Grundlagen der Phytopathologie

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1 Institut für Biologie i und Biotechnologie i der Pflanzen Grundlagen der Phytopathologie Paul Tudzynski

2 Grundlagen der Phytopathologie Parasit: ein Organismus, der in enger Assoziation mit einem anderen lebenden Organismus (Wirt) existiert, von dem er Nährstoffe bezieht, ohne diesem ebenfalls Vorteile zu vermitteln. Pathogen: ein Organismus, der eine Krankheit in einem Wirt auslösen kann

3 Koch`sche Postulate Korrelation eines Krankheitsbildes mit einem pathogenen MO: - das vermutete Pathogen muß immer mit dem gleichen Krankheitsbild gekoppelt sein - der MO muß in Kultur genommen werden können - der MO löst bei Infektion eines gesunden Wirtes dieselben Krankheitssymptome aus - von der erkrankten Testpflanze muß derselbe MO wieder isoliert p werden können

4 Parasitentypen Biotrophe Parasiten: -obligat: angewiesen auf lebende Pflanzenzellen; nicht (oder schlecht) kultivierbar (echter/falscher Mehltau; Rostpilze) -ökologisch obligat : in der Natur nur auf lebenden Pflanzen, aber gut kultivierbar (Phytophtora, Claviceps, Brandpilze) Nekrotrophe Parasiten: töten Wirtsgewebe ab und leben saprophytisch (Botrytis, Alternaria, Fusarium) Hemi-biotrophe Parasiten: zu Beginn biotroph, dann Umschaltung auf nekrotrophes Wachstum (Magnaporthe; Colletotrichum) Endophyten: Leben symptomlos im Wirtsgewebe, meist interzelluläres Wachstum (Epichloe)

5 Biotroph vs. Nekrotroph Abtötung Wirtszellen sehr langsam schnell Prod.v. Toxinen/ cytolytischen Enzymen minimal erheblich Parasitische Strukturen ja nein (Hausthorien) Wirtsbereich eng breit Organspezifität hoch gering Befallene Gewebe/ gesunde Pflanzen/ junge, geschwächte, Pflanzenteile alle Entw.Phasen seneszente Teile

6 Pathogenitätsfaktor: ist essentiell für die erfolgreiche Infektion einer Pflanze. Ausfall führt zum völligen Verlust der Pathogenität bzw. zur Veränderung der Wirtsspezifität. Virulenzfaktor: ist wichtig für die Stärke der Infektion; Ausfall führt zur Reduktion der Pathogenität Avirulenzfaktor: Löst Abwehrreaktion der Pflanze aus, führt zur Resistenz

7 Wirt-Parasit-Interaktion Pflanze Pilz Kompatibel : suszeptibel virulent Inkompatibel : resistent avirulent

8 Resistenztypen bei Pflanzen vertikal horizontal beteiligte Gene wenige viele Allg.Charakteristik klar ja/nein; Phasen- variabel; stärker in unabhängig adulten Pflanzen Mechanismus Effizienz meist HR Reduz.Inf.-rate;Entw. und Fortpfl.des Pathogens hoch; aber nur bei variabel, gegen +/- alle spezif.rassen alle Rassen Stabilität gering, schnelle An- hoch passung

9 Ziele der molekularen Phytopathologie: Identifizierung und Charakterisierung von - Pathogenitäts-/ Virulenzgenen - Resistenzgenen alternative chemische Bekämpfungsmittel (spezif.fungizide) effiziente Resistenzzüchtung

10 Identifizierung i von Virulenz-/Pathogenitätsgenen ität - Test der Expression des Gens in planta: während der Interaktion aktiv? - Knock-out : Beeinflussung der Pathogenität? - Komplementation der Mutante mit WT-Gen: Restaur. des WT-Phänotyps? - ggf. Überexpression im WT: Einfluß auf Virulenz?

11 Pathogenitäts-/Virulenzfaktoren bei Pilzen Eindringen-/Überwindung mechanischer Barrieren - Cutinasen - Infektionsstrukturen (Appressorien, Infektionskissen) - CWDE (Cellulasen, Xylanasen, Pektinasen, ß-1,3-Glucanasen) Toxine: Abtötung/Schwächung der Wirtszellen Effektoren/Suppressoren: Modifik. der Wirtsabwehr Überwindung der chemischen Abwehr: Abbau, Transport Bildung/Abbau reaktiver Sauerstoffspezies (ROS)

12 Pflanzliche Chemische Abwehr Phytoalexine: nach Infektion gebildet bzw. aktiviert Pisatin: Pisum sativum Rishitin: Solanum tuberosum Resveratrol: Vitis vinifera Phytoanticipine: präformiert, meist in Vakuole gelagert, bei Verletzung freigesetzt Saponine: Tomatin (Lycopersicon) Avenacin (Avena) Cyanogene Glycoside: Manihot (Mangold); Linum (Flachs) Glucosinolate: Cruciferen (Brassica, Arabidopsis)

13 Avenacinase: Pathogenitätsfaktor bei Gaeumannomyces graminis? Grundlage: Stämme von G.graminis f.sp. avenae können Avenacin (Hafer-Saponin) abbauen, reine Weizenisolate nicht. Pathogenitätsfaktor? Isolation des Avenacinasegens: - Aufreinigung des Proteins, Herstellung von Antikörpern - Screening einer Expressionsgenbank - Test des vermuteten Gens in N.crassa, Test auf Avenacinresistenz Funktionstest: - Knock-Out des Gens in Gga: nicht mehr pathogen auf Hafer - Transformation des Gens in Weizenisolat: jetzt pathogen auf Hafer Avenacinase ist Pathogenitätsfaktor auf Hafer

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