Root-knot nematodes: abundance in organic farming, differentiation among populations, microbes attached to juveniles in soil, and bacterial antagonists

Abstract

In zwei umfassenden Untersuchungen im Herbst 2009 und 2011 wurde die Verbreitung und die Abundanz pflanzenparasitärer Nematoden an den verschiedenen Feldfrüchten in einer Bio-Farm in Ägypten erfasst. Insgesamt wurden elf Genera gefunden, von denen Wurzelgallen-Nematoden (Meloidogyne spp.) in beiden Untersuchungen am häufigsten und mit der höchsten Anzahl in den Proben gefunden wurde. Weitere oft gefundene Genera waren Tylenchorhynchus, Rotylenchulus, Helicotylenchus und Pratylenchus. Davon ausgehend beschäftigten sich die weiteren Arbeiten mit Meloidogyne, und zwar mit der Differenzierung von Populationen, der Anheftung von Mikroorganismen an die Juvenile (J2) im Boden, und der biologischen Kontrolle durch Bakterienstämme, die als Antagonisten von pilzlichen Pathogenen bekannt sind. Die untersuchten Populationen und/oder Rassen von Meloidogyne incognita zeigten phänotypische Unterschiede in ihren Vermehrungsmustern an einem Set von Wirtspflanzen. Damit einhergehend konnten auch genetische Unterschiede anhand einer neu entwickelten Methode zur Amplifikation des Pathogenitätsgens msp1 und der elektrophoretischen Auftrennung der PCR-Produkte von Genvarianten im Denaturierungsgradienten (DGGE) nachgewiesen werden. Für drei Ackerböden aus verschiedenen Regionen in Deutschland wurde unterschiedliche Suppressivität ihrer mikrobiellen Gemeinschaften gegen Meloidogyne hapla im Gewächshaus gezeigt. Mit Kultivierungs-unabhängigen Methoden wurde untersucht, welche Mikroorganismen an die J2 in den Böden anheften, um die zu identifizieren, die mit J2 im suppressivsten der drei Böden spezifisch interagierten (Kleinwanzleben). Die Mikroorganismen, die an den J2 nach Inkubation im Boden haften blieben, unterschieden sich zwischen den drei Böden. In PCR-DGGE Fingerprints von ITS-Fragmenten bzw. 16S rRNA Genen wurden viele Pilze und Bakterien detektiert, die an den J2 aber nicht im umgebenden Boden abundant waren. Während sich einige davon in allen drei Böden an den J2 anreicherten, waren andere spezifisch für einen Bodentyp. Mittels Pyrosequenzierung von 16S rRNA Gen-Amplikons konnten die mit J2 im suppressivsten Boden assoziierten abundantesten Bakterienarten beschrieben werden. Viele davon waren verwandt mit infektiösen Arten wie Shigella spp., während Malikia spinosa und Rothia amarae am häufigsten detektiert wurden. Krankheitskomplexe aus Nematode und Pilz können erhebliche synergistische Ertragsverluste verursachen. Bakterienstämme, die als Antagonisten von phytopathogenen Pilzen bekannt sind, wurden auf ihr Potential zur biologischen Kontrolle von M. incognita untersucht. Sameninokulation führte bei den meisten Stämmen zu einer signifikanten Reduktion der Vermehrung des Nematoden an Tomatenwurzeln. Für die drei besten Isolate, Bacillus subtilis Sb4-23, Mc2-Re2 und Mc5- Re2, wurden die zugrundeliegenden Mechanismen untersucht. Die Stämme konnten den Nematoden sowohl direkt durch Metabolite beeinträchtigen, die im Kulturüberstand zu finden sind, als auch indirekt über Induktion systemischer Resistenz der Pflanze. Im experimentellen Vergleich der direkten und Pflanzenvermittelten Effekte zeigte sich, dass letzteres der dominierende Kontrollmechanismus dieser Antagonisten ist. Zusammen genommen könnten diese Befunde als Basis für eine verbesserte Strategie zum integrierten Management von Wurzelgallen-Nematoden im biologischen Landbau dienen.