Identifikation differentiell exprimierter Gene der Gerste (<i>Hordeum vulgare</i> L.) nach BYDV-PAV Infektion anhand von cDNA-AFLP
Abstract
Die blattlausübertragene Gelbverzwergung der Gerste, verursacht durch verschiedene Stämme des Barley yellow dwarf virus (BYDV) und des Cereal yellow dwarf virus (CYDV), ist eine weltweit bedeutende Virose der Poaceae, die erhebliche Ertragsverluste zur Folge haben kann. Für eine sowohl wirtschaftlich tragfähige als auch ökologisch verträgliche Getreideproduktion ist ein Anbau toleranter Genotypen erforderlich. Eine effiziente Züchtung toleranter Gerstensorten setzt die Verfügbarkeit molekularer Selektionsmarker voraus, da eine phänotypische Selektion nach künstlicher Infektion mittels virustragender Blattläuse nur schwer in den Zuchtgang zu intergrieren ist. Ziel dieser Arbeiten war es daher mittels cDNA-AFLP Gene zu identifizieren, die an der Ausprägung der Toleranzreaktion beteiligt sind und diese in einer phänotypisch charakterisierten Population von DH-Linien zu kartieren. Die Charakterisierung der Genexpression in den Linien `Post´ und `Vixen´, sowie ausgewählten doppelhaploiden (DH) Linien der Kreuzung `Post´ x `Vixen´ mit der cDNA-AFLP Technik ergab insgesamt 45 differentiell regulierte Gene mit folgender Verteilung: 13% Kohlenhydratmetabolismus, 11% Aminosäurebiosynthese, 11% Seneszenz assoziiert, 7% Zellwandsynthese, 2% BYDV-Reaktion, 16% mRNAs anderer Klassen, 9% ohne signifikante Übereinstimmung und 31% mRNAs unbekannter Funktion. Von sieben differenzierenden Fragmenten konnten Marker als STS, CAPS oder SNPs entwickelt werden, mit denen die gefundenen Unterschiede in der vorhandenen DH-Population DH21 `Post´ x `Vixen´ kartiert werden konnten. Die abgeleiteten Marker der im cDNA-AFLP gefundenen Fragmente kartierten in der Untersuchungspopulation nicht im Bereich bisher bekannter QTL. Für einige Sequenzen ließ sich die chromosomale Zuordnung über Weizen-Gerste Additionslinien bestimmen, ohne eine genaue Aussage über die Position auf dem jeweiligen Chromosom treffen zu können. Die im cDNA-AFLP identifizierten Genfragmente, insbesondere Enzyme der Aminosäurebiosynthesewege betreffend, sind vermutlich auf sekundäre Pflanzenreaktionen nach einer BYDV-Infektion zurückzuführen, da insbesondere eine hohe Akkumulation von Kohlenhydraten in den Blättern BYDV-infzierter Pflanzen auf eine gestörte Phloemfunktion zurückgeführt werden kann. Saccharose kann von den Source-Organen nicht in das Phloem entladen werden und reichert sich daher an. Als Folge wird die Saccharose ggf. wieder in Fructose und Glucose gespalten, was zum einen vielfältige Feedback Funktionen auf weitere Prozesse des Kohlenhydratmetabolismus auslöst und zum anderen, als Folge der Anreicherung von löslichen Zuckern in der Pflanze, zu starken Chlorosen führen kann. Die Desorganisation des Phloemgewebes nach einer BYDV Infektion konnte mit den im cDNA-AFLP gefundenen Enzymen nicht abschließend erklärt werden. Indes lassen Erkenntnisse über herunterregulierte Enzyme der Zellwandsynthese nach einer BYDV-Infektion die Vermutung zu, dass unvernetzte Zellwandbestandteile sich im Phloem anreichern und es somit zu einem Verschluß der Siebzellen mit der Folge von Chlorosen und Leistungsminderungen kommen kann.
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