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Bayer CropScience at the "Perspective on Innovation 2006"
New approaches to problems in the fields of mycotoxin and stress tolerance research Innovation is the key to long-term success in the crop science market

Neue Lösungsansätze aus den Bereichen Mykotoxin- und Stresstoleranz-Forschung Innovation ist Schlüssel zu nachhaltigem Erfolg im Crop Science-Markt
Leverkusen, Germany
October 31, 2006

Bayer CropScience held a workshop at "Bayer‘s Perspective on Innovation 2006" to present new research approaches in the field of plant health. The event focussed on the topics of "Securing harvests and healthy food: The fight against mycotoxins" and "Plants under stress: Helping crops grow under difficult conditions". Both subjects belong to the main areas of research at Bayer CropScience which, with an R&D budget of around EUR 630 million in 2006, is one of the most research-intensive companies in the industry.

"For us, innovation is the central key to long-term success in the market for agrochemicals, seeds and plant biotechnology," explained Dr. Alexander Klausener, Head of Research in the Executive Committee of Bayer CropScience AG. The company is therefore planning extensive investments in research and development in the coming years, with the annual budget scheduled to rise to EUR 750 million by 2015. Bayer CropScience’s focus is on the development of innovative crop protection products and novel plant traits.

New options in the fight against mycotoxins

One particular challenge facing the crop protection industry at present is the fight against Fusarium in international cereal growing. Fusarium is a species of mold that frequently occurs in cereals, animal feed and food.
Dr. Isolde Häuser-Hahn, who is responsible for Product-related Research in the Fungicides Business Unit of Bayer CropScience AG, explained: "Infestation of cereals with Fusarium is a worldwide problem with complex repercussions for agriculture in the countries affected. It is estimated that the economic damage in North America alone amounts up to US$ 1 billion each year."

Most varieties of Fusarium are plant parasites that can form fungal toxins known as mycotoxins. Mycotoxins in food can cause massive problems for humans and animals, including acute symptoms of poisoning, nerve damage, immune disorders and an increased risk of cancer. For this reason, the European Union, for example, recently specified threshold limits for certain toxins in unprocessed cereals. For efficient control of the pathogen, it is necessary to employ a combination of all the crop management techniques to rule out the risk of infestation of cereals as far as possible, thus preventing the formation of mycotoxins.

In her presentation, Isolde Häuser-Hahn described prothioconazole, Bayer CropScience’s cereals fungicide that is currently in the launch phase, as the "new gold standard in Fusarium control". Studies have confirmed that this active ingredient from the new chemical class of triazolinthiones is markedly more effective against fusariosis than other products available in the market so far. Products based on prothioconazole such as Proline®, Prosaro® and Input®, also perform better than reference compounds from the azole class of substances in reducing levels of harmful mycotoxins, added Häuser-Hahn.

High-precision rapid test for cereal diagnosis developed

During the workshop, the Bayer CropScience scientist also presented a new, high-precision, rapid diagnostic test for mycotoxins. Existing tests to determine potential contamination with toxins either take too long, require expensive testing equipment or are relatively imprecise, explained Häuser-Hahn, as they are unable to provide quantitative information on the toxins. This will soon be a thing of the past, however: specialists at Bayer CropScience and Bayer Technology Services are currently developing a measurement device that can provide precise results within 20 minutes. The device is based on a tiny biochip using planar waveguide technology which Bayer is also developing for medical diagnostic applications. The chip can test for several toxins at the same time and other diagnostic applications in the food industry are also feasible. Häuser-Hahn expects that this diagnostic kit will be available on the market within the next three years.

Research to help plants cope with stress better

The second part of the workshop on plant health was dedicated to the topic of "Plants under stress: Helping crops grow under difficult conditions".

Just like humans and animals, plants are exposed to numerous stress factors. Plant growth can be severely compromised by both biotic and abiotic stress factors. These stress factors can reduce the optimal achievable yield of plant crops by up to 80 percent. Biotic stress factors include, for example, attacks by insects, fungi, weeds, bacteria or viruses and can cause large yield losses in agriculture unless specific cop protection agents are employed to defend against these dangers. Modern crop protection research has already achieved a high standard of therapy to combat biotic factors, but much less research has been conducted into abiotic stress resistance. However, abiotic stress factors such as drought, heat, cold or soil salinity are the cause of sometimes dramatic yield losses in many regions of the world.

In order to safeguard high harvest yields and the good quality of plant-based products, Bayer CropScience is conducting two specific research projects into abiotic stress control: one approach based on classic active ingredient synthesis and one solution model based on the application of plant biotechnology.

Imidacloprid: much more than just the world’s best-selling insecticide

Dr. Wolfgang Thielert, responsible for Product-related Research in the Insecticides Business Unit at Bayer CropScience in Monheim, Germany, first outlined the findings of recent research into imidacloprid, a conventional crop protection agent first launched by Bayer CropScience in 1994. Marketed under brands such as Confidor®, Gaucho® and Admire®, the compound achieves annual sales of about EUR 600 million, making it the world’s best-selling insecticide. Studies carried out in the context of an international research cooperation project with scientists from Germany, Belgium, the Netherlands and the United States have shown that imidacloprid confers a special protective effect against stress.

"Even in the absence of plant infestation with insects, imidacloprid markedly improves the growth picture and also demonstrated positive effects on crop yields," explained Thielert in regard to the research findings.
Studies of barley and cotton exposed to drought stress, for example, showed that plants treated with imidacloprid exhibited greater leaf growth even during the drought phase and were therefore able to generate more energy for production of the yield over an extended period of time.

"What was also surprising was that the plants treated with imidacloprid also produced markedly more endogenous proteins to defend themselves against fungal diseases. Imidacloprid therefore not only exerts its verifiable insecticidal action but also a supportive, fungicidal and stress-reducing protective effect," said Thielert in summary of the properties of imidacloprid.

Bayer CropScience recently started marketing imidacloprid-based active ingredient formulations in combination with the new O TEQ formulation technology specially developed for this application under the label "Confidor® Stress Shield Inside". This novel formulation technology combines the benefits of a suspension with the biological advantages of an emulsion, and reliably transports the active ingredient into the plant. The active ingredient strengthens the plant’s resistance to stress factors and helps to improve its health, thus safeguarding yields in terms of both quality and quantity. Added Thielert, "The name ‘Stress Shield’ graphically symbolizes the contribution that a product like Confidor® OD can make to maintaining crop health."

New strategies in stress research: the PARP metabolic pathway

Dr. Michael Metzlaff, Head of the Crop Productivity research group at Bayer CropScience’s Innovation Center in Gent, Belgium, then explained the latest findings on the development of stress in plants and outlined a specific plant biotechnology approach towards improving stress tolerance which is currently being investigated by Bayer CropScience.

Plants react to stress by consuming large quantities of energy which can then no longer be used for vital physiological processes such as growth and carbon fixation in photosynthesis, explained Metzlaff to the audience at the workshop. The effects of moderate stress over extended periods of time or short-term episodes of extreme stress can completely drain the plant’s energy reserves. The result can be irreversible damage to the plant or even death, said the Gent-based researcher.

Bayer CropScience’s plant biotechnology research is therefore looking for new ways to counteract the loss of energy in plants under stress. This research aims to improve crop performance and thus boost both yields and product quality. A key protein in the stress response of all higher organisms, including plants, is what is known as PARP [poly(ADP-ribose)polymerase]. PARP controls the activity of several proteins involved in the stress response and consumes a great deal of biological energy in doing so.

In trials involving oilseed rape plants, Dr. Metzlaff’s research group has succeeded in reducing the PARP activity to a level which provides the plant with adequate protection against stress yet simultaneously offers significant energy savings. Numerous laboratory tests have confirmed that the plants with fewer PARP proteins were better able to survive drought, high-intensity light, heat and cold than reference plants with a high PARP protein content. The research team used a novel technology known as gene silencing or RNAi to reduce PARP activity.

Said Dr. Metzlaff, "Field trials in 2005 and 2006 have shown that oilseed rape plants with a reduced PARP protein level are better able to withstand drought conditions. "In addition, field trial results for the summer 2006 harvest show a significant relative yield difference. We will further investigate this effect in the course of the project." Bayer CropScience is currently conducting research work with the new RNAi-PARP technology in corn, cotton, oilseed rape and rice, with the objective of developing a new generation of stress-tolerant, high-performance crop varieties. Metzlaff believes that it may be possible to launch this technology on the market within the next ten years. Bayer CropScience is also currently investigating the possibility of combining the ‘Stress Shield’ effect of imidacloprid with new, stress-tolerant plant varieties from the company’s breeding research, as dual protection against stress for crops.

Bayer CropScience, a subsidiary of Bayer AG with annual sales of about EUR 6 billion, is one of the world’s leading innovative crop science companies in the areas of crop protection, non-agricultural pest control, seeds and plant biotechnology. The company offers an outstanding range of products and extensive service backup for modern, sustainable agriculture and for non-agricultural applications. Bayer CropScience has a global workforce of about 19,000 and is represented in more than 120 countries.


Bayer CropScience auf der "Innovationsperspektive 2006"
Neue Lösungsansätze aus den Bereichen Mykotoxin- und Stresstoleranz-Forschung Innovation ist Schlüssel zu nachhaltigem Erfolg im Crop Science-Markt


Leverkusen - Im Rahmen der "Bayer-Innovationsperspektive 2006" stellte der Teilkonzern Bayer CropScience in einem Workshop neue Forschungsansätze aus dem Bereich der Pflanzengesundheit vor. Im Mittelpunkt der Veranstaltung standen die Themen "Ernten und gesunde Ernährung sichern - der Kampf gegen Mykotoxine" sowie "Gestresste Pflanzen - Wachstum unter schwierigen Bedingungen verbessern". Beide Felder gehören zu den Forschungsschwerpunkten von Bayer CropScience, das mit F&E-Budget von rund 630 Millionen Euro im Jahr 2006 zu den forschungsintensivsten Unternehmen seiner Branche zählt.

"Innovation ist für uns der zentrale Schlüssel für nachhaltigen Erfolg im Markt für Agrarchemikalien, Saatgut und Pflanzenbiotechnologie", erläuterte Dr. Alexander Klausener, im erweiterten Vorstand der Bayer CropScience AG zuständig für Forschung. Daher plant das Unternehmen auch in den kommenden Jahren erhebliche Investitionen in Forschung und Entwicklung, die bis zum Jahr 2015 auf jährlich rund 750 Millionen Euro ansteigen sollen. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Entwicklung innovativer Pflanzenschutzmittel sowie von Pflanzen mit neuartigen Anwendungseigenschaften.

Neue Optionen im Kampf gegen Mykotoxine

Eine besondere Herausforderung für die Pflanzenschutzindustrie ist dabei zurzeit die Bekämpfung von Fusarien im internationalen Getreideanbau.
Fusarium ist eine Gattung der Schimmelpilze, die sehr häufig in Getreide, Futtermitteln und Lebensmitteln vorkommen. Dr. Isolde Häuser-Hahn, verantwortlich für die produktbegleitende Forschung im Bereich Fungizide der Bayer CropScience AG, erläuterte: "Der Befall von Getreide mit Fusarien ist ein weltweites Problem mit komplexen Folgen für die Wirtschaft der jeweiligen Länder. Der dadurch verursachte wirtschaftliche Schaden wird allein in Nordamerika auf bis zu 1 Milliarde US$ pro Jahr geschätzt."

Die meisten Fusarien-Arten sind Pflanzenparasiten und können Schimmelpilzgifte, die so genannten Mykotoxine, bilden. Mykotoxine in Lebensmitteln können bei Menschen und Tieren zu massiven Problemen führen.
Akute Vergiftungserscheinungen, Nervenschädigungen und Immunstörungen sowie erhöhtes Krebsrisiko gehören dazu. Deshalb sind z.B. in der Europäischen Union kürzlich Grenzwerte für bestimmte Toxine in unverarbeitetem Getreide erlassen worden. Zur effizienten Bekämpfung des Schaderregers müssen alle pflanzenbaulichen Maßnahmen kombiniert werden, um einen Befall des Getreides weitgehend auszuschließen und dadurch die Produktion von Mykotoxinen zu unterbinden.

Isolde Häuser-Hahn stellte in ihrem Referat das gerade in der Launch-Phase befindliche Getreidefungizid Prothioconazole von Bayer CropScience als den "neuen Goldstandard in der Bekämpfung von Fusarium" heraus. Untersuchungen belegten, dass der Wirkstoff aus der neuen Wirkstoffklasse der Triazolinthione eine deutlich höhere Fusariosen-Wirksamkeit als bisher im Markt befindliche Produkte aufweist. Auch gegenüber Referenzwirkstoffen aus der Azol-Klasse zeigen die neuen Prothioconazole-basierten Produkte wie Proline®, Prosaro® und Input® eine signifikante bessere Leistung in der Reduktion schädlicher Mykotoxin-Niveaus, führte Häuser-Hahn aus.

Hochpräziser Schnelltest für die Getreide-Diagnose entwickelt

Die Bayer CropScience-Forscherin stellte auch einen neuen, hochpräzisen Schnelltest für die Mykotoxin-Diagnostik vor. Bisherige Tests zum Nachweis einer möglichen Toxin-Belastung dauerten entweder lange, benötigten teure Analysegeräte oder seien relativ ungenau, weil sie keine quantitativen Aussagen über die festgestellten Toxine zuließen. Doch damit soll bald Schluss sein: die Spezialisten von Bayer CropScience und Bayer Technology Services entwickeln derzeit ein Messgerät, das in 20 Minuten präzise Ergebnisse liefert. Vorbild ist ein kleiner Biochip mit Wellenleitertechnologie, wie er von Bayer auch für die medizinische Diagnostik entwickelt wird. Auf dem Chip können mehrere Toxine gleichzeitig getestet werden, und auch andere Einsatzfelder in der Lebensmitteldiagnostik sind denkbar. Mit der Marktverfügbarkeit dieses Diagnostik-Kits rechnet Häuser-Hahn innerhalb der nächsten drei Jahre.

Forschung, die Pflanzen hilft, sich besser vor Stress zu schützen

Der zweiten Teil des Workshops rund um die Gesundheit von Pflanzen widmete sich dem Thema "Gestresste Pflanzen - Wachstum unter schwierigen Bedingungen verbessern".

Pflanzen sind - genau wie Menschen und Tiere auch - einer Vielzahl von Stressfaktoren ausgesetzt. Das Wachstum von Pflanzen kann dabei durch so genannte "biotische" und "abiotische" Belastungen stark beeinträchtigt werden. Der erreichbare optimale Ertrag von Kulturpflanzen kann durch diese Stressfaktoren um bis zu 80 Prozent reduziert werden. Zu den biotischen Effekten zählen etwa Angriffe von Insekten, Pilzen, Unkräutern, Bakterien oder Viren, die in der modernen Landwirtschaft hohe Ertragsverluste verursachen können, soweit keine spezifisch wirkenden Pflanzenschutzmittel zur Abwehr dieser Gefahren eingesetzt werden. Während die moderne Pflanzenschutzforschung in diesem Bereich bereits einen hohen Therapiestand erreicht hat, ist das Feld der abiotischen Stressresistenz noch weit weniger erforscht. Dabei sind abiotische Belastungen wie Trockenheit, Hitze, Kälte oder Bodenversalzung die Quelle für zum Teil dramatische Ertragsverluste in vielen Regionen der Erde.

Um einen guten Ernteertrag und eine hohe Qualität der pflanzlichen Produkte zu gewährleisten, verfolgt Bayer CropScience zwei konkrete Forschungsprojekte zur Bekämpfung von abiotischem Stress: einen Ansatz auf Basis der klassischen Wirkstoffsynthese sowie ein Lösungsmodell aus der Anwendung der Pflanzenbiotechnologie.

Imidacloprid: Weit mehr als nur das meistverkaufte Insektizid weltweit

Dr. Wolfgang Thielert, verantwortlich für die produktbegleitende Forschung im Bereich Insektizide bei Bayer CropScience in Monheim, erläutert neue Forschungsergebnisse zu Imidacloprid, einem 1994 vom Unternehmen erstmals auf den Markt gebrachten konventionellen Pflanzenschutzmittel. Unter Handelsnamen wie Confidor®, Gaucho® und Admire® erzielen Produkte auf Basis von Imidacloprid einen Jahresumsatz von rund 600 Millionen Euro. Der Wirkstoff gilt damit heute als das meistverkaufte Insektizid weltweit.
Untersuchungen im Rahmen einer internationaler Forschungskooperation mit Wissenschaftlern aus Deutschland, Belgien, den Niederlanden und den USA, zeigen, dass Imidacloprid eine besondere Schutzwirkung bei Stress ausübt.

"Imidacloprid führt auch bei Nicht-Befall der Pflanzen mit Insekten zu einer deutlichen Verbesserung des Wuchsbildes und zeigt dabei zugleich positive Effekte auf den Ertrag der Pflanzen", erläuterte Thielert die Forschungsergebnisse. Untersuchungen an Gerste und Baumwolle unter Trockenstress haben z.B. gezeigt, dass mit Imidacloprid behandelte Pflanzen auch während einer Wassermangelphase ein höheres Blattwachstum aufweisen und damit über einen längeren Zeitraum mehr Energie für die Ertragsbildung produzieren können.

"Überraschend war dabei auch, dass mit Imidacloprid behandelte Pflanzen zugleich deutlich mehr eigene Proteine zur Selbstverteidigung der Pflanze gegen pilzliche Krankheiten bilden. Imidacloprid entfaltet damit nicht nur seine erwiesenen insektiziden Fähigkeiten, sondern zugleich auch unterstützende fungizide und stress-mindernde Schutzwirkung", fasste Thielert die Eigenschaften von Imidacloprid zusammen.

Unter dem Label "Confidor® Stress Shield Inside" vermarktet Bayer CropScience seit kurzem Wirkstoff-Formulierungen auf Imidacloprid-Basis in Kombination mit der neuen, speziell für diesen Einsatzzweck entwickelten Formulierungstechnologie O TEQ. Diese neuartige Formulierungstechnologie verbindet die Vorteile einer Suspension mit allen biologischen Vorteilen einer Emulsion und transportiert den Wirkstoff zuverlässig in die Pflanze. Dies stärkt die Widerstandsfähigkeit gegen Stressfaktoren und trägt dazu bei, die Pflanzengesundheit zu verbessern und damit Erträge - qualitativ und quantitativ - zu sichern. Thielert: "Der Name ‚Stress Shield’ symbolisiert dabei plastisch, welche Leistung ein Produkt wie Confidor® OD zur Gesunderhaltung der Nutzpflanze erbringen kann."

Neue Strategien in der Stress-Forschung: Der PARP Stoffwechselweg

Dr. Michael Metzlaff, Leiter der Forschungsgruppe Crop Productivity am Bayer CropScience-Innovationszentrum Gent in Belgien, erläuterte neue Erkenntnisse zur Entstehung von Stress bei Pflanzen und skizzierte eine konkreten pflanzenbiotechnologischen Ansatz zur Verbesserung der Stresstoleranz, der zur Zeit vom Unternehmen untersucht wird.

In ihrer Reaktion auf Stress verbrauchen Pflanzen große Mengen an Energie, die für wichtige physiologische Prozesse, wie Wachstum und Kohlenstofffixierung in der Photosynthese, nicht mehr genutzt werden kann, erklärte Metzlaff den Workshopteilnehmern. Das Wirken moderater Stresse über längere Zeiträume oder kurzzeitiger extremer Stresse können zur vollständigen Entleerung des pflanzlichen Energie-Pools führen.
Irreversible Schädigungen der Pflanzen und sogar das Absterben der Pflanzen seien die Folge, so der Forscher aus Gent.

In der pflanzenbiotechnologischen Forschung von Bayer CropScience wird daher nach neuen Lösungswegen gesucht, mit denen dem Energieverlust in Pflanzen unter Stress entgegengewirkt werden kann. Das Ziel dieser Forschung ist es, die Leistungsfähigkeit von Kulturpflanzen zu erhöhen und dadurch den Ertrag und die Produktqualität zu verbessern. Ein Schlüsselprotein in der Stressantwort aller höheren Organismen, einschließlich Pflanzen, ist das so genannte PARP Protein [Poly(ADP-ribose)polymerase]. PARP kontrolliert die Aktivität mehrerer Proteine, die an der Stressantwort beteiligt sind, und verbraucht dabei sehr viel biologische Energie.

Der Forschungsgruppe von Dr. Metzlaff ist es in Versuchen in Rapspflanzen gelungen, die PARP Aktivität auf ein Niveau zu senken, das der Pflanze ausreichenden Schutz vor Stress und gleichzeitig eine bedeutsame Energieeinsparung bietet. Zahlreiche Labortests haben bewiesen, dass die Pflanzen mit weniger PARP Protein Trockenheit, hohe Lichtintensität, Hitze und Kälte besser überlebten als Kontrollpflanzen mit hohem PARP Proteingehalt. Für die Senkung der PARP Aktivität hat das Forscherteam eine neuartige Technologie eingesetzt, die gene silencing oder RNAi genannt wird.

Dr. Metzlaff: "Freilandversuche der Jahre 2005 und 2006 haben bewiesen, dass Rapspflanzen mit reduziertem PARP Protein Trockenbedingungen besser überstehen können. Ergebnisse von Freilandversuchen im Sommer 2006 zeigen darüber hinaus eine signifikante Ertragssteigerung. Diesen Effekt werden wir im Rahmen unseres Forschungsprojektes weiter untersuchen."
Forschungsarbeiten mit der neuen RNAi-PARP-Technologie werden derzeit bei Bayer CropScience an Mais, Baumwolle, Raps und Reis durchgeführt, mit dem Ziel der Entwicklung einer neuen Generation von stresstoleranten Hochleistungssorten. Eine Markteinführung sei innerhalb der nächsten zehn Jahre möglich, prognostizierte Metzlaff in seinen Ausführungen. Bayer CropScience prüft dabei zurzeit auch eine mögliche Kombination des "Stress Shield"-Effektes von Imidacloprid mit neuen stress-toleranten Pflanzensorten aus der Züchtungsforschung des Unternehmens - ein doppelter Stress-Schutz für Pflanzen.

Die Bayer CropScience AG zählt als Teilkonzern der Bayer AG mit einem Umsatz von rund 6 Milliarden Euro zu den weltweit führenden, innovativen Crop-Science-Unternehmen mit den Tätigkeitsbereichen Pflanzenschutz, Schädlingsbekämpfung außerhalb der Landwirtschaft sowie Saatgut und Pflanzen-Biotechnologie. Mit einer herausragenden Produktpalette bietet das Unternehmen umfassenden Kundenservice für die moderne nachhaltige Landwirtschaft sowie in nicht-landwirtschaftlichen Anwendungen. Bayer CropScience beschäftigt rund 19.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und ist in mehr als 120 Ländern vertreten.

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