Genetische Kartierung und QTL-Analyse agronomischer Eigenschaften der Weinrebe unter besonderer Berücksichtigung der Pilzresistenz

153 Nachkommen einer Kreuzung aus der pilzresistenten Rebsorte ‘Regent‘ und ‘Lemberger‘ als klassischer pilzsensitiver Sorte zeigen quantitative Merkmalsvariation bezüglich der Resistenz gegen Plasmopara viticola und Uncinula necator sowie für weitere Eigenschaften, die z.B. das Eintreten der Beerenreife betreffen. Auf dem Weg über die genetische Kartierung mit molekularen Markern und der Lokalisierung von QTL-Effekten konnten Hinweise auf weinbaulich relevante Genomregionen gewonnen werden; dies liefert z.B. die Basis für markergestützte Selektion bei Zuchtvorhaben mit dem Resistenzträger ‘Regent’ (vgl. auch FISCHER et al., 2004). Ein Major-QTL für die Resistenz gegen den Echten Mehltau Uncinula necator sowie zwei Major QTL für die Resistenz gegen den Erreger des Falschen Mehltau, Plasmopara viticola, traten mit hoher Signifikanz auf drei verschiedenen Kopplungsgruppen von ‘Regent‘ auf. Auch Regionen mit Relevanz für das Eintreten der Beerenreife wurden beschrieben. Über die Isolierung, Sequenzierung und anschließende Analyse einzelner Markerfragmente mit Methoden der Bioinformatik ist es gelungen, ein putatives T10P12.4-Ortholog der Weinrebe (ein thioredoxinähnliches Protein) in enger Kopplung zu einem Major-QTL-Maximum für Plasmopara viticola-Resistenz zu identifizieren, das als Kandidat für die Beteiligung an der Pathogenantwort in Frage kommt. Es konnte exemplarisch gezeigt werden, dass die eingesetzten Methoden der Kartierung und QTL-Analyse unter Verwendung PCR-basierter Markertypen wie SSR und AFLP und einer beschleunigten Analyse über computergestützte Kapillargelelektrophorese in vertretbarem Zeitrahmen bis zur Isolation potentieller Schlüsselgene führen können. Die grundsätzliche Eignung der QTL-Analyse als effizientes Werkzeug gezielter Züchtungsplanung für den Weinbau bestätigte sich. Ihre Anwendung im Rahmen der vorliegenden Dissertation hat die Basis für die Nutzung von QTL-Information bei dem Vergleich etablierter und der Entwicklung neuer Sorten gelegt und zum Verständnis von Prozessen beigetragen, die den betrachteten Eigenschaften wie der Pilzresistenz möglicherweise zu Grunde liegen. Ein großer Teil der gewonnenen Daten bringt auch die Untersuchungen anderer Kultivare voran und ist intervarietal übertragbar. Darüber hinaus haben sich Chancen für vergleichende Studien zwischen der Weinrebe einerseits und der Modellpflanze Arabidopsis thaliana sowie weiteren Kulturpflanzen andererseits abgezeichnet. Die Hinweise auf die zentrale Rolle und universelle Natur des Redox-Signalling haben interessante Perspektiven zum Verständnis organismenübergreifender physiologischer Zusammenhänge eröffnet. Dies betrifft z.B. auch die Reaktion auf Verwundung oder die Pathogenantwort.

Untersuchungen zur Genexpression in Wurzeln der reblausresistenten Unterlagsrebsorte ’Börner’

Die reblausresistente Unterlagsrebsorte ’Börner’ reagiert auf einen Reblausbefall mit einer Hypersensitivitätsreaktion (HR), die sich in Form von Nekrosen an Blättern und Wurzeln zeigt. Im Rahmen dieser Dissertation wurde der Resistenzmechanismus mittels differenzieller Genexpressionsanalysen untersucht. Unter Anwendung der suppressiven subtraktiven Hybridisierung, der DNA-Microarraytechnik sowie der GeneFishingTM-Methode erfolgte ein Vergleich zwischen der Genexpression in hypersensitivem Wurzelgewebe und Normalgewebe der Unterlagsrebe ’Börner’. Neben der Reblaus induzierten HR wurde insbesondere auf die experimentelle Induktion durch das Pflanzenhormon Indol-3-Essigsäure (IES) zurückgegriffen. Damit sollten Kenntnisse über die Rolle der IES als auslösender Faktor der Resistenzreaktion gewonnen werden. Die Ergebnisse bestätigen die Annahme, dass die IES Pathogenabwehrreaktionen in ’Börner’ induziert. So konnten Hinweise auf die transkriptionelle Aktivierung Resistenz und HR assoziierter Proteine gefunden werden, wie z.B. Phytoalexine und pathogen-related (PR)-Proteine sowie Vertreter aus der hypersensitive-induced response-Familie. Es konnten weiterhin wertvolle Informationen im Hinblick auf die Transduktion des IES-Signals im Zusammenhang mit der Aktivierung von Resistenzreaktionen gewonnen werden. So wurden Hinweise auf die Beteiligung der Signalsubstanzen Ethylen, Salicylsäure, Jasmonsäure, Calcium sowie reaktiver Sauerstoffspezies gefunden. Es konnten zudem Anhaltspunkte für die Aktivierung des Auxin induzierten Ubiquitin/26S-Proteolyseweges und weiterer Signalkomponenten, wie z.B. Kinasen und Transkriptionsfaktoren, ermittelt werden. Auch auf die Beteiligung von Auxinrezeptoren konnte aufgrund der Resultate geschlossen werden. Damit war es im Rahmen der Dissertation möglich, potenzielle Signaltransduktionswege zu erarbeiten, die für weiterführende Untersuchungen des Reblausresistenzmechanismus von entscheidender Bedeutung sind.

Über die Bildung von Spritzgenossenschaften im Kampfe gegen den falschen Mehltau des Weinstocks

Von Grimm

Bemerkungen über den Stachelbeer-Mehltau, den Stachelbeer-Rost und den Eichen-Mehltau

Von Dr. R. Laubert

Bemerkungen über den Stachelbeer-Mehltau, den Stachelbeer-Rost und den Eichen-Mehltau

Von Dr. R. Laubert

Pathogen-Induced Defense Signaling and Signal Crosstalk in Arabidopsis

Erwinia carotovora subsp. carotovora is a bacterial phytopathogen that causes soft rot in various agronomically important crop plants. A genetically specified resistance to E. carotovora has not been defined, and plant resistance to this pathogen is established through nonspecific activation of basal defense responses. This, together with the broad host range, makes this pathogen a good model for studying the activation of plant defenses. Production and secretion of plant cell wall-degrading enzymes (PCWDE) are central to the virulence of E. carotovora. It also possesses the type III secretion system (TTSS) utilized by many Gram-negative bacteria to secrete virulence- promoting effector proteins to plant cells. This study elucidated the role of E. carotovora HrpN (HrpNEcc), an effector protein secreted through TTSS, and the contribution of this protein in the virulence of E. carotovora. Treatment of plants with HrpNEcc was demonstrated to induce a hypersensitive response (HR) as well as resistance to E. carotovora. Resistance induced by HrpNEcc required both salicylic acid (SA)- and jasmonate/ethylene (JA/ET)-dependent defense signaling in Arabidopsis. Simultaneous treatment of Arabidopsis with HrpNEcc and PCWDE polygalacturonase PehA elicited accelerated and enhanced induction of defense genes but also increased production of superoxide and lesion formation. This demonstrates mutual amplification of defense signaling by these two virulence factors of E. carotovora. Identification of genes that are rapidly induced in response to a pathogen can provide novel information about the early events occurring in the plant defense response. CHLOROPHYLLASE 1 (AtCLH1) and EARLY RESPONSIVE TO DEHYDRATION 15 (ERD15) are both rapidly triggered by E. carotovora in Arabidopsis. Characterization of AtCLH1 encoding chlorophyll-degrading enzyme chlorophyllase indicated that it might have a role in chlorophyll degradation during plant tissue damage. Silencing of this gene resulted in increased accumulation of reactive oxygen species (ROS) in response to pathogen infection in a light-dependent manner. This led to enhanced SA-dependent defenses and resistance to E. carotovora. Moreover, crosstalk between different defense signaling pathways was observed; JA-dependent defenses and resistance to fungal pathogen Alternaria brassicicola were impaired, indicating antagonism between SA- and JA-dependent signaling. Characterization of ERD15 suggested that it is a novel, negative regulator of abscisic acid (ABA) signaling in Arabidopsis. Overexpression of ERD15 resulted in insensitivity to ABA and reduced tolerance of the plants to dehydration stress. However, simultaneously, the resistance of the plants to E. carotovora was enhanced. Silencing of ERD15 improved freezing and drought tolerance of transgenic plants. This, together with the reducing effect of ABA on seed germination, indicated hypersensitivity to this phytohormone. ERD15 was hypothesized to act as a capacitor that controls the appropriate activation of ABA responses in Arabidopsis.