Institut für Pflanzenschutz in Ackerbau und Grünland
Fusarium head blight, kurz FHB, ist eine Krankheit von kleinkörnigem Getreide, welche durch verschiedene Fusarium-Arten verursacht wird und große wirtschaftliche Schäden verursacht. Fusarium graminearum und F. culmorum gehören zu den vorherrschenden Erregern von FHB. Der Befall von Getreidekulturen mit Fusarium spp. führt zu einer Kontamination der Körner mit toxischen Stoffwechselprodukten (Mykotoxinen), welche die Lebensmittelsicherheit beeinträchtigen können. F. culmorum gehört zum F. sambucinum-Artenkomplex und ist dazu in der Lage eine Vielzahl von Getreidearten wie Weizen, Mais, Gerste, Hafer, Triticale und Roggen zu infizieren. Befallenes Material enthält häufig die Trichothecen-Mykotoxine Deoxynivalenol (DON) und die Derivate 3-Acetyl-Deoxynivalenol (3-ADON) und 15-Acetyl-Deoxynivalenol (15-ADON) sowie Nivalenol (NIV) und das Derivat Fusarenon X (4-Acetyl-Nivalenol) und das Resorcylsäurelacton Zearalenon (ZEN).Bei einer Untersuchung von F. graminearum-Stämmen an Weizen in Nordamerika wurde im Jahr 2015 ein neues Trichothecen-Mykotoxin vom Typ A, das NX-2, entdeckt. Die Struktur von NX-2 ähnelt der von 3-ADON, aber ihm fehlt eine Carbonylgruppe an C-8. Ein deacetyliertes Derivat von NX-2, NX-3 genannt, wurde ebenfalls entdeckt. Erst kürzlich wurden diese Metaboliten auch in einer noch nicht charakterisierten Spezies des Fusarium sambucinum-Artenkomplexes aus Südafrika gefunden. Die ersten Stämme von F. graminearum aus Nordamerika, die NX-Toxine produzieren, bildeten unter Laborbedingungen keine Trichothecene vom Typ B. Der Mangel an bekannten Trichothecenen motivierte die Untersuchungen, die zur Entdeckung der NX-Toxine führten. Stämme, die NX-2 produzieren, wurden ursprünglich nur sehr selten gefunden, aber eine neuere Studie schätzt, dass 20 % der F. graminearum-Population in den USA NX-2 produzieren. In einer anderen Studie über F. graminearum-Stämme in Kanada wurden unter den Stämmen von F. graminearum, die dem Chemotyp 15-ADON zugeordnet wurden, Produzenten von NX-2 identifiziert. Im Gegensatz zu den Berichten, wonach NX-2-produzierende Stämme aus den USA kein DON, NIV oder deren acetylierte Derivate produziert haben, produzierten die meisten Stämme in ihrer Arbeit NX-2 gleichzeitig mit 15-ADON. In einer Studie, welche vom JKI in Zusammenarbeit mit der Universität in Göttingen veröffentlicht wurde, konnte gezeigt werden, dass die meisten Isolate von F. culmorum, die in Europa und Asien gesammelt wurden, ebenfalls NX-2-Toxin gleichzeitig mit DON und 3-ADON oder NIV produzieren können. Diese wichtige Entdeckung beschränkt sich jedoch aktuell auf die Produktion unter optimalen Temperatur- und Nährstoff-Bedingungen im Labor. Informationen über die Produktion an Pflanzenmaterial gibt es bisher nicht, daher besteht die Annahme, dass NX-Toxine für die Lebens- und Futtermittelsicherheit von geringer Bedeutung sind. Eine Routine-Analyse von NX-Toxinen findet aktuell weder bei Verdacht auf Infektionen mit F. graminearum, noch F. culmorum statt. Es gibt daher weder experimentelle Daten, noch Daten aus einem groß angelegten Monitoring, welche die Bedeutung von NX-Toxinen belegen.Im Projekt Culm-NX werden mittels künstlicher Inokulation Pflanzen fünf verschiedener Getreidearten (Weizen, Gerste, Hafer, Triticale, Mais) gezielt mit zwei F. culmorum Stämmen inokuliert, welche in Laborversuchen eine Anreicherung von NX-Toxinen gezeigt haben. Die Isolate stammen ursprünglich von natürlich infizierten Maiskolben (240.2sp) bzw. Stängeln (59.6st), welche in den Jahren 2018 bzw. 2019 gesammelt wurden. Die Vermehrung der Isolate für die Inokulation erfolgt auf PDA und Haferkörnern im Labor. Für die Inokulation werden die Sporen in einer definierten Konzentration mittels Sprühflasche an 3 aufeinander folgenden Terminen, im Abstand von 1-2 Tagen, auf die Ähren bzw. in die Kolben der Pflanzen appliziert. Die Hauptversuche werden im Gewächshaus durchgeführt. Hinzu kommt ein einjähriger Feldversuch, bei dem zwei Weizenarten mit Sporensuspension der zwei Isolate inokuliert werden. Um ein reduziertes Wachstum der Isolate auf den verschiedenen Pflanzenmatrices zu berücksichtigen, welche ggf. durch die Anpassung an eine einzelne Wirtsart begründet wird, werden alle Proben für die Mykotoxin-Analyse im Vorhinein auch mittels qPCR untersucht. Durch die gezielte Quantifizierung der Pilz-DNA können die Mykotoxinkonzentrationen anschließend auf die Pilzbiomasse in den Proben normalisiert werden. Ziel ist es dadurch die Produktion von NX-Toxinen sowie anderen wichtigen Trichothecenen in Pflanzenmaterial und Erntegut zu bestätigen und ein Risiko für die Lebensmittel- und Futterproduktion abzuleiten.
Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat
