Rpv3- und Rpv12-abhängige Abwehrmechanismus gegen Plasmopara viticola

Gefördert aus Landesmitteln und kofinanziert vom Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen des Programms INTERREG V Oberrhein Vitifutur

Dieses Projekt wurde im Rahmen einer Doktorarbeit von Birgit Eisenmann vom Oktober 2015 bis Februar 2019 bearbeitet

Zusammenfassung

Der Weinbau beruht auf traditionellen, europäischen Rebsorten (Vitis vinifera), die gegen den Falschen Mehltau (Plasmopara viticola) hoch anfällig sind. Die hohe Empfindlichkeit der europäischen Weinrebe gegenüber diesem Pathogen erfordert den intensiven Einsatz von Fungiziden um erhebliche Ertrags- und Qualitätseinbußen zu verhindern. Ausgehend von natürlich vorkommenden resistenten Reben in Nordamerika und Asien erfolgte in den vergangenen Jahrzehnten eine intensive Züchtung neuer, pilzwiderstandsfähiger Rebsorten. Damit verbunden war das Ziel, durch eine pflanzeneigene Widerstandsfähigkeit gegenüber Schadpilzen die Anzahl an Pflanzenschutzbehandlungen zu reduzieren. Trotz der ersichtlichen wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile sowie der inzwischen guten Qualität der Produkte, entfallen deutschlandweit jedoch lediglich ca. 2.4 % der Rebfläche auf widerstandsfähige Sorten. Zu den Gründen für diese sehr geringe Anbaufläche pilzwiderstandsfähiger Rebsorten zählen fehlende Kenntnisse über angepasste Pflanzenschutzstrategien bei diesen neuen Sorten.

Um den Anbau von pilzwiderstandsfähigen Rebsorten zu fördern, müssen detaillierte Kenntnisse der sortenbedingten Resistenzeigenschaften und der damit verbundenen Anzahl und Zeitpunkte von Pflanzenschutzbehandlungen unter den jeweils gegebenen klimatischen Bedingungen und der vorherrschenden Witterung vorliegen. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit Feldversuche mit zwei pilzwiderstandsfähigen Rebsorte (Cabernet Blanc (Rpv3) und VB Cal6-04 (Sauvignac) (Rpv3/12) durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen, dass eine Fungizidreduktion von 50 % bis 75 % ohne negative Auswirkungen auf Qualität oder Menge möglich ist, je nach Witterungsbedingungen, Rebenentwicklung und Resistenzloci. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass der Verzicht auf Pflanzenschutzbehandlungen schwerwiegende Auswirkungen auf Ertrag, Qualität und Pflanzengesundheit haben kann.

Das Verständnis der Resistenzmechanismen, die durch verschiedene Resistenzloci vermittelt werden, ist für die Züchtung neuer Sorten von wesentlicher Bedeutung, da die Kombination verschiedener Resistenzmechanismen die Wahrscheinlichkeit eines Überwindens der Pflanzenresistenz durch den Erreger verringern würde. Um mehr Informationen über die Rpv3- und Rpv12-vermittelten Resistenzmechanismen zu erhalten, wurden vergleichende mikroskopische Studien sowie Metabolom- und Transkriptom-Analysen durchgeführt. Die Rpv3-vermittelte Abwehr wurde mit einem neuen Ansatz, der in dieser Studie angewendet wurde, genauer analysiert. Er bestand aus der Untersuchung einer erfolgreichen und erfolglosen Abwehrreaktion in einem Rpv3-Genotyp durch Inokulation mit einem dem Rpv3-Locus gegenüber avirulenten bzw. virulenten P. viticola-Isolat (Abb. 1). Da es bei der Rebe keinen schnellen und routinemäßigen Weg zur Generierung von Mutanten gibt, bot dieser Ansatz eine neue Möglichkeit, um weitere Erkenntnisse über die Rpv3-vermittelte Abwehr gegen P. viticola zu gewinnen. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die durch den Rpv3 und Rpv12-Locus vermittelte Widerstandsfähigkeit durch zwei verschiedene Mechanismen erreicht wird. Die durch den Rpv12-Locus vermittelte Resistenz wird schneller und effektiver aktiviert als die Rpv3-vermittelte Abwehr, was zu einem früheren Zelltod führt, der 8 Stunden nach der Inokulation (hpi) auftrat, und zu einer starken Wachstumshemmung, die die Pathogenentwicklung innerhalb von 24 hpi nahezu stoppte. Die erfolgreiche Rpv3-vermittelte Abwehr ist mit dem nachgewiesenen Zelltod nach 24-32 hpi und der Synthese von toxischen Stilbenen verbunden, was zu einer teilweisen Resistenz mit reduziertem, aber nicht vollständig unterdrücktem Wachstum von P. viticola führte.

Bisher sind in der Rebe nur zwei Resistenzgene beschrieben, die an der Erkennung pathogener Strukturen beteiligt sind. Um neue Gene zu identifizieren, die an der Rpv3-vermittelten Resistenz beteiligt sind, wurde ein RNA-Sequenzierungsexperiment durchgeführt. Die funktionelle Annotation der kodierten Proteinsequenz von Genen, die während der Rpv3-vermittelten Abwehrreaktion signifikant hochreguliert wurden, deutet auf eine mutmaßliche Funktion im nachgelagerten Rpv3-Resistenzmechanismus nach der Erkennung von Krankheitserregern.

Publikationen:

Eisenmann et al. (2019): Rpv3–1 mediated resistance to grapevine downy mildew is associated with specific host transcriptional responses and the accumulation of stilbenes. In: BMC Plant Biology 19

Eisenmann Birgit (2019): Grapevine defense responses in Rpv3- and Rpv12-dependent resistance against Plasmopara viticola and their implication for crop protection management. Dissertation

Eisenmann (2018): Fungizide einsparen. In: Der Deutsche Weinbau

Eisenmann, Kortekamp und Bogs (2017): Widerstandskämpfer gegen Mehltau.