Signalwege in Pflanzen und Phytoplasma Zellantwort

Candidatus Phytoplasma ist eine Gattung von kleinen, zellwandlosen, Phloem-bewohnenden Bakterien, die mit mehr als 100 Pflanzenkrankheiten weltweit assoziiert sind. Phytoplasmen werden von Phloem-saugenden Hemipteren (Insekten) aus der Gruppe der Zikaden und Blattflöhe übertragen. Die problematischsten von Phytoplasmen verursachten Krankheiten in Europa betreffen Obstbäume aus der Familie der Rosengewächse sowie Weinkulturen. Die Vergilbungskrankheiten des Weines werden von unterschiedlichen Phytoplasmen verursacht und werden als goldgelbe Vergilbung (französisch: Flavescence dorée) bzw. als Schwarzholzkrankheit (franz.: Bois Noir, verursacht durch das Stolbur Phytoplasma) bezeichnet. Bakterielle - insbesondere bei Vorkommen im Phloem - Krankheiten in Kulturpflanzen sind schwierig zu bekämpfen. Auch die Bekämpfung zum Teil unbekannter Überträger sowie von Wirtspflanzen, die als Krankheitsreservoir eine Rolle spielen (z. B. Ackerwinden), ist problematisch. Allerdings können befallene Weinstöcke aus unbekannter Ursache wieder symptomfrei werden. Vorhergehender Kontakt zu Krankheitserregern, nützlichen Mikroorganismen und verschiedener Elicitoren kann Resistenz in Pflanzen induzieren. In diesem Zustand reagieren Pflanzen auf nachfolgende Infektion mit einer breiten Palette von Pathogenen mit verstärkten Verteidigungsmechanismen, die in milderen Infektionen und reduzierter Symptomausprägung resultieren. Es ist wenig bekannt, inwieweit induzierte Resistenz und Behandlung mit nützlichen Mikroorgansimen auch gegen Phytoplasmen erfolgreich ist. Darüber hinaus sind auch die Signalübertragungswege, die bei Resistenz und Krankheitsgenesung eine Rolle spielen, weitgehend unbekannt. Im vorliegenden Projektantrag planen wir zu überprüfen, ob induzierte Resistenz zu Bedingungen führen kann, die Phytoplasma-Vermehrung und Wachstum hemmen. Um diese Hypothese zu überprüfen, werden die Testpflanzen mit Resistenz-induzierenden Chemikalien oder Mikroorganismen behandelt und mit Phytoplasmen mittels Pfropfung inokuliert. Proben werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten und in unterschiedlicher Distanz von der Pfropfungsstelle entfernt entnommen und der Phytoplasmagehalt mit quantitativer PCR bestimmt. Die Rolle verschiedener Verteidigungsmechanismen wird mit Tomaten, die Defekte in Hormon- und Verteidigungssignalwegen zeigen , überprüft werden, um damit die Rolle aktiver Pflanzenverteidigung gegen Pytoplasmen zu demonstrieren. Nah verwandte aber unterschiedliche Stolbur-Phytoplasmen kommen mit unterschiedlicher Wirtspflanzenspezifität und unterschiedlicher geographischer Verbreitung vor. Genomsequenzierung und -vergleiche dieser Stämme sollten wertvolle Informationen liefern, welche Phytoplasmagene in Wirtsetablierung und spezifischer Virulenz involviert sind. Expressionsstudien dieser Gene sowie von Genen mit Signalsequenzen erlaubt die Evaluierung potentieller Phytoplasmaeffektoren, die für die Interaktion der Bakterien mit ihren Wirten und Vektoren von Bedeutung sind.

Das Stolbur Phytoplasma ist die Ursache der Schwarzholzkrankheit Bois noir der Weinrebe und wird durch Phloem-saugende Insekten aus der Zikadenverwandtschaft von krautigen Reservoirpflanzen auf den Wein übertragen. Die Krankheit verursacht regelmäßig wirtschaftliche Schäden in europäischen Weinbauregionen. Phytoplasmen können nicht auf herkömmliche Art im Labor kultiviert werden. Somit ist die Charakterisierung des Krankheitserregers erschwert. Im Rahmen des Projektes wurden unterschiedliche Stämme kultivierungsunabhängig charakterisiert und 14 unterschiedliche Genotypen in Österreich beschrieben. Aufgrund der genetischen Charakterisierung und dem gehäuften Auftreten der Stolbur Phytoplasma übertragenden Windenglasflügelzikade konnte gezeigt werden, dass in der momentanen Ausbreitungswelle Phytoplasmen von Brennnesseln auf Wein übertragen werden und ein einzelner Genotyp für mehr als zwei Drittel der Weinerkrankungen verantwortlich ist. Die Aufklärung des Ausbreitungsweges hat wichtige Auswirkungen auf die möglichen Bekämpfungsstrategien. Der häufigste Genotyp sowie 5 weitere Stämme wurden mit Hilfe der Insekten auf Experimentalpflanzen (Tomaten und madagassisches Immergrün) übertragen und vollständig sequenziert. Die unterschiedlichen Stämme zeigen verschiedenartige Symptome in den Experimentalpflanzen. Zusammen mit der genetischen Information ergibt das interessante Anhaltspunkte für die Analyse von Faktoren, die für die Symptome der Krankheit verantwortlich sind. In dem Zusammenhang wurden auch Expressionsanalysen durchgeführt, die wichtige Faktoren in der Interaktion Phytoplasma Pflanze und Überträgerinsekt aufzeigen. Mit Hilfe der Experimentalpflanzen wurden auch Laborversuche durchgeführt, die den Effekt von Pflanzenhormonen und Pflanzen-assoziierten Bakterien auf die Krankheit zeigen. Zusammenfassend sollen die Ergebnisse schließlich zu einem besseren Verständnis der Mechanismen führen, die für die Symptomausprägungen von Phytoplasma - infizierten Pflanzen verantwortlich sind.