Faktoren von Phytoplasma Transmissionen

Phytoplasmen sind obligatorische endosymbiontische Bakterien, die das Phloem vieler Pflanzenarten besiedeln und weltweit hunderte von Pflanzenkrankheiten verursachen. In der Natur werden Phytoplasmen hauptsächlich durch Insekten übertragen. Während im Prinzip alle Insekten, die sich von Pflanzensäften ernähren, Phytoplasmen übertragen können, sind nur wenige Arten Vektoren. Dies liegt daran, dass die Übertragungseffizienz von Phytoplasmen von einer komplexen Interaktion des Insektenvektors, der Wirtspflanze und dem Phytoplasma ist. Ein weiter wichtiger derzeit meist ignorierter Faktor ist das Mikrobiom des Insektes. Apfeltriebsucht (AP) ist eine Erkrankung, die durch Phytoplasmen verursacht wird. Pflanzen die mit diesem Bakterium infiziert sind bilden ein typisch hexenbesenartiges Wachstum der Triebe. Vor allem aber bilden infizierte Pflanzen Äpfel mit geringere Fruchtgröße und - qualität. Da es nicht möglich ist infizierte Apfelbäume zu heilen, kann die Ausbreitung der Krankheit nur begrenzt werden indem infizierte Bäume gerodet werden. AP-Phytoplasmen werden hauptsächlich von zwei Psylliden, dem Sommerapfelblattsauger Cacopsylla picta und dem Weissdornblattsauger Cacopsylla melanoneura, übertragen. Die Gattung Cacopsylla enthält sowohl Vektoren als auch Nicht-Vektoren von Phytoplasma. Zudem ist die Übertragungseffizienz nicht artspezifisch, das heißt innerhalb einer Spezies können einige geographische Varianten Phytoplasmen übertragen, während andere dies nicht können. Während C. melanoneura der Hauptvektor für AP-Phytoplasma im Nordwesten Italiens ist, ist dieselbe Art ein schlechter Überträger in Norditalien und weiten Teilen Europas. Im Gegensatz dazu ist C. picta in den meisten europäischen Populationen der primäre Vektor mit variablen Übertragungsraten. Andere Cacopsylla-Arten hingegen übertragen keine Phytoplasmen. Faktoren, die die Übertragungseffizienz von Ca. P. mali beeinflussen sind derzeit nicht bekannt. In diesem Projekt wollen wir Faktoren untersuchen, die die unterschiedliche Übertragungseffizienz von Phytoplasma verursachen. Mit Hilfe populationsgenetischer Methoden möchten wir die Wechselwirkung zwischen dem Phytoplasma, dem Vektor und seinem Mikrobiom zu untersuchen. Daher werden wir 1) Genomsequenzierung und - charakterisierung verschiedener Insektenpopulationen durchführen; 2) die Genome der Phytoplasma-Stämme, die in diesen Insekten vorhanden sind, sequenzieren, sowie 3) eine vergleichende Genomsequenzierung unterschiedlicher Bakterien, die in den Vektorpopulationen vorhanden sind, durchführen. Ziel dieses Projektes ist es, Schlüsselfaktoren zu bestimmen, die die Transmission und die Übertragungseffizienz beeinflussen und diese in einem Transmissionsexperiment zu testen. Wir möchten bestimmen, ob die Akquisition und die Übertragung von AP vom Genotyp des Insektenvektors, von der mikrobiellen Gemeinschaft des Vektors und/oder vom Phytoplasma-Stamm abhängen. Unsere Ergebnisse werden neue Einblicke in die komplexe Biologie von Phytoplasma Übertragung geben und werden daher ein wichtiger Meilenstein bei der Bekämpfung dieser Krankheit sein.

Apfeltriebsucht ist eine der bedeutendsten Apfelkrankheiten. Ausgelöst wird sie durch bakterielle Phytoplasmen. Erstmals in 1950 beschrieben, verursacht dieses Bakterium enorme Schäden in Apfelkulturen in Europa und besonders in Norditalien. Infizierte Pflanzen können nicht geheilt werden und müssen aus dem Bestand entfernt werden. Die Kontrolle der Krankheit basiert auf der Bekämpfung des Vektors. Es sind vor allem zwei Blattflöhe, welche die Krankheit übertragen können: Cacopsylla picta und Cacopsylla melanoneura. Die letztere Art befällt nicht nur Apfel sondern auch Weißdorn. In diesem Projekt wurden die Genome der beiden Blattfloharten analysiert und die Daten zeigen, dass sich die beiden Arten etwa Mitte des Miozäns getrennt haben. Weiters konnte gezeigt werden, dass sich die italienischen Populationen von den mitteleuropäischen Populationen klar unterscheiden. Ausserdem konnte eine signifikante genetische Unterscheidung zwischen den C. melanoneura vom Apfel und des Weißdorns gezeigt werden. Dies weist auf die Existenz von zwei unterschiedlichen genetisch-ökologische Linien hin. Jene von Weißdorn zeigt eine wesentlich höhere genetische Divergenz als jene von Apfel, da es sich um die ursprüngliche Wirtspflanze handelt. Aber auch die Linie auf Apfel zeigt eine hohe genetische Divergenz zwischen den einzelnen Populationen.