Resistenz bei Weinrebe und Kartoffel gegen Phytoplasma

Das Bakterium Candidatus Phytoplasma solani ist für eine weit verbreitete und problematische Weinrebenkrankheit (Bois Noir) verantwortlich. Dieselben pflanzenpathogenen Phytoplasmen befallen auch Pflanzen aus der Familie der Nachtschattengewächse, darunter Tomaten und insbesondere Kartoffeln, die dort die Stolbur-Krankheit verursachen. Resistenzen gegen Ca. Phytoplasma solani sind sowohl bei Weinreben als auch bei Kartoffeln nicht bekannt, jedoch wurden je nach Sorte Unterschiede auf der Grundlage der Krankheitshäufigkeit, der Schwere der Symptome sowie der Fähigkeit der Pflanze, sich zu erholen, beobachtet. Da es derzeit keine gut wirksame Behandlung gegen Phytoplasma Infektionen bei Weinreben oder Kartoffeln gibt und die aktuellen Strategien auf die chemische Bekämpfung von mehrwöchig aktiven Überträgerinsekten beruhen, sind tolerante Sorten für eine zukünftige nachhaltige Produktion und damit verbundener Reduzierung des Pestizideinsatzes von entscheidender Bedeutung. Der Verlust der Funktion eines Pflanzengens, das an einer Interaktion des Schaderregers mit der Wirtspflanze beteiligt ist, kann die Fähigkeit des Schaderregers einschränken, diese Krankheit zu verursachen. Frühere Transkriptomanalysen in Phytoplasma -infizierten Weinreben legen das Kandidaten S Gen DMR6 als vielversprechendes Ziel für ein gezieltes Ausschalten nahe. Die Perspektive ist dabei, dass die Deaktivierung die Resistenz oder Toleranz gegen Phytoplasma und möglicherweise auch andere Schaderreger erhöhen wird. Dieses Gen ist für die Deaktivierung des Pflanzenhormons Salicylsäure verantwortlich, das eine entscheidende Komponente der Pflanzenabwehr gegen biotrophe Krankheitserreger darstellt. Im Projekt werden Kartoffel- und Weinrebenlinien mit defekter DMR6-Funktion und anderen S-Genen mit potenziell verwandten Funktionen auf ihre Resistenz/Toleranz gegenüber Ca. Phytoplasma solani nach Pfropfungs- und Insekteninfektion überprüft. Die Krankheitsentwicklung wird phänotypisch und durch Auswertung des Phytoplasma -Titers beobachtet, um somit Erkenntnisse über die Rolle von DMR6 bei der Pflanzenabwehr gegen die Phytoplasma-Krankheit zu gewinnen. In diesen Linien und den entsprechenden Kontrollen wird eine RNA-Sequenzierung mit und ohne Ca. Phytoplasma solani durchgeführt, um die Wirkung der DMR6-Funktion auf die Genexpression zu analysieren. Die Expression wird durch quantitative RT-PCR in Zeitreihenexperimenten verifiziert. Die Experimente werden zu Erkenntnissen über die Rolle der DMR6 S-Genfamilie für die Phytoplasma-Infektion und die Krankheitsentwicklung führen. Darüber hinaus wird die Expressionsanalyse das Ausmaß der zusätzlichen Wirkung auf die Genexpression und die Wirkungen, die eine Phytoplasma-Infektion auf dieses Expressionsmuster hat, aufdecken. Insgesamt kann dies Möglichkeiten für ein besseres Verständnis der Pflanzenabwehr eröffnen und zu Züchtungsprogrammen und -techniken führen, um somit verbesserte Kartoffel- und Weinrebensorten zu erhalten.

Das Bakterium "Candidatus Phytoplasma solani" (das Stolbur-Phytoplasma) wird mit der weit verbreiteten Weinrebenkrankheit "Bois Noir" in Verbindung gebracht. Dasselbe phytopathogene Phytoplasma befällt auch Pflanzen aus der Familie der Nachtschattengewächse, einschließlich Tomaten und insbesondere Kartoffeln, sowie Selleriepflanzen und verursacht dort die "Stolbur"-Krankheit. Es gibt keine Hinweise für eine echte Resistenz gegen die Stolbur-Krankheit, aber es wurden Unterschiede in der Anfälligkeit zwischen den einzelnen Sorten festgestellt, die sich aus dem Auftreten der Krankheit, der Schwere der Symptome und der Fähigkeit der Pflanze, sich zu erholen, ergeben. Zurzeit gibt es keine hochwirksame Behandlung gegen Phytoplasma-Infektionen bei Weinreben oder Kartoffeln. Die derzeitigen Strategien beruhen auf dem Einsatz von Pestiziden gegen die übertragenden Vektoren, und wir haben gezeigt, dass die Wirksamkeit des Pestizideinsatzes in Abhängigkeit vom Krankheitsdruck begrenzt ist. Daher ist die Gewinnung toleranter Sorten für eine künftige nachhaltige Produktion und die Verringerung des Pestizideinsatzes von entscheidender Bedeutung. Der Funktionsverlust eines Gens, das für Anfälligkeit einer Pflanze sorgt und das an einer kompatiblen Interaktion beteiligt ist sowie vom Erreger für die Infektion benötigt wird, kann die Fähigkeit des Erregers, Krankheiten zu verursachen, einschränken. Die Deaktivierung des S-Kandidatengens DMR6 könnte die Resistenz gegen Phytoplasmen und möglicherweise andere biotrophe Krankheitserreger erhöhen. Im Rahmen des Projekts wurden in Zusammenarbeit mit Partnern mutagenisierte DRM6-Kartoffeln und Reben in zwei Varianten mit Phytoplasma durch infizierte Insektenvektoren in einem Versuchsaufbau infiziert. Die Ergebnisse zeigen eine erhöhte Toleranz bei beiden Rebenlinien. Bei Kartoffeln und Weinreben war die Infektion durch Pfropfung weniger erfolgreich und führte nicht zu einer ausreichenden Anzahl infizierter Pflanzen. Zur Analyse der Gesamtauswirkungen der DMR6-Funktion auf die Expression von Abwehrgenen wurden RNA-Isolierung und RNA-Sequenzierung durchgeführt. Die Stärke und Reproduzierbarkeit des Expressionsmusters wird weiter ausgewertet, um den Kompromiss zwischen erhöhter Toleranz oder Anfälligkeit gegenüber bestimmten Krankheitserregern und Wachstum abzuschätzen und so Züchtungsprogramme und -techniken für verbesserte Kartoffel- und Rebsorten zu entwickeln. Darüber hinaus konzentrierte sich diese Studie auf die umfassende Untersuchung der physiologischen Rolle potenzieller Phytoplasma-Effektoren und Pathogenitätsfaktoren in der Weinrebe. Durch bioinformatische Analysen wurden mehrere Kandidatenproteine identifiziert, von denen einige stammspezifische Unterschiede aufweisen, die Unterschiede in der durch verschiedene Phytoplasma-Stämme verursachten Krankheitsschwere erklären. Es wurde festgestellt, dass Schlüsselproteine, die mit der Pathogenität in Verbindung stehen, in Pflanzenzellen exponiert sind und den Wirtsstoffwechsel, insbesondere den Kohlenhydratstoffwechsel und den Ascorbat-Glutathion-Zyklus, beeinflussen. Außerdem wurde ein Oberflächenprotein mit der Bildung von Autophagosomen in Pflanzenzellen in Verbindung gebracht. Insgesamt bestätigt die Studie, dass Effektoren des Stolbur-Phytoplasmas den Pflanzenstoffwechsel manipulieren, um die Infektion und Vermehrung zu unterstützen.