A2.3 Pflanze-Schaderreger-Interaktionen [funded by LOEWE]
PI(s) for this project:
Prof. Dr. rer. nat. Karl-Heinz Kogel
Prof. Dr. Annette Reineke
Beate Berkelmann-Loehnertz
Abstract:
Plants interact with a wide range of organisms, some of which are harmful, like pathogens and herbivorous insects. These very complex and dynamic biotic interactions can be affected by changes in environmental conditions, such as an elevated concentration of atmospheric CO2 (eCO2) as a consequence of anthropogenic global change. We hypothesize that future eCO2 alters both morphological and genetic features of grapevine plants as well as aggressiveness and pathogenicity of pest organisms, which may result in changes in future pest infestation levels in vineyards. For studying the effects of eCO2 on interactions between grapevine plants and two of their economically most significant pests – the downy mildew pathogen Plasmopara viticola and larvae of the grape berry moth Lobesia botrana – a free-air carbon dioxide enrichment (FACE) system as well as indoor climate chambers are used. The study focuses on possible changes in the biology of P. viticola (e.g. duration of incubation period, vitality of zoospores, germination of soilborne oospores) and in the developmental biology of L. botrana (e.g. hatching rate, duration of development stages, pupal weight, longevity and survival rate, fertility of females). Microscopic studies of pest-relevant morphological characteristics of grapevines (e.g. thickness of berry skin, stomatal density, stomatal aperture) are supposed to provide explanations for possible changes in pest infestation levels under eCO2. Furthermore, the expression levels of relevant defense genes in grapevines are investigated via qPCR to record possible changes in defense reactions of the host plant towards the respective pest organism. The data obtained will contribute to a better understanding of mechanisms in plant-pest interactions under altered environmental conditions.
Description:
Wissenschaftliche Ziele:
1. Analyse der Auswirkungen von erhöhten CO2-Konzentrationen auf die Wechselwirkungen zwischen Reben und zwei ihrer wirtschaftlich bedeutendsten Schaderreger (P. viticola; und L. botrana). Im Untersuchungsfokus steht dabei die Erfassung möglicher veränderter Faktoren in den Bereichen der (Entwicklungs-)Biologie bzw. Epidemiologie der betreffenden Schaderreger.
2. Analyse des zukünftig zu erwartenden Schadpotentials von P. viticola und L. botrana unter erhöhtem CO2 mittels eines vorhandenen Prognosemodells.
Arbeitsplan: Jeweils drei Rebstöcke pro Sorte pro FACE-Ring sollen mit den genannten Schaderregern inokuliert und im Vergleich zu nicht inokulierten Pflanzen untersucht werden. An dem Erreger des Falschen Mehltaus der Rebe, P. viticola, sollen mögliche Effekte einer erhöhten CO2-Konzentration auf die Pathogenese sowie auf epidemiologische Faktoren beschrieben werden. Im Fokus stehen Untersuchungen zur Vitalität der Zoosporen, zur stomatären Apertur und zur Länge der Inkubationszeit. Es sollen mögliche Unterschiede hinsichtlich der Reifung und Keimung boden¬bürtiger Oosporen unter erhöhter bzw. aktueller CO2-Konzentrationen dargelegt werden. Die gewonnenen Daten sollen durch Integration eines CO2-Submodells in ein vorhandenes Prognosemodell zur Vorhersage des Auftretens von boden- und blattbürtigen Infektionen durch P. viticola einfließen. An Larven von, L. botrana, sollen nach Fraß von Gescheinen bzw. Beeren aus Parzellen mit erhöhten CO2-Konzentrationen Entwicklungsparameter wie relative Wachstums-rate, Entwicklungsgeschwindigkeit, Lebensdauer und Fertilität der Tiere erfasst werden. Auf mole-kularer Ebene sollen mögliche veränderte Reaktionen der Wirtspflanze auf den ggf. modifizierten Schaderregerbefall mittels quantitativer real-time PCR (qPCR) analysiert werden. Hierzu sollen Unterschiede in der Expressionsstärke von zehn Genen im Laufe der Infektion bzw. Besiedelung durch die beiden Schaderreger erfasst werden. Eine Beteiligung der betreffenden Gene (u.a. für Anthozyan-Biosyntheseweg, Subtilision-like Protease, verschiedene PR-Gene etc.) bei der Abwehr-reaktionen der Rebe gegenüber P. viticola bzw. herbivoren Insekten ist belegt. Die gewonnenen Daten tragen wesentlich zum Verständnis von Mechanismen der Pflanzen-Schaderreger-Interaktion unter veränderten Umweltbedingungen bei.