Persistence of obligate parasites in natural populations, with special reference to Arabidopsis and Tragopogon
Final Report Abstract
Weißrosterreger sind weitaus diverser als zuvor bekannt: Im Rahmen der Arbeiten wurde bei Versuchen, spezifische und sensitive PCR-Primer für den Nachweis von Weißrosterreger zu entwickeln, festgestellt, dass die Diversität dieser Organismen um ein vielfaches höher ist, als zuvor bekannt. Um spezifische Primer entwickeln zu können, wurden daher spezifische Genabschnitte von Pathogenen einer Vielzahl verschiedener Wirte sequenziert. Bei der molekularphylogenetischen Analyse wurde festgestellt, dass Albugo candida nicht die einzige Art ist, die Kreuzblütler befallen kann, sondern das zahlreiche weitere, hochgradig spezialisierte Arten existieren, so zum Beispiel auf Capsella, Draba, Cardamine und der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Auf Cardamine konnten wurden bislang drei neue Arten beschrieben, eine weitere wird in Kürze folgen. Allerdings konnte auch gezeigt werden, dass Albugo candida auf einer Vielzahl von Kreuzblütlern vorkommen kann, und dass das Wirtsspektrum dieser Art sogar bis in die Cleomaceae und Capparaceae reicht. Oomyceten können wie echte Pilze als Endophyten auftreten, ohne Symptome zu verursachen: Mit Hilfe der parallel entwickelten, spezifischen Primer war es nun möglich das Vorhandensein von Myzel von Oomyceten in asymptomatischen Wirtspflanzen zu detektieren. Bei den entsprechenden Versuchen wurde festgestellt, dass der Anteil der asymptomatischen Infektionen weitaus höher ist als der Anteil der Infektionen mit Symptomausprägung. In einigen Vertretern der Brassicaceae konnten kurz vor der Samenreife – ein Zeitpunkt zu dem sowohl Rosetten- als auch Stängelblätter noch erhalten sind – trotz des Fehlens von Symptomen ein hoher Anteil endophytischer Infektionen nachgewiesen werden. Dies ist ein wichtiger Hinweis darauf, dass Oomyceten, ähnlich wie echte Pilze asymptomatisch in Pflanzen überdauern können, ohne dass es zu einer Symptomausprägung kommt. In mikroskopischen Untersuchungen wurde festgestellt, dass die Infektionen auch in asymptomatischen Früchten in die Samenanlage und die Samen selbst einwachsen können, so dass asymptomatische Infektionen wahrscheinlich vertikal an die nächste Generation weitergegeben werden können. Oomyceten persistieren als asymptomatische Endophyten in natürlichen Wirtspopulationen, das Vorkommen von Pathogenen ist klima- bzw. standortabhängig: Asymptomatische, endophytische Infektionen konnten jedoch auch außerhalb der Brassicaceae festgestellt werden. Beim Bocksbart (Tragopogon), einem Korbblütler, zeigte sich, dass der Anteil asymptomatischer Infektionen in der Regel weit über dem Anteil der symptomatischen Infektionen liegt. Im Gegensatz zu den untersuchten Vertretern der Brassicaceae ist Tragopogon zwei- bis mehrjährig und konnte daher fortlaufend beprobt werden. Hierbei zeigte sich, dass im Jahresverlauf deutliche Schwankungen, insbesondere im Hinblick auf symptomatische Infektionen auftraten und dass Infektionen durch Neuaustrieb scheinbar überwunden wurden. Allerdings konnten vier der untersuchten Pathogene (Protobremia sphaerosperma, Pustula tragopogonis/obtusata, Puccinia brachycyclica, Puccinia hysterium) stets auch außerhalb der Zeiten zu denen symptomatische Pflanzen vorhanden waren als asymptomatische Endophyten festgestellt werden. Endophytische Pathogene können also unbemerkt in ihren Wirten überdauern, was wichtige Implikationen für ökologische und agronomische Fragestellungen hat. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass das Auftreten symptomatischer und asymptomatischer Infektionen standortabhängig ist. So wurde festgestellt, dass manche Pathogene bevorzugt in wärmeren Lagen vorkommen, während andere kühlere Lagen präferieren. Die Ergebnisse der Untersuchungen legen nahe, dass sich das symptomatische Auftreten und asymptomatische Vorhandensein von Pflanzenpathogenen im Zuge zukünftiger Klimaveränderungen verschieben werden, mit schwer abschätzbaren ökologischen und landwirtschaftlichen Folgen.
Publications
- (2007). Morphological and molecular discrimination among Albugo candida materials infecting Capsella bursa-pastoris world-wide. Fungal Diversity 27:11-34
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- (2009). A new species of Albugo parasitic to Arabidopsis thaliana reveals new evolutionary patterns in white blister rusts (Albuginaceae). Persoonia 22: 123-128
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- (2009). The host range of Albugo candida extends from Brassicaceae through Cleomaceae to Capparaceae. Mycological Progress 8: 329- 335
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