Freisetzungsbebleitende Sicherheitsforschung an Mais mit multiplen Bt-Genen zur Maiszünsler- und Maiswurzelbohrerresistenz

Teilprojekt: Exposition und Wirkung von Bt-Mais mit multiplen Resistenzgenen für Nematoden

Gesamtziel des Vorhabens

Der ‚stacked’ Maishybrid MON89034xMON88017 gehört zu einer neuen Generation von Bt-Mais mit multiplen, synthetischen Bt-Genen, die gleichzeitig drei verschiedene Cry-Proteine (Bt-Toxine) produzieren (Cry1A.105; Cry2Ab2; Cry3Bb1) und damit gegen zwei verschiede-ne Schädlinge, den Maiszünsler (Ostrinia nubilalis) und den westlichen Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera), resistent sind. Die vom Mais produzierten Bt-Toxine stellen allerdings auch für die Bodenfauna und -mikroflora ein Risiko dar. Nicht-Zielorganismen können durch eine direkte Wirkung der Bt-Toxine, aber auch indirekt durch Veränderungen im Nahrungs-netz beeinträchtigt werden. Man geht aber davon aus, dass durch die sehr spezifische Schädlingsresistenz von transgenem Bt-Mais die Wirkung für Nicht-Zielorganismen geringer ist als beim Einsatz von weniger spezifischen Pestiziden.

Ob und in welchem Maße ein Bodenorganismus direkt von Bt-Toxinen geschädigt werden kann, hängt neben der Sensitivität des Organismus gegenüber Cry-Proteinen, auch von der Exposition des Organismus, bzw. der Bioverfügbarkeit der Cry-Proteine für den Organismus ab. Die Ernährungsweise der Organismen entscheidet darüber, ob im Boden vorhandene Cry-Proteine aufgenommen werden können, da die Aufnahme von Cry-Proteinen (auf Grund der Größe der Moleküle) für mehrzellige Bodenbewohner hauptsächlich über die Nahrung stattfindet.

Im Rahmen des Verbundprojekts „Freisetzungsbebleitende Sicherheitsforschung an Mais mit multiplen Bt-Genen zur Maiszünsler- und Maiswurzelbohrerresistenz“ wurden in diesem Teilprojekt in erster Linie die direkten Effekte von Bt-Mais mit multiplen Resistenzgenen im Vergleich zu Nicht-Bt-Mais und Insektizidbehandlung auf Nematoden in Felduntersuchungen, Mikrokosmos- und Laborexperimenten untersucht werden. Dabei wurde neben der Wirkung auch der Aspekt der Exposition und Bioverfügbarkeit der relevanten Cry-Proteine für Nematoden betrachtet.

Folgende Hypothesen wurden in diesem Vorhaben überprüft:

  • Die vom Bt-Mais produzierten Cry-Proteine (Cry1A.105; Cry2Ab2; Cry3Bb1) bewirken eine Veränderung der Struktur der Nematodenlebensgemeinschaften im Wurzelboden, die sich qualitativ von den Wirkungen der Insektizidbehandlung unterscheidet. 
  • Bt- und Insektizideffekt unterscheiden sich von einem Sorteneffekt.
  • Die Ernährungsweise der Nematoden spielt eine entscheidende Rolle für die Aufnahme der Cry-Proteine in den Körper der Nematoden und dadurch auch für deren Wirkung.
  • Durch die Nahrung aufgenommene Cry-Proteine (Cry1A.105; Cry2Ab2; Cry3Bb1) können an spezifischen Rezeptoren an der Oberfläche des Darms der Nematoden binden und dadurch auf molekularer und eventuell auf organismischer Ebene einen Effekt hervorrufen.

Publikation, die aus dem Forschungsvorhaben entstanden sind:

Höss S, Reiff N, Ottermanns R, Pagel-Wieder S, Dohrmann AB, Tebbe CC, Traunspurger W (2015) Risk assessment of the cultivation of a stacked Bt-maize variety (MON89034 × MON88017) for nematode communities. Soil Biol Biochem 91, 109–118.

Höss S, Menzel R, Gessler F, Nguyen HT, Jehle JA, Traunspurger W (2013) Effects of insecticidal crystal proteins (Cry proteins) produced by genetically modified maize (Bt maize) on the nematode Caenorhabditis elegans. Environ Pollut 2013, 178:147–151.

Höss S, Reiff N, Nguyen H T, Jehle J A, Hermes H, Traunspurger W (2014) Small-scale microcosms to detect chemical induced changes in soil nematode communi-ties – Effects of crystal proteins and Bt-maize plant material. Sci Total Environ, 472, 662–671.