pflanzenvirus“, sagt Krenz. „In Bezug auf die globale Ernährungssicherheit verursachen andere Viren – etwa bei Cassava – deutlich größere Schäden.“ Denn die stärkehaltige Wurzelknolle ist in vielen Regionen Afrikas ein Grundnahrungsmittel. Virusbedingte Ernteausfälle bedrohen dort direkt die Ernährungssicherheit – vor allem in der Subsahara.

Die Cassava-Pflanze stammt ursprünglich aus Südamerika und wurde global verbreitet. Gleichzeitig ist sie extrem anfällig für Viruskrankheiten wie etwa die Cassava brown streak disease (CBSD). Das CBS-Virus befällt die Wurzel, was die Cassava braun verfärbt und ungenießbar macht. „Die Cassava-Braunstreifenkrankheit zählt zu den größten Behinderungen der Maniokproduktion in Afrika“, schreibt James Legg vom International Institute of Tropical Agriculture in Tansania.

Da die Cassava meist auf dem offenen Feld angebaut wird, liegt hier der Fokus nicht auf Hygiene, sondern mehr auf der Züchtung klima- und krankheitsresistenter Sorten. Die Forscherin Samar Sheat hat am DSMZ solch eine virusresistente Cassava entwickelt. Ausgangspunkt war die Entdeckung, dass einzelne südamerikanische Sorten praktisch immun sind gegen die Viren, während afrikanische Sorten anfällig sind.

Sheat und ihr Team haben diese Resistenzen in genetischem Material von Cassava identifiziert. Robuste Sorten wurden dann mit anfälligen, afrikanischen Sorten gekreuzt. So entstanden an das afrikanische Klima angepasste Sorten, denen die gefürchteten Viren nichts anhaben können.

Neben Hygienekonzepten und resistenten Sorten spielt jedoch auch das Aufspüren von Viren in Saat und Setzlingen eine wichtige Rolle. Denn: Saatgut wird zwischen Ländern ausgetauscht, um vorhandene Sorten immer weiter Richtung Ertrag oder Widerstandsfähigkeit zu züchten. Damit der Austausch sicher ohne Viren stattfindet, wird jedes Cassava-Material, bevor es auf Reisen geht, durch das DSMZ geprüft.

Ein weiteres Instrument aus dem Methodenkoffer der Viren-Jäger, das bereits Anwendung findet: Pflanzen werden gezielt mit einem milden Virus infiziert, um sie gegen aggressivere Stämme desselben oder verwandter Viren zu schützen. Dieses Verfahren der „Kreuzprotektion“ wird bereits gegen das Citrus tristeza virus und das Pepino mosaic virus eingesetzt. Es ist zwar umstritten, schließlich werden absichtlich Viren in die Umwelt ausgebracht. Dennoch gibt es bei einigen Viren keine anderen Möglichkeiten. Das Verfahren hat in der Vergangenheit zum Beispiel Millionen Orangenbäume vor dem Fällen und die Plantagenbesitzer vor dem Ruin gerettet.

Immer neue Maßnahmen gegen neue Viren?

Die Forschung geht indes weiter. Man könnte etwa Saatgut mit niedrig dosierter Gamma-Bestrahlung behandeln, um die Viruslast zu reduzieren. Parallel dazu laufen Neuzüchtungen. Unternehmen wie Bayer arbeiten an Tomatensorten mit Resistenz gegen ToBRFV.

Doch wo soll das hinführen? Immer neue Maßnahmen gegen neue Viren? Schließlich wird sich das Problem verschärfen. Aktuelle Forschung zeigt zum Beispiel, dass Pflanzenviren nicht nur übertragen werden, sondern aktiv in die Biologie ihrer Wirtspflanzen eingreifen. Infizierte Pflanzen verändern ihren Stoffwechsel, darunter Zuckerprofile, Blattfarbe und Duftstoffe. Diese Veränderungen können Insekten stärker anziehen und so die Übertragung weiter verstärken.

Auch der Klimawandel verschlimmert das Problem: Hitze und Trockenheit sowie Starkregen schwächen die Pflanzen. Überträger wie die Weiße Fliege freuen sich jedoch über warm-feuchtes Klima und können sich so weiter verbreiten. Parallel dazu ermöglicht der internationale Handel mit allen möglichen Waren eine schnelle Verbreitung von Pflanzenmaterial – im Schlepptau auch Pathogene.

„Wir werden Pflanzenviren nicht aus der Landwirtschaft entfernen können“, sagt Krenz. „Aber wir können lernen, mit ihnen besser zu leben, auch indem wir unsere Anbausysteme so gestalten, dass ein einzelnes Virus nicht gleich zur Krise wird.“ Die Idee, Anbausysteme vielfältiger zu gestalten, verfolgen mittlerweile viele Forschende. Denn man weiß: Je höher die biologische Vielfalt, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Krankheitserreger Wirte finden und sich epidemisch ausbreiten.

Mischkulturen, Fruchtfolgen und Blühstreifen

Die Agrarökologen Christopher Gilligan und Ruairí Donnelly von der Universität Cambridge haben zum Beispiel untersucht, wie resistente und anfällige Cassava-Sorten kombiniert werden können. Denn resistente Pflanzen wirken als „Schutzschild“, während anfällige, aber ertragreiche Sorten weiterhin angebaut werden können. Viren können sich in solchen Kulturen nicht so schnell ausbreiten und Erträge bleiben erhalten.

Ein weiteres Beispiel ist der Anbau von Mischkulturen. Dabei stehen etwa Cassava und Mungbohnen gemeinsam auf einem Feld. In der Lake-Zone in Tansania konnte gezeigt werden, dass durch diese Koexistenz die Weiße Fliege erheblich reduziert wurde. Diese Fliege überträgt auch die Cassava-Mosaik-Krankheit.

Neben Mischkulturen gelten auch Fruchtfolgen oder Blühstreifen und Hecken an Äckern als wirksame Maßnahmen für eine artenreiche und resistente Landwirtschaft. „Um Anpassungsfähigkeit und Ausbreitung von Viren zu reduzieren, sind vielfältigere Anbaustrukturen nötig“, so Gilligan.Kathrin Burger