VL 2 Flashcards
Wie gross sind die Ertragsverluste durch Schädlinge udn Pathogene bei den wichtigsten Kulturpflanzen?
Weizen: 21.5%
Reis: 30%
Mais: 22.6%
Kartoffeln: 17.2%
Soja: 21.4%
Was sind die Top 5 Viren?
Tobacco mosaic virus
Tomato spotted wilt virus
Tomato yellow leaf curl virus
Cucumber mosaic virus
Potato virus Y
Was sind die Top 5 Bakterien?
Pseudomonas syringae
Ralstonia solanacearum
Agrobacterium tumefaciens
Xanthomonas oryzae
Xanthomonas campestris
Was sind die Top 5 Pilze?
Magnaporthe oryzae
Botrytis cinerea
Puccinia spp.
Fusarium graminearum
Fusarium oxsporum
Was sind wichtige Krankheiten in Europa?
Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln (Phytophtora infestans)
Fusariosen bei Getreide (Fusarium spp.)
Echter Mehltau bei Getreide (Blumeria graminis)
Falscher Mehltau bei Trauben (Plasmopora viticola)
Feuerbrand bei Obstbäumen (Erwinia amylofora)
Was sind Ziele der Resistenzzüchtung?
Erhöhte, dauerhafte Widerstandskraft
Verringerung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln
Verminderung des Risikos der Bildung von Fungizidresistenzen
Einzige Lösung bei nicht bekämpfbaren Krankheiten
Verminderung des Betriebsaufwandes (Spritzkosten)
Krankheitsdreieck
S. 16
Pathogen - Wirt - Umwelt
Abwehrmechanismen der Pflanzen
Vermeidung der Krankheit
(Blüte vor oder nach Infektionsdruck, z.B. Mutterkorn)
Präfomierte Abwehrmechanismen
(Dicke des Gewebes, Wachsschicht)
Nicht-Wirtsresistenz
(Pathogene haben oft definierten Wirtsbereich)
Wirtsresistenz
(Spezifische Abwehrreaktionen gegen bestimmte Pathogene)
Induzierte Resistenz
(Spezifische Abwehrmechanismen nach früherer Infektion mit Pathogen, z.B. TMV
Toleranz
(Leistung trotz Pathogen Befall)
Was ist die 1. Abwehrstufe der Resistenzmechanismen?
Pathogen Associated Molecular Pattern Triggered Immunity
PAMP
….
- Abwehrstufe der Resistenzmechanismen
Effector Triggered Immunity
….
Effektor - Rezeptor - Interaktion
Resistenz nur bei Übereinstimmung von Avirulenz und Resistenzgen (Inkompatible Interaktion)
Kompatible Interaktion -> Krankheitsbefall
Folgen einer inkompatiblen Interaktion
Schnelles Absterben der infizierten Zellen (Programmierter Zelltd, Hypersensitivity Response HR)
Synthese von Abwehrmenzymen (z.B. Chitinasen, Glucanasen)
Freisetzung von phenolischen Substanzen
Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (Superoxid-Radikale, oxidative burst)
Produktion von “Stress-Ethylen”
Beispiele für Resistenzmechanismen
S. 26
Cell suface perception
Resistenzgenklasse: Receptor Like Proteins / KInases (RLP / RLK)
Bsp: flg22 x FLS2 in Arabidopsis
Intracellular perception (ETI)
Resistenzgenklasse: Nucleotide-binding-domaine and Leucine-rich repeat region containing proteins (NLR)
Bsp: TALEs x Xa27, Xa10, Xa23 in rice
Loss of susceptibility
Resistenzgenklasse: Adult Plant Resistance Genes (APR)
Bsp: mlo in barley
Potential von PTI in der Züchtung
Vielversprechend, da nicht-spezifische Resistenz
bis jetzt kaum ausgenutzt
Transfer von Rezeptoren aus Arabidopsis in Tomate -> Resistenz gegen Ralstonia solanacearum
Detektion von spezifischen Effektoren
“bacterial blight” bei Reis (Xanthomonas oryzae)
Spezifische intrazelluläre Erkennung von bakteriellen Avirulenzfaktoren (i.e. Transkription Activator Like Effectors TALEs)
Resistenz-Reaktion nur bei Übereinstimmung von Resistenzgen (NB-LRR) und Effektor (TALE)
Potential von ETI in der Züchtung
Klassische Resistenzgene
Gen-für-Gen Interaktion
Hochspezifisch gegen bestimmte Pathogen-Rassen
Sehr wichtig in vielen Kulturpflanzen
Gefahr der Überwindung der Resistenz durch Pathogen-Evolution
Möglichkeit der Pyramidisierung verschiedener Resistenzquellen
Verlust der Anfälligkeit
Mlo (plasma membrane - localized seven-transmembrane domain protein) mildew resistance locus o in Gerste
“loss of function” Mutationen mlo führen zu (breiter) Resistenz gegen echten Mehltau (Blumeria graminis f.sp. hordei)
Potential mlo Resistenz in der Züchtung
Universelle Resistenz
Sehr dauerhaft
Übertragbar in andere Arten
Welche Resistenzmechanismen sind universell und welche spezifisch?
Cell suface perception (PTI): universell
Intracellular perception (ETI): spezifisch
Loss of susceptibility: universell
Monogene / qualitative Resistenz
Gen - für - Gen Interaktion
Abwehrmechanismus beruht meist auf HR Reaktion
Nicht unbedingt vollständige Resistenz (manchmal auch nur reduzierter Befall)
Beispiele monogener Resistenzen
Echter Mehltau
Getreide Roste
Kraut- und Knollenfäule
Reisbrand
Bakt. Streifenkrankheit
Differnzialsortiment
S. 48
Historisches Differentialsortiment für Schwarzrost bei Winterweizen
Matrix mit Schwarzrostrassen in Zeilen und Weizensorten in Spalten, anfällige Kombinationen sind dunkel eingefärbt
Anforderungen an Diff.sortiment
Pflanzen mit allen bekannten Resistenzgenen
- homozygote Wirtsgenotypen (fü Resistenz)
- möglichst wenige Resistenzgene in einem Wirtsgenomtyp
- Qualitative Reaktion
Isolate die unterschiedliche Reaktionsmuster zeigen
- nur soviele wie nötig um alle Wirtsgenotypen zu unterscheiden
Welche dauerhaften Resistenzen sind bekannt?
Langjähriger Anbau von resistenten Sorten führt zu Auftreten neuer Virulenzen
-> bekannte dauerhafte Resistenzen:
Lr34: Weizen / Braunrost
mlo: Gerste / echter Mehltau
tm-22: Tomate / Tomatenmosaikvirus
N: Tabak / Tabakmosaikvirus
Polygene oder quantitative Resistenz
Kontrolliert durch mehrere Gene
Keine vollständige Resistenz
Bestimmung durch Bonituren (Befallswerte)
Ausprägung stark durch Umwelt und physiologisches Stadium der Wirtspflanze bestimmt
Keine Wechselwirkung zwischen Pflanzen-Genotyp und Pathogen-Isolat
Für fast alle Krankheiten quantitative Resistenz bekannt
Selektion quantitativer Resistenz
Aufwändig
Prüfung grosser Sortimente mit Standardgenotypen bekannter Resistenz
Prüfung an mehreren Orten, mehreren Jahren
Hohe Umweltstabilität der Resistenz nötig
Vererbung quanititativer Resistenz
Bestimmung der Anzahl beteiligter Gene schwierig -> Schätzung durch quantitativ-genetische Methoden
Genauere Bestimmung durch Marker-basierte Methoden (Quantitative trait locus) QTL Analysen
Züchtung resistenter Sorten
Ausnützen der genetischen Variabilität im Zuchtmaterial un din den verschiedenen Genpools
- Kreuzung
- Rückkreuzung zum eliminieren von unerwünschtem genetischem Hintergrund
- Rekurrente Selektion auf Resistenz
- Makrerunterstützte Züchtung
- Gentechnologie und genome editing
Überwindung von Resistenzen
Pathogenpopulationen passen sich laufend an und entwickeln neue Virulenzen -> Resistenzen werden unwirksam
je höher der Resistenzdruck auf die Pathogenpopulation, desto schneller die Anpassungsrate (Qualitative / monogene Resistenz»_space; Quantitative / polygene Resistenz)
Resistenzmanagement ist daher wichtig
Strategien resistenzmanagement
Einsatz polygener (quantitativer) Resistenz
- Dauerhafter als monogene Resistenzen
- Züchterisch schwieriger zu handhaben
- weniger attraktiv da kein vollständiger Schutz
Wechselnde Resistenzquellen
- Einführen neuer Resistenzquellen ins Zuchtmaterial
- Aufwändig, limitierte Verfügbarkeit
- Wirkung oft zeitlich begrenzt
Resistenzgen-Management
- Beobachten des Rassenspektrums des Erregers
- Gezielter Einsatz von Resistenzgenen im Zuchtprogramm
- Recycling von Resistenzgenen nach einiger Zeit
- Z.B. Einsatz unterschiedlicher Resistenzquellen in Sommer- und Wintergetreide
- Theoretisch sehr wirksam, praktisch schwierig durchzuführen
Pyramidisieren von Resistenzgenen
- Einschleusen versch monogener Resistenzen in eine Sorte
- Hoher Aufwand, mit molekulargenetischen Methoden machbar
Vielliniensorten
- Kombination mehrer monogener Resistenzen in unterschiedlichen Linien eines Genotyps
- Flexibel einsetzbar (Resistenzgenmanagement)
- Mit molekulargenetischen Methoden in Zukunft umsetzbar
Sortenmischungen
Vermeidung von hohem Krankheitsdruck durch erhöhte genetische Diversität (nicht nur in Bezug auf einzelne Resistenzgene)
In der Vergangenheit erfolgreich eingesetzt (DDR, DK)
Vorteile von Sortenmischungen
Risiko von Epidemien sinkt
Überwindung der Resistenz wird verlangsamt
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Krankheit wird (durch resistente Genotypen) verhindert
Nachteile von Sortenmischungen
Bildung von Super-Pathogenen
Widerstände der verarbeitenden Industrie
Logistik, Sortenreinheit
Sortenprüfung, Vertrieb, Marketing
kompromiss: Anbau von verschiedenen Sorten auf einem Betrieb / in einer Region
