Plant-Pathogen Interactions Flashcards
Phytophtera infestans
Famine in Irland
Befällt Kartoffeln
Kein Pilz sondern näher verwandt mit Rotalge?
Which groups are plant pathogens
Nematoden
Pilze
Bakterien
Phytoplasmen
Viren
Welche Pilze sind Pflanzenpathogene?
Viele Basidiomycetes
Meist hoch spezialisiert auf Wirt
=> Rost Arten
Ascomycetes wie Mehltau
Bakterien Pflanzenpathogene
Erwinia => Feuerbrand
Xanthomonas => verstopfung von gefässen
Virenübertragung bei Pflanzen
Massnahmen:
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)
Brandkrankheiten
Vor allem durch Pilze
Dunkelbraun/schwarzes, abgestorbenes Gewebe
Blattkrankheiten
Welke => eingeschränkter Wassertransport
Weitere => reduktion Photosynthetisch aktiver Blattfläche
Wurzelkrankheiten
Wurzelfäule
Disease triangle
Was braucht es, dass es zu einer Krankheit/Epidemie kommt?
• susceptible host
• favorable environment
• virulent pathogen
=> Tetraeder (• human, e.g. Monokultur)
Überdauerungsformen von Pflanzenpathogenen
• Ernterückstände auf dem Feld (passiv)
• an/im Samen => Lösung: Saatgutbeizung
• in Wirten/Vektoren
Wie kann der Verschleppung von Pathogenen entgegengewirkt werden?
Import von Lebensmitteln/Zierpflanzen einschränken
Insektizide in Transportfahrzeugen
Grenzkontrollen
Quarantäne
(Fällen von betroffenen Bäumen)
Olive quick decline syndrome
Xylella fastidiosa
Übertragung durch Insekten
=> nur Vektorbekämpfung möglich
Eingeschleppt aus Costa Rica durch Zierpflanzen nach Apulien
Quantitative Schadensformen
Total: pflanze stirbt ab
Partiell-direkt: verminderte Qualität des Ernteguts durch Flecken etc.
Partiell-indirekt: Photosyntheseleistung betroffen
Fusarium
Mycotoxin => Mutterkornalkaloide
Ursache: Mutterkorn Pathogen
Sklerotium überwintert am Boden
=> auskeimung im Frühjahr => Ascosporen auf Getreideblüten => vermehren sich über Conidien => Sklerotien an Ären
Wrshalb traten Mutterkorn vergiftungen häufiger auf dem Land au?
Ärmer => mehr Roggenbrot
Roggen fremdbestäubt, öffnet Blüten weiter als Weizen (selbstbestäubt) => deshalb Roggen häufiger infiziert
Wi kommen Pathogene in Pflanzen?
• direkt (nur Pilze)
• durch Stomata
• Hydathoden (Wasserausscheidung)
• durch Wunden
=> pilzen und Bakterien
Eindringen von obligat Biotrophe Pilzpathogene
Bsp. echter Mehltau: Ascomycet
=> auch Rost
- Spore landet auf Blatt
- Keimschlauch wächst
- Appressorium wenn Erkennung von Wirt
- Druck und Enzyme ermöglichen Eindringen durch Zellwand
- Bildung Haustorium => Membran nicht verletzt => Aufnahme von Nährstoffen
Mehltau bildet welche Enzyme?
Chitin deacylasen (Pilzzellwand)
Proteasen
Cellulasen*
Methylesterasen*
Permeasen
*pflanzliche Zellwand
Pilzpathogene
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
Weizenschwarzrost
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)
Bekämpfung von Schwarzrost
Berberitze loswerden
Resistenzformen
Nicht-Wirts Resistenz
Sorten/Rassenspezifische Resistenz
Nicht-Wirtsresistenz
Dauerhaft
Viele Resistenzgene:
Rezeptoren
Abwehrproteine
Sekundärmetabolite
Zellwand/Kutikula
Rassenspezifische Resistenz
Ein Resistenzgen: Rezeptor
Kurzlebig
Pathogen kann sich bereits mit einer Veränderung eines Virulenzfaktors anpassen
Induzierte Abwehr
PRRs erkennen PAMPs
Signalling cascade
Induktion PR genes (pathogenesis related), Phytoalexinproduktion, gerichtete Sekretion von Abwehrmolekülen
Präformierte Barrieren
Cuticula, Trichome, dicke und chem. Eigenschaften der Zellwand, antibiotische Substanzen
Beispiele für PAMPs/MAMPs von Bacterien/Fungi
Konservierte Moleküle wie bakterielles Flagellin oder Chitin aus Zellwand der Pilze
Effektoren
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
Pseudomonas in Arabidopsis
Bakterien die weniger gut wachsen sind mutiert in Effektorgenen
=> weniger virulent = Effektoren sind Virulenzfaktoren
Avirulenzfaktor
Virulenzfaktor der von Pflanzenrezeptor (soluble in plasma) erkennt werden kann
Mehltau auf Chul/Chancellor
Anwesenheit von Effektoren die erkennt werden können führt zu Rassenspezifischer Resistenz
Hypersensitive Antwort
Zelltod in Antwort auf Pathogen detektion
Biochemische und zelluläre Aspekte der Abwehrreaktion von Pflanzen
• 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
Domänen eines intrazellulären Rezeptors (NLR receptor)
LRR = leucin rich repeat
NB = nucleotide binding domain
Aminoterminal = TIR/CC (coiled coil)
Nehmen Effektoren wahr
membrane receptors
Pathogene im intrazellulären Raum erkennen
LLR domäne => binden von Effektoren
seltener als intrazelluläre
ZAR1 resistosom
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
LRR
leucin rich repeat domain
=> Hufeisenstruktur
Leucin an bestimmter position: wiederholte solche Sequenzen
=> ideal um Moleküle erkennen können und Konformationsänderung zu induzieren
Dauerhafte Resistenz erreichen durch
Pyramidisieren von Rassenspezifischen Resistenzgenen
Verwendung von Multilinien: Mischungen von nahezu identischen Kulturpflanzen
Verwendung von dauerhaften Resistenzgenen
Mlo knock-out Mutanten
Dauerhafte Mehltauresistenz in Tomaten
=> Ausschalten eines Anfälligkeitsfaktor => Resistenz, aber in gewissen Situationen Fitnessnachteil durch Verlust des Mlo gens
Effektoren können
Extra- und Intrazellulär wirken
Unterschied PAMPs und Effektoren
PAMPs sind hochkonservierte Moleküle, diebdas Pathogen nicht so schnell mutieren kann
Unterschiede pflanzliches vs Säugerimmunsystem
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
Gemeinsamkeiten pflanzliches/tierisches Immunsystem
Angeborene Immunität
Programmierter Zelltod
Rezeptoren, die PAMPs erkennen können (convergent evolution)
Ähnliche Strukturelemente in Rezeptoren (LRRs, Kinasedomänen etc)
