Decision tools for bacterial blight resistance gene deployment in rice-based agricultural ecosystems

Attempting to achieve long-lasting and stable resistance using uniformly deployed rice varieties is not a sustainable approach. The real situation appears to be much more complex and dynamic, one in which pathogens quickly adapt to resistant varieties. To prevent disease epidemics, deployment should be customized and this decision will require interdisciplinary actions. This perspective article aims to highlight the current progress on disease resistance deployment to control bacterial blight in rice. Although the model system rice-Xanthomonas oryzae pv. oryzae has distinctive features that underpin the need for a case-by-case analysis, strategies to integrate those elements into a unique decision tool could be easily extended to other crops.

Medizinischer und gesundheitsökonomischer Nutzen der Untersuchung auf Helicobacter pylori-Besiedlung mittels 13C-Harnstoff-Atemtest in der Primärdiagnostik im Vergleich zu invasiven und nichtinvasiven diagnostischen Verfahren

Hintergrund: Helicobacter pylori (H. pylori) zählt trotz abnehmender Inzidenz zu den häufigsten bakteriellen Infektionskrankheiten des Menschen. Die Infektion mit H. pylori ist ein Risikofaktor für Krankheiten wie gastroduodenale Geschwüre, Magenkarzinomen und MALT (Mucosa Associated Lymphoid Tissue)-Lymphomen. Zur Diagnostik von H. pylori stehen verschiedene invasive und nichtinvasive Verfahren zur Verfügung. Der 13C-Harnstoff-Atemtest wird zur Kontrolle einer Eradikationstherapie empfohlen, kommt in der Primärdiagnostik von H. pylori derzeit jedoch nicht standardmäßig in Deutschland zum Einsatz. Fragestellung: Welchen medizinischen und gesundheitsökonomischen Nutzen hat die Untersuchung auf H. pylori-Besiedlung mittels 13C-Harnstoff-Atemtest in der Primärdiagnostik im Vergleich zu invasiven und nichtinvasiven diagnostischen Verfahren? Methodik: Basierend auf einer systematischen Literaturrecherche in Verbindung mit einer Handsuche werden Studien zur Testgüte und Kosten-Effektivität des 13C-Harnstoff-Atemtests im Vergleich zu anderen diagnostischen Verfahren zum primären Nachweis von H. pylori identifiziert. Es werden nur medizinische Studien eingeschlossen, die den 13C-Harnstoff-Atemtest direkt mit anderen H. pylori-Testverfahren vergleichen. Goldstandard ist eines oder eine Kombination der biopsiebasierten Testverfahren. Für die gesundheitsökonomische Beurteilung werden nur vollständige gesundheitsökonomische Evaluationsstudien einbezogen, bei denen die Kosten-Effektivität des 13C Harnstoff-Atemtests direkt mit anderen H. pylori-Testverfahren verglichen wird. Ergebnisse: Es werden 30 medizinische Studien für den vorliegenden Bericht eingeschlossen. Im Vergleich zum Immunglobulin G (IgG)-Test ist die Sensitivität des 13C-Harnstoff-Atemtests zwölfmal höher, sechsmal niedriger und einmal gleich, und die Spezifität 13-mal höher, dreimal niedriger und zweimal gleich. Im Vergleich zum Stuhl-Antigen-Test ist die Sensitivität des 13C-Harnstoff-Atemtests neunmal höher, dreimal niedriger und einmal gleich, und die Spezifität neunmal höher, zweimal niedriger und zweimal gleich. Im Vergleich zum Urease-Schnelltest sind die Sensitivität des 13C-Harnstoff-Atemtests viermal höher, dreimal niedriger und viermal gleich und die Spezifität fünfmal höher, fünfmal niedriger und einmal gleich. Im Vergleich mit der Histologie ist die Sensitivität des 13C-Harnstoff-Atemtests einmal höher und zweimal niedriger und die Spezifität zweimal höher und einmal niedriger. In je einem Vergleich zeigt sich kein Unterschied zwischen 13C-Harnstoff-Atemtest und 14C-Harnstoff-Atemtest, sowie eine niedrigere Sensitivität und höhere Spezifität im Vergleich zur Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Inwieweit die beschriebenen Unterschiede statistisch signifikant sind, wird in sechs der 30 Studien angegeben. Es werden neun gesundheitsökonomische Evaluationen in dem vorliegenden Bericht berücksichtigt. Die Test-and-Treat-Strategie mittels 13C-Harnstoff-Atemtest wird in sechs Studien mit einem Test-and-Treat-Verfahren auf Basis der Serologie sowie in drei Studien mit einem Test-and-Treat-Verfahren auf Basis des Stuhl-Antigen-Tests verglichen. Dabei ist das Atemtestverfahren dreimal kosteneffektiv gegenüber der serologischen Methode und wird von der Stuhl-Antigen-Test-Strategie einmal dominiert. Vier Studien beinhalten einen Vergleich der Test-and -Treat-Strategie auf Basis des 13C-Harnstoff-Atemtests mit einer empirischen antisekretorischen Therapie, wobei sich das Atemtesverfahren zweimal als kosteneffektive Prozedur erweist und zwei Studien einen Vergleich mit einer empirischen Eradikationstherapie. In fünf Studien wird das Test-and-Treat-Verfahren mittels 13C-Harnstoff-Atemtest einer endoskopiebasierten Strategie gegenübergestellt. Zweimal dominiert die Atemteststrategie die endoskopische Prozedur und einmal wird sie von dieser Strategie dominiert. Diskussion:Sowohl die medizinischen als auch die ökonomischen Studien weisen mehr oder minder gravierende Mängel auf und liefern heterogene Ergebnisse. So werden in der Mehrzahl der medizinischen Studien keine Angaben zur statistischen Signifikanz der berichteten Unterschiede zwischen den jeweiligen Testverfahren gemacht. Im direkten Vergleich weist der 13C-Harnstoff-Atemtest überwiegend eine höhere Testgüte als der IgG und der Stuhl-Antigen-Test auf. Aus den Vergleichen mit dem Urease-Schnelltest lassen sich keine Tendenzen bezüglich der Sensitivität ableiten, wohingegen die Spezifität des 13C-Harnstoff-Atemtests höher einzuschätzen ist. Für die Vergleiche des 13C-Harnstoff-Atemtest mit der Histologie, dem 14C-Harnstoff-Atemtest und der PCR liegen zu wenige Ergebnisse vor. In der eingeschlossenen ökonomischen Literatur deuten einige Studienergebnisse auf eine Kosten-Effektivität der Test-and-Treat-Strategie mittels 13C-Harnstoff-Atemtest gegenüber dem Test-and-Treat-Verfahren auf Basis der Serologie und der empirischen antiskretorischen Therapie hin. Um Tendenzen bezüglich der Kosten-Effektivität der Atemteststrategie gegenüber der Test-and-Treat-Strategie mittels Stuhl-Antigen-Test sowie der empirischen Eradikationstherapie abzuleiten, mangelt es an validen Ergebnissen bzw. ökonomischer Evidenz. Die Untersuchungsresultate hinsichtlich eines Vergleichs mit endoskopiebasierten Verfahren fallen diesbezüglich zu heterogen aus. Insgesamt kann keines der ökonomischen Modelle der Komplexität des Managements von Patienten mit dyspeptischen Beschwerden gänzlich gerecht werden. Schlussfolgerungen/Empfehlungen: Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Studienlage zur medizinischen und ökonomischen Beurteilung des 13C-Harnstoff-Atemtests im Vergleich zu anderen diagnostischen Methoden nicht ausreichend ist, um den Atemtest als primärdiagnostisches Standardverfahren im Rahmen einer Test-and-Treat-Strategie beim Management von Patienten mit dyspeptischen Beschwerden für die deutsche Versorgungslandschaft insbesondere vor dem Hintergrund der Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Verdauungs- und Stoffwechselkrankheiten (DGVS) anstelle einer endoskopiebasierten Methode zu empfehlen.

Proteomic and phosphoproteomic analysis of polyethylene glycol-induced osmotic stress in root tips of common bean (Phaseolus vulgaris L.)

Previous studies have shown that polyethylene glycol (PEG)-induced osmotic stress (OS) reduces cell-wall (CW) porosity and limits aluminium (Al) uptake by root tips of common bean (Phaseolus vulgaris L.). A subsequent transcriptomic study suggested that genes related to CW processes are involved in adjustment to OS. In this study, a proteomic and phosphoproteomic approach was applied to identify OS-induced protein regulation to further improve our understanding of how OS affects Al accumulation. Analysis of total soluble proteins in root tips indicated that, in total, 22 proteins were differentially regulated by OS; these proteins were functionally categorized. Seventy-seven per- cent of the total expressed proteins were involved in metabolic pathways, particularly of carbohydrate and amino acid metabolism. An analysis of the apoplastic proteome revealed that OS reduced the level of five proteins and increased that of seven proteins. Investigation of the total soluble phosphoproteome suggested that dehydrin responded to OS with an enhanced phosphorylation state without a change in abundance. A cellular immunolocalization analysis indicated that dehydrin was localized mainly in the CW. This suggests that dehydrin may play a major protective role in the OS-induced physical breakdown of the CW structure and thus maintenance of the reversibility of CW extensibility during recovery from OS. The proteomic and phosphoproteomic analyses provided novel insights into the complex mechanisms of OS-induced reduction of Al accumulation in the root tips of common bean and highlight a key role for modification of CW structure.

Physiological and molecular analysis of the interaction between aluminium toxicity and drought stress in common bean (Phaseolus vulgaris)

Aluminium (Al) toxicity and drought are two major factors limiting common bean (Phaseolus vulgaris) production in the tropics. Short-term effects of Al toxicity and drought stress on root growth in acid, Al-toxic soil were studied, with special emphasis on Al-drought interaction in the root apex. Root elongation was inhibited by both Al and drought. Combined stresses resulted in a more severe inhibition of root elongation than either stress alone. This result was different from the alleviation of Al toxicity by osmotic stress (-0.60 MPa polyethylene glycol) in hydroponics. However, drought reduced the impact of Al on the root tip, as indicated by the reduction of Al-induced callose formation and MATE expression. Combined Al and drought stress enhanced up-regulation of ACCO expression and synthesis of zeatin riboside, reduced drought-enhanced abscisic acid (ABA) concentration, and expression of NCED involved in ABA biosynthesis and the transcription factors bZIP and MYB, thus affecting the regulation of ABA-dependent genes (SUS, PvLEA18, KS-DHN, and LTP) in root tips. The results provide circumstantial evidence that in soil, drought alleviates Al injury, but Al renders the root apex more drought-sensitive, particularly by impacting the gene regulatory network involved in ABA signal transduction and cross-talk with other phytohormones necessary for maintaining root growth under drought.

Alteration of cell-wall porosity is involved in osmotic stress-induced enhancement of aluminium resistance in common bean (Phaseolus vulgaris L.)

Aluminium (Al) toxicity and drought are the two major abiotic stress factors limiting common bean production in the tropics. Using hydroponics, the short-term effects of combined Al toxicity and drought stress on root growth and Al uptake into the root apex were investigated. In the presence of Al stress, PEG 6000 (polyethylene glycol)-induced osmotic (drought) stress led to the amelioration of Al-induced inhibition of root elongation in the Al-sensitive genotype VAX 1. PEG 6000 (>> PEG 1000) treatment greatly decreased Al accumulation in the 1 cm root apices even when the roots were physically separated from the PEG solution using dialysis membrane tubes. Upon removal of PEG from the treatment solution, the root tips recovered from osmotic stress and the Al accumulation capacity was quickly restored. The PEG-induced reduction of Al accumulation was not due to a lower phytotoxic Al concentration in the treatment solution, reduced negativity of the root apoplast, or to enhanced citrate exudation. Also cell-wall (CW) material isolated from PEG-treated roots showed a low Al-binding capacity which, however, was restored after destroying the physical structure of the CW. The comparison of the Al(3+), La(3+), Sr(2+), and Rb(+) binding capacity of the intact root tips and the isolated CW revealed the specificity of the PEG 6000 effect for Al. This could be due to the higher hydrated ionic radius of Al(3+) compared with other cations (Al(3+) >> La(3+) > Sr(2+) > Rb(+)). In conclusion, the results provide circumstantial evidence that the osmotic stress-inhibited Al accumulation in root apices and thus reduced Al-induced inhibition of root elongation in the Al-sensitive genotype VAX 1 is related to the alteration of CW porosity resulting from PEG 6000-induced dehydration of the root apoplast.