Plant-Pathogen Interactions

Question 1

Phytophtera infestans

Answer 1

Famine in Irland
Befällt Kartoffeln
Kein Pilz sondern näher verwandt mit Rotalge?

Question 2

Which groups are plant pathogens

Answer 2

Nematoden
Pilze
Bakterien
Phytoplasmen
Viren

Question 3

Welche Pilze sind Pflanzenpathogene?

Answer 3

Viele Basidiomycetes
Meist hoch spezialisiert auf Wirt

=> Rost Arten

Ascomycetes wie Mehltau

Question 4

Bakterien Pflanzenpathogene

Answer 4

Erwinia => Feuerbrand
Xanthomonas => verstopfung von gefässen

Question 5

Virenübertragung bei Pflanzen
Massnahmen:

Answer 5

Immer über Vektor
=> z.B. Blattläuse oder Pilze

• Bekämpfung des Vektors
• Virusfreies Saatgut (viren können aus irgend einem Grund nicht in Meristem geraten)
• agronomische Massnahmen (fruchtfolge, frühe ernte, bodenbearbeitung)

Question 6

Brandkrankheiten

Answer 6

Vor allem durch Pilze

Dunkelbraun/schwarzes, abgestorbenes Gewebe

Question 7

Blattkrankheiten

Answer 7

Welke => eingeschränkter Wassertransport

Weitere => reduktion Photosynthetisch aktiver Blattfläche

Question 8

Wurzelkrankheiten

Answer 8

Wurzelfäule

Question 9

Disease triangle

Answer 9

Was braucht es, dass es zu einer Krankheit/Epidemie kommt?

• susceptible host
• favorable environment
• virulent pathogen
=> Tetraeder (• human, e.g. Monokultur)

Question 10

Überdauerungsformen von Pflanzenpathogenen

Answer 10

• Ernterückstände auf dem Feld (passiv)
• an/im Samen => Lösung: Saatgutbeizung
• in Wirten/Vektoren

Question 11

Wie kann der Verschleppung von Pathogenen entgegengewirkt werden?

Answer 11

Import von Lebensmitteln/Zierpflanzen einschränken
Insektizide in Transportfahrzeugen
Grenzkontrollen
Quarantäne
(Fällen von betroffenen Bäumen)

Question 12

Olive quick decline syndrome

Answer 12

Xylella fastidiosa

Übertragung durch Insekten
=> nur Vektorbekämpfung möglich

Eingeschleppt aus Costa Rica durch Zierpflanzen nach Apulien

Question 13

Quantitative Schadensformen

Answer 13

Total: pflanze stirbt ab
Partiell-direkt: verminderte Qualität des Ernteguts durch Flecken etc.
Partiell-indirekt: Photosyntheseleistung betroffen

Question 14

Fusarium

Answer 14

Mycotoxin => Mutterkornalkaloide
Ursache: Mutterkorn Pathogen

Sklerotium überwintert am Boden
=> auskeimung im Frühjahr => Ascosporen auf Getreideblüten => vermehren sich über Conidien => Sklerotien an Ären

Question 15

Wrshalb traten Mutterkorn vergiftungen häufiger auf dem Land au?

Answer 15

Ärmer => mehr Roggenbrot
Roggen fremdbestäubt, öffnet Blüten weiter als Weizen (selbstbestäubt) => deshalb Roggen häufiger infiziert

Question 16

Wi kommen Pathogene in Pflanzen?

Answer 16

• direkt (nur Pilze)
• durch Stomata
• Hydathoden (Wasserausscheidung)
• durch Wunden

=> pilzen und Bakterien

Question 17

Eindringen von obligat Biotrophe Pilzpathogene

Answer 17

Bsp. echter Mehltau: Ascomycet
=> auch Rost

1. Spore landet auf Blatt
2. Keimschlauch wächst
3. Appressorium wenn Erkennung von Wirt
4. Druck und Enzyme ermöglichen Eindringen durch Zellwand
5. Bildung Haustorium => Membran nicht verletzt => Aufnahme von Nährstoffen

Question 18

Mehltau bildet welche Enzyme?

Answer 18

Chitin deacylasen (Pilzzellwand)
Proteasen
Cellulasen*
Methylesterasen*
Permeasen

*pflanzliche Zellwand

Question 19

Pilzpathogene

Answer 19

Rost (dikaryon) und cladosporium => durch Spaltöffnungen, wächst zwischen Zellen
Rost (monokaryon) und Magnaporthe => durch Zellwand, wächst in tiefere Zellschichten
Mehltau => Haustorium in einer Zelle der Epidermis
Apfelschorf => nur in Cuticula

Question 20

Weizenschwarzrost

Answer 20

Zwei Wirtspflanzen un 5 Sporentypen
Wirtswechsel (Frühjahr Berberitze, Sommer Getreide)
Teiosporen = Überwinterungsstruktur
Basidiosporen (-/+) => Monokaryon = keimen aus Teiosporen aus
Spermogonien = Basidiosporen auf Berberitze => Gegenseitige Befruchtung = Spermatien
Bildung von Aecidiosporen => zweikernig
Befallen Getreide => vermehrung auf Getreide mit Urediniosporen (mehrere Zyklen)

Question 21

Bekämpfung von Schwarzrost

Answer 21

Berberitze loswerden

Question 22

Resistenzformen

Answer 22

Nicht-Wirts Resistenz
Sorten/Rassenspezifische Resistenz

Question 23

Nicht-Wirtsresistenz

Answer 23

Dauerhaft
Viele Resistenzgene:
Rezeptoren
Abwehrproteine
Sekundärmetabolite
Zellwand/Kutikula

Question 24

Rassenspezifische Resistenz

Answer 24

Ein Resistenzgen: Rezeptor
Kurzlebig
Pathogen kann sich bereits mit einer Veränderung eines Virulenzfaktors anpassen

Question 25

Induzierte Abwehr

Answer 25

PRRs erkennen PAMPs
Signalling cascade
Induktion PR genes (pathogenesis related), Phytoalexinproduktion, gerichtete Sekretion von Abwehrmolekülen

Question 26

Präformierte Barrieren

Answer 26

Cuticula, Trichome, dicke und chem. Eigenschaften der Zellwand, antibiotische Substanzen

Question 27

Beispiele für PAMPs/MAMPs von Bacterien/Fungi

Answer 27

Konservierte Moleküle wie bakterielles Flagellin oder Chitin aus Zellwand der Pilze

Question 28

Effektoren

Answer 28

Proteine/Sekundärmetabolite

Verschaffen Pathogen Zugang zum Inneren des Pflanzengewebes, z.b. Zellwandabbauende Enzyme

Wirken als Inhibitoren von Abwehrproteinen, Unterdrückung Signaltransduktion oder Proteasen

Beeinflussen Metabolismus zugunsten des Pathogens

Sekundärmetabolite als Effektoren = Toxine => eher selten

Question 29

Pseudomonas in Arabidopsis

Answer 29

Bakterien die weniger gut wachsen sind mutiert in Effektorgenen
=> weniger virulent = Effektoren sind Virulenzfaktoren

Question 30

Avirulenzfaktor

Answer 30

Virulenzfaktor der von Pflanzenrezeptor (soluble in plasma) erkennt werden kann

Question 31

Mehltau auf Chul/Chancellor

Answer 31

Anwesenheit von Effektoren die erkennt werden können führt zu Rassenspezifischer Resistenz

Question 32

Hypersensitive Antwort

Answer 32

Zelltod in Antwort auf Pathogen detektion

Question 33

Biochemische und zelluläre Aspekte der Abwehrreaktion von Pflanzen

Answer 33

• Reactive oxygen species => Sauerstoffradikale & Wasserstoffperoxid (Signalmolekül und toxisch (für Pathogene)
• lokale Verstärkung der Zellwand => Actin cytoskelett neuborganisiert => verdichtung am Infektionsort = Papillen
Endomembranvesikel, ABC Transporter, Peroxisome => allgemein zelluläre Reorganisation
• bildung von Sekundärmetaboliten => Phytoalexine = Phenylpropanoide

Vor allem lokale Abwehrantwort, aber auch systemische Antworten

Question 34

Domänen eines intrazellulären Rezeptors (NLR receptor)

Answer 34

LRR = leucin rich repeat
NB = nucleotide binding domain
Aminoterminal = TIR/CC (coiled coil)

Nehmen Effektoren wahr

Question 35

membrane receptors

Answer 35

Pathogene im intrazellulären Raum erkennen
LLR domäne => binden von Effektoren

seltener als intrazelluläre

Question 36

ZAR1 resistosom

Answer 36

Konformationsänderung von NLR Immunrezeptor durch binden von Effektor fürt zu Anlagerung mit anderen Rezeptoren zu Pentamer

Aminoterminale Sequenz der zusammengelagerten Rezeptoren öffnet Pore in Plasmamembran => Ca2+ influx => induziert Abwehrantworten

Question 37

LRR

Answer 37

leucin rich repeat domain
=> Hufeisenstruktur

Leucin an bestimmter position: wiederholte solche Sequenzen

=> ideal um Moleküle erkennen können und Konformationsänderung zu induzieren

Question 38

Dauerhafte Resistenz erreichen durch

Answer 38

Pyramidisieren von Rassenspezifischen Resistenzgenen

Verwendung von Multilinien: Mischungen von nahezu identischen Kulturpflanzen

Verwendung von dauerhaften Resistenzgenen

Question 39

Mlo knock-out Mutanten

Answer 39

Dauerhafte Mehltauresistenz in Tomaten

=> Ausschalten eines Anfälligkeitsfaktor => Resistenz, aber in gewissen Situationen Fitnessnachteil durch Verlust des Mlo gens

Question 40

Effektoren können

Answer 40

Extra- und Intrazellulär wirken

Question 41

Unterschied PAMPs und Effektoren

Answer 41

PAMPs sind hochkonservierte Moleküle, diebdas Pathogen nicht so schnell mutieren kann

Question 42

Unterschiede pflanzliches vs Säugerimmunsystem

Answer 42

Säuger nicht nur innate, sondern auch adaptive immunity

In Pflanzen sind alle lebenden Zellen fähig eine Resistenzreaktion auszubilden (Säuger haben spezialisierte, bewegliche Immunzellen)

Pflanzenrezeptoren erkennen nur bestimmte Strukturen (PAMPs & Effektoren), in Säugern kann durch Antibodies fast jede Struktur erkannt werden

Diversität der Rezeptoren eher klein in pflanzen (auf Populationsebene mittel bis hoch), hoch in Säugern

Question 43

Gemeinsamkeiten pflanzliches/tierisches Immunsystem

Answer 43

Angeborene Immunität
Programmierter Zelltod
Rezeptoren, die PAMPs erkennen können (convergent evolution)
Ähnliche Strukturelemente in Rezeptoren (LRRs, Kinasedomänen etc)