Digitale Landwirtschaft für die Weizenzucht

Was müssen wir im Kampf gegen die Weizen-Blattdürre (Septoria Tritici Blotch, STB) ändern?

Zurzeit konzentriert sich die Branche auf die Bekämpfung des Pilzes mit Pestiziden. Es werden ständig neue Fungizide entwickelt, doch das Resultat ist stets das gleiche: Irgendwann wird der Pilz resistent. Als wir vor einem Versuchsfeld in Eschikon standen, das trotz einer professionellen Behandlung mit der neuesten Fungizidmischung vollständig von STB befallen war, haben wir beschlossen, dass es an der Zeit war, etwas anderes zu versuchen. Wir verlagerten unsere Forschung von der Untersuchung des Pilzes auf die Untersuchung des Wirts und die Frage, wie wir diesen widerstandsfähiger machen können. Dazu identifizierten wir genetische Marker für die Resistenz gegen die Krankheit, die in Weizenzuchtprogrammen genutzt werden können.

Was haben Sie aus der Untersuchung der befallenen Wirte gelernt?

Im Versuchsfeld wurden 335 verschiedene Eliteweizensorten gepflanzt – jede mit anderen genetischen Anlagen, die sich auf die Resistenz gegen STB auswirken. Wir haben die Pflanzen über mehrere Monate beobachtet und konnten zwei unabhängige Komponenten der Resistenz identifizieren: 1) Wie gut sich der Wirt gegen Blattschäden zur Wehr setzt und 2) wie gut der Wirt die Vermehrung des Erregers unterbindet. Letzteres erwies sich als der Schlüssel im Kampf gegen den Pilz.

Was ist an ihrem Ansatz digital?

Um unsere Theorie der verschiedenen Resistenzkomponenten zu überprüfen, brauchten wir viele Daten. Dazu haben wir über 21.420 befallene Blätter vom Feld gesammelt. Es wäre äusserst mühsam, wenn nicht gar unmöglich gewesen, jedes einzelne Blatt mit dem Auge zu untersuchen – ganz zu schweigen von den unvermeidlichen menschlichen Auswertungsfehlern. Also haben wir die Blätter gescannt und die Bildanalyse mithilfe unserer selbst entwickelten Software automatisiert. Mit der grossen Datenmenge von über 8 Millionen Datenpunkten waren wir in der Lage, die Pflanzen zu bestimmen, die der Vermehrung des Erregers am besten standhielten. Anschliessend identifizierten wir genetische Marker für die höchste Resistenz, die in zukünftigen Weizenzuchtprogrammen zum Einsatz kommen können. Ausserdem fanden wir Frühindikatoren, die genutzt werden können, um Schäden am Wirt zu einem späten Zeitpunkt in der Vegetationsperiode vorherzusagen.

Was ist der nächste Schritt?

Wir suchen einen Industriepartner mit entsprechendem Know-how auf dem Gebiet der Robotik, da wir unsere Technologie zur Hochdurchsatz-Phänotypisierung vollständig automatisieren wollen. Ein Roboter kann problemlos Tausende von Einzelblättern sortieren und scannen. So stehen uns mehr Bilddaten zur Verfügung, und wir können bessere Versuche durchführen. Grosse Datenmengen wiederum öffnen die Tür zu einem Maschinenlernalgorithmus zur weiteren Optimierung unserer Bildanalyse. So können wir die widerstandsfähigsten Pflanzen und ihre entsprechenden Resistenzgene noch besser bestimmen. Wir glauben, dass hier der Schlüssel zur Eindämmung der Septoria-Blattdürre liegt.