Fire blight: identification, cloning and functional characterisation of related genes on <i>Malus</i> ×<i>robusta</i>

  • Isabelle Vogt JKI

Abstract

Institut für Züchtungsforschung an Obst

Die Pflanzenkrankheit Feuerbrand, welche durch das Enterobakterium Erwinia amylovora verursacht wird, stellt ein ernstes Problem für die Apfelproduktion weltweit dar. Eine erfolgreiche und zuverlässige Bekämpfung des Erregers ist bislang nur mit Streptomycinhaltigen Pflanzenschutzmitteln möglich, welche allerdings in Europa nur bedingt oder gar nicht eingesetzt werden dürfen. Besonders problematisch ist dies, da die meisten kommerziellen Apfelsorten anfällig gegenüber Feuerbrand sind. Die Entwicklung von neuen, feuerbrandresistenten Sorten ist damit eines der wichtigsten Ziele der Züchtung. Geeignete Resistenzquellen sind vor allem in Wildapfelarten zu finden, welche sich allerdings durch schlechte Fruchtqualität und geringe Fruchtgröße auszeichnen. Das Einbringen dieser Resistenzen mittels klassischer Züchtung ist ein sehr zeitaufwendiger Prozess, da die unerwünschten Eigenschaften durch Rückkreuzungen entfernt werden müssen. Molekulare Methoden wie die markergestützte Selektion können helfen, diesen Prozess zu beschleunigen. Hierfür ist es allerdings nötig die zugrunde liegenden Resistenzmechanismen und die beteiligten Gene zu kennen. Dies führte zum Ziel dieser Arbeit: die Identifikation, Klonierung und funktionelle Charakterisierung Feuerbrand relevanter Gene bei Malus ×robusta.

Neben der Identifikation neuer Gene, war es auch Aufgabe bereits bekannte Gene näher zu untersuchen. Eins dieser Gene mit großer Bedeutung für die Virulenz von E. amylovora ist der Effektor AvrRpt2EA. Innerhalb dieser Arbeit erfolgte zunächst die Sequenzierung des Effektors von 22 verschiedenen E. amylovora Stämmen mit unterschiedlicher Virulenz gegenüber Malus ×robusta 5 (Mr5). Ein Vergleich der Nukleinsäuresequenz zeigte einen Einzelnukleotid-Polymorphismus, welcher zum Austausch von Cystein zu Serin in der Proteinsequenz führte. Die zwei identifizierten Allele des Effektors wurden im weiteren für die Komplementierung der avrRpt2EA Deletionsmutante ZYRKD3-1 verwendet. Es folgten eine Virulenzanalyse und Real-Time qRT-PCR.

Da AvrRpt2EA homolog zu AvrRpt2 von P. syringae pv. tomato ist, war die Frage ob der Resistenzmechanismus ebenfalls ähnlich ist. In A. thaliana, interagiert AvrRpt2 mit dem Protein RIN4, wodurch das Resistenzprotein RPS2 aktiviert wird. Wenn es sich also um ähnliche Mechanismen handelt, müsste RIN4 auch im Genome von Mr5 zu finden
sein. Außerdem wurde mittels Hefe-Zwei-Hybrid-System nach weiteren Interaktionspartnern gesucht und RIN4 mittels Western Blot detektiert.

Die Identifizierung von neuen Genen, als letzter großer Teil dieser Dissertation, erfolgte mit Hilfe einer differentiellen Transkriptomanalyse. Dafür wurde Mr5 mit der virulenten avrRpt2EA Deletionsmutante ZYRKD3-1 und dem avirulenten Wildstamm Ea1189 inokuliert. Der Vergleich des Transkriptoms ermöglichte die Identifizierung differentiell exprimierter Gene (DEG), welche direkt die Pathogenabwehr betreffen. Diese DEGs wurden Stoffwechselwegen zugeordnet, wobei der biotische Stress von besonderem Interesse war. Ausgewählte Gene wurden im Folgenden mit dem BioMark™ HD System näher untersucht.

Veröffentlicht
2018-03-22
Ausgabe
Rubrik
Dissertation