Does Constitutive Expression of Defense-Related Genes and Salicylic Acid Concentrations Correlate with Field Resistance of Potato to Black Scurf Disease?

Black scurf disease on potato caused by Rhizoctonia solani AG3 occurs worldwide and is difficult to control. The use of potato cultivars resistant to black scurf disease could be part of an integrated control strategy. Currently, the degree of resistance is based on symptom assessment in the field, but molecular measures could provide a more efficient screening method. We hypothesized that the degree of field resistance to black scurf disease in potato cultivars is associated with defense-related gene expression levels and salicylic acid (SA) concentration. Cultivars with a moderate and severe appearance of disease symptoms on tubers were selected and cultivated in the same field. In addition, experiments were conducted under controlled conditions in an axenic in vitro culture and in a sand culture to analyze the constitutive expression of defense-related genes and SA concentration. The more resistant cultivars did not show significantly higher constitutive expression levels of defense-related genes. Moreover, the level of free SA was increased in the more resistant cultivars only in the roots of the plantlets grown in the sand culture. These results indicate that neither expression levels of defense-related genes nor the amount of SA in potato plants can be used as reliable predictors of the field resistance of potato genotypes to black scurf disease

Biologische Bekämpfung von Rhizoctonia solani im ökologischen Anbau mit Hilfe von bakteriellen und pilzlichen Antagonisten

Rhizoctonia solani Kühn ist ein weit verbreiteter bodenbürtiger Erreger, der an verschiedenen Kulturen für ökonomisch relevante Ertragsverluste verantwortlich ist. Der Erreger R. solani ist aufgrund seiner sowohl saprophytischen als auch parasitischen Eigenschaften sowie seiner persistenten Dauerorgane (Sklerotien) schwer zu bekämpfen. Seine Fähigkeit auch an Nichtwirtspflanzen seinen Lebenszyklus vollenden zu können, erschwert die Kontrolle über Fruchtfolgen, die insbesondere im organischen Landbau Teil der Bekämpfungsstrategie gegen bodenbürtige Erreger sind. Probleme durch R. solani treten im ökologischen Anbau vor allem an Kartoffeln auf. Derzeit stehen dem ökologischen Anbau keine geeigneten Strategien zur Bekämpfung des Erregers zur Verfügung. Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung einer biologischen Methode zur Kontrolle des Erregers auf der Basis eines bakteriellen und pilzlichen Antagonisten. Durch Einsatz eines bakteriellen Antagonisten soll die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegenüber R. solani erhöht und durch Anwendung eines pilzlichen Antagonisten die Dauerorgane im Boden oder an Kartoffelknollen bekämpft werden. Im Rahmen des Projektes wurden 450 bakterielle und 390 pilzliche Isolate auf der Basis eines hierarchischen Screeningsystems aus verschiedenen in vitro und ad planta Methoden hinsichtlich ihrer Eignung als Biological Control Agents (BCAs) zur Kontrolle von R. solani geprüft. Insgesamt konnten durch in vitro Untersuchungen 18 bakterielle und 12 pilzliche Isolate gegen das Zielpathogen selektiert werden. Das Myzel von R. solani wird von den pilzlichen Antagonisten parasitiert und die Sklerotienkeimung vollständig gehemmt. Ihre Wirkung wurde bislang an natürlich mit Rhizoctonia-Sklerotien infizierten Kartoffelknollen, künstlich infizierten Kartoffelknollen sowie Salatpflanzen und Zuckerrübensämlingen unter krankheitsbegünstigenden Bedingungen geprüft. In diesen Versuchen zeigten insbesondere 3 bakterielle (Pseudomonas putida B1, Pseudomonas fluorescens B2 und Serratia plymuthica B4) und 6 pilzliche (P2, P3, P4, P9, P10, P11, Trichoderma spp.) Antagonisten eine wiederholte, signifikante krankheitsunterdrückende Wirkung, z. B. bis zu 60 % durch B1 oder über 50 % durch P11 an Kartoffelkeimlingen. Unter Feldbedingungen wurde der marktfähige Kartoffelertrag durch R. solani bei einem hohen Befalldruck signifikant reduziert und der Befall der Knollen mit R. solani Sklerotien signifikant erhöht. Durch die Bakterisierung der Pflanzkartoffeln konnte die Befallsschwere signifikant reduziert und der Ertrag erhöht werden. An Salat war ebenfalls eine Kompensation der durch R. solani verursachten Biomasseverluste gegeben. Die Ergebnisse erster Feldversuche mit den bakteriellen Antagonisten B1, B2 und B 4 an Salat und Kartoffel bestätigten somit deren krankheitsunterdrückende Wirkung. Durch eine optimale Applikationsdichte und –häufigkeit sowie die Entwicklung einer geeigneten Formulierung für die gegen R. solani wirksamsten BCAs (bakteriell sowie pilzlich) könnte die krankheitsunterdrückende Wirkung verbessert und eine höhere Wirksicherheit gewährleistet werden. Dies ist in weiteren Feldversuchen zu prüfen

Entwicklung von „near isogenic lines“ als Basis zur nachhaltigen Züchtung von Basilikum-Sorten mit Resistenz gegen den Falschen Mehltau

Die Produktion von Basilikum-Frischware erfolgt in hoher Intensität in spezialisierten Betrieben. Der Anbau ist seit einigen Jahren regelmäßig durch das Auftreten des Falschen Mehltaus, verursacht durch den Erreger Peronospora belbahrii, bedroht, für deren Kontrolle derzeit keine geeigneten Verfahren zur Verfügung stehen. Eine umwelt-, verbraucher- und produzentenfreundliche Strategie, dem Auftreten des Falschen Mehltaus entgegen zu wirken, ist der Anbau von resistenten Sorten. In einem voraus-gegangenen Projekt konnte eine Resistenzquelle bzw. resistenter Basilikumgenotyp aufgefunden wer-den, die genutzt wurde, um die Resistenz in den vom Verbraucher bevorzugten Genoveser-Typ einzukreuzen. Ziel dieses Projektes war die Erstellung von Near Isogenic Lines (NILs) durch wiederholte Rückkreuzung von bestimmten Elterlinien von Basilikum mit Resistenz gegenüber dem Erreger des Falschen Mehltaus als Basis für eine Marker-basierte Züchtung von Basilikumsorten. Eine vorliegende F2-Population aus Kreuzungen von Genoveser-Typ und dem Wildtyp ‚Apfelbasilikum‘ wurde eine F3-Generation generiert, in der sich einige Pflanzen als resistent erwiesen. Aus weiteren Rückkreuzungen mit dem rekurrenten Elter und einer abschließenden Selbstung wurde die F3BC3-S1 Generation generiert mit 140 resistenten bzw. wenig anfälligen Pflanzen gegenüber dem Falschen Mehltau. Ein weiteres Ziel des Projektes war, zu prüfen, ob die epidemiologische Entwicklung des Falschen Mehltaus im Basilikumbestand durch Reduktion der relativen Luftfeuchtigkeit unter Gewächshausbedingungen reduziert werden kann. Der Erreger P. belbahrii benötigt für die Keimung der Sporen und die Infektion von Basilikum eine bestimmte Blattnässe und –dauer, die durch die Luftfeuchtigkeit im Bestand beeinflusst wird. Um die relative Luftfeuchtigkeit im Bestand von Basilikum zu reduzieren, wurden Gewächshauskabinen mit entsprechenden Heizrohren ausgestattet. In mehreren Sätzen von Basilikum wurde die relative Luftfeuchtigkeit im Bestand in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur in den Heizrohren (40°C) und dem Abstand der Heizrohre zum Tischboden (ca. 9, 15 und 22 cm) im Vergleich zu einem Bestand ohne Wärmezufuhr untersucht. Die Ergebnisse von fünf Versuchen zeigten, die niedrigste rel. Luftfeuchtigkeit im Bestand wurde durch eine Vorlauftemperatur von 40°C mit einem Abstand der Heizrohre von 9 und 15 cm erzielt. Die epidemiologische Entwicklung des Falschen Mehltaus im Bestand wurde daher in Abhängigkeit von den genannten Bedingungen geprüft. Die Ausbringung des Erreger-Inokulums erfolgte mittels infizierter Pflanzen, die in den Bestand gesetzt wurden. Nachfolgend wurde die epidemische Entwicklung des Falschen Mehltaus im Bestand bonitiert. Durch Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit konnte die epidemische Ausbreitung des Erregers deutlich reduziert werden. Die Beeinflussung der relativen Luftfeuchtigkeit kann in der Praxis genutzt werden, um dem Auftreten des Falschen Mehltaus entgegen zu wirken

A non-invasive soil-based setup to study tomato root volatiles released by healthy and infected roots

The role of root exudates in mediating plant–microbe interactions has been well documented. However, the function of volatile organic compounds (VOCs) emitted by plant roots has only recently begun to attract attention. This newly recognized relevance of belowground VOCs has so far mostly been tested using systems limited to a two-compartment Petri-dish design. Furthermore, many of the plant–microbe interaction studies have only investigated the effects of microbial VOCs on plant growth. Here, we go two steps further. First we investigated the volatile profile of healthy and pathogen (Fusarium oxysporum) infected tomato roots grown in soil. We then used a unique soil-based olfactometer-choice assay to compare the migration pattern of four beneficial bacteria (Bacillus spp.) towards the roots of the tomato plants. We demonstrate that the blend of root-emitted VOCs differs between healthy and diseased plants. Our results show that VOCs are involved in attracting bacteria to plant roots

Maßnahmen zur Reduzierung von Pilzbefall bei Gartenkresse (Lepidium sativum) zur Gewinnung von erregerfreiem Saatgut im ökologischen Anbau

In den letzten Jahren kam es durch das massive Auftreten von Falschem Mehltau, Perofascia lepidii, in den Vermehrungsbetrieben des ökologischen Landbaus in Deutschland zu erheblichen Problemen in der Saatgutproduktion der Gartenkresse und daraus folgend in der Saatgutverfügbarkeit. Um die heimische Produktion von ökologisch erzeugtem Kresse-Saatgut nachhaltig zu sichern, sollten im Rahmen des Projektes folgende Fragen untersucht werden: 1. Evaluierung des Schaderreger-Auftretens in Garten-Kresse in Praxis-Betrieben des ökologischen Landbaus. Durchführung von Grow-Out-Tests mit unterschiedlich belasteten Saatgutpartien und Prüfung der Wirksamkeit von Pflanzenschutz- und pflanzenstärkenden Mitteln (Teil-Projekt Ökoplant). 2. Klärung des Einflusses agronomischer Maßnahmen auf die Ertragsbildung und auf die Infektion mit Falschem Mehltau bei Garten-Kresse. Klärung der Wirksamkeit von physikalischen Saatgutbehandlungen, der Blattnässedauer, der Bodenkontamination und der Applikation von Pflanzen-Extrakten auf die Infektion mit Falschem Mehltau bei Garten-Kresse (Teil-Projekt JLU). 3. Entwicklung von Testverfahren zur Saatgutprüfung, zum Erregerbefall und zur Resistenzprüfung bei Garten-Kresse (Teil-Projekt IGZ). In einem dreijährigen von Ökoplant durchgeführten Monitoring auf den Kresse-Vermehrungsflächen in Sachsen, Thüringen, Hessen und Rheinland-Pfalz konnten umfangreiche Kenntnisse zum Auftreten von Schaderregern und zum Befalls-Verlauf von Falschem Mehltau in Gartenkresse gewonnen werden. Es wurde deutlich, dass die Primär-Infektion vor allem von belastetem Saatgut und von befallenen Vermehrungsflächen ausgeht, auf denen bereits in den Jahren zuvor Kresse kultiviert wurde. In einem Feld-Grow-Out-Test mit unterschiedlich belasteten Saatgutpartien, konnte unter den gegebenen Bedingungen kein Auswachsen des Erregers beobachtet und somit kein Rückschluss auf den Befallsgrad des Saatgutes gezogen werden. Der Einsatz von Pflanzenschutz- und pflanzenstärkenden Mitteln verursachte weder durch Saatgutbehandlung, noch durch Spritz-Applikation der Pflanzen, eine phytotoxische Reaktion der Gartenkresse. Es konnten jedoch keine gesicherten Effekte auf den Schaderregerbefall gefunden werden. Eine endgültige Empfehlung des Mitteleinsatzes für die Praxis kann auf dieser Basis daher noch nicht vorgenommen werden. An der JLU durchgeführte Keimtests haben gezeigt, dass das in der Praxis verwendete Kresse-Saatgut über eine sehr gute Keimfähigkeit und Triebkraft verfügt. Niedrige Keimtemperaturen von 5 °C führen im Vergleich mit optimaler Keimtemperatur (20 °C) zu einer deutlichen Verlängerung der Keimungsphase aber nur unwesentlich zu einer Verringerung der Keimfähigkeit. Unterschiedliche Keim-Substrate üben einen moderaten Einfluss auf die Keimfähigkeit aus. Die Gartenkresse toleriert eine Aussaat-Verzögerung bis Anfang April. Ab der zweiten April-Dekade sind, im Vergleich mit einer Aussaat Ende März, deutliche Ertragsreduktionen zu beobachten. Diese Effekte sind auf die Verkürzung der vegetativen Pflanzenentwicklung und auf die reduzierte Schotenzahl pro Pflanze zurückzuführen. Frühe Aussaaten führen tendenziell zu einer geringeren Infektion mit Falschem Mehltau. Die Pflanzendichte beeinflusst das Mikroklima und die Konkurrenzverhältnisse in einem Pflanzenbestand. Pflanzendichten von 90 – 100 Pflanzen/m2 wirken ertragsmindernd. Das Optimum liegt je nach Bodenart und Aussaattermin in der Spanne von 150 – 250 Pflanzen/m2. Eine lange und späte Nässedauer (ab Schossbeginn) fördert sehr deutlich die Infektion mit Falschem Mehltau. Das Trockenhalten der Pflanzenoberfläche durch einen „Rain-Shelter“ reduzierte die Infektion mit Falschem Mehltau drastisch. Die Wasserdampf-Behandlung (65 und 68 °C, 60 – 90 sec) und die Elektronen-Behandlung (11,9 und 17,9 kW/m) hatten keinen gesicherten Einfluss auf die Infektion mit Falschem Mehltau. Die Erhöhung der Temperatur während der Wasserdampf-Behandlung von 68 auf 70 °C (60 sec) wird von der Garten-Kresse toleriert. Die Verlängerung der Behandlungsdauer auf 90, 120 und 150 sec (je 70 °C) führt dagegen zu einem linearen Rückgang der Keimfähigkeit. Dieser Effekt wird unter Feldbedingungen noch verstärkt. Von den geprüften Pflanzen-Extrakten (Gefäßversuche, mehrmalige Behandlung der Pflanzen) zeigten Süßholz-Kraut, Origanum und Hopfen im Vergleich mit der Kontrolle und der Wasser-Applikation tendenziell eine inhibierende (den Befall verzögernde) Wirkung auf den Falschen Mehltau in Gartenkresse. Anis und Melisse zeigten dagegen keine Wirksamkeit. Zur Kontrolle von Saat- und Pflanzgut wurde im IGZ eine molekularbiologische Nachweismethode auf Basis von Fingerprint-Mustern etabliert. Ausgangspunkt für die Testverfahren sind Kenntnisse zur Biologie von P. lepidii. Die Sporenkeimrate von P. lepidii SE 1-11 in vitro liegt je nach Sporenform (frisch oder gefroren) bei etwa 30 bzw. 20 % und erfolgt bei Temperaturen von 5 und 10 °C. Die Befallsstärke (BS) und Befallshäufigkeit (BH) durch den Erreger sind abhängig von der Inokulum-Konzentration, Inokulum-Form und der Zeit nach der Inokulation. Im Vergleich zu gefrorenen Sporen verursachen frische Sporen die höchsten BS und BH. Gefrorene Sporen (3 x 105 Sporen ml-1) können 13 dpi hohe BS und BH verursachen und eignen sich für die Untersuchungen zur Krankheitsentwicklung. P. lepidii kann innerhalb eines weiten Temperaturbereiches (13 bis 25 °C) Kresse-Pflanzen infizieren, wobei die höchsten BS bei 20 °C erreicht werden. Die Blattnässedauer (BD) spielt beim FM eine wesentliche Rolle in der Krankheitsentwicklung. Sie korreliert positiv mit der Krankheitsentwicklung, wobei bereits bei einer geringen BD von einer Stunde nach Inokulation von Kressepflanzen befallene Pflanzen beobachtet werden können. Anhand dieser Erkenntnisse wurde eine Testmethode entwickelt, die für die Bewertung des Saatgutes und des Bodens als Primärinfektionsquellen und für Resistenzscreening von Lepidium-Akzessionen angewandt wurde. Von den 93 Lepidium-Akzessionen, die auf Anfälligkeit gegen P. lepidii SE 1-11 geprüft wurden, konnten keine resistenten Herkünfte gefunden werden. Im Ergebnis der Prüfung der Wirtsspezifität von P. lepidii SE 1-11 an einigen ausgewählten Brassica-Kulturarten wie Raps und Senf sowie dem Kruziferen-Unkraut, Acker-Schmalwand, wurden diese als Nicht-Wirte eingestuft, da der Erreger auf diesen weder Symptome verursachte noch spekulierte. Aus den vom Boden isolierten Erreger-Populationen konnten im Vergleich zum Stammisolat P. lepidii SE 1-11 Unterschiede in der Virulenz erkannt werden. In den Samen-Grow-out-Tests, die unter kontrollierten Bedingungen zur Erfassung der primären Inokulum-Quelle durchgeführt wurden, konnte der Erreger zu keiner Zeit aus Pflanzen herauswachsen. Mittels PCR konnte jedoch der Erreger im Stängel nachgewiesen werden. In Grow-out-Versuchen, die im Feld durchgeführt wurden, konnte im Vegetationsjahr 2013 aus einigen Saatgutchargen, die aus Praxisschlägen stammten, erstes Krankheitsauftreten vom FM beobachtet werden, der sich später im Feld epidemisch verbreitete. Die Untersuchung von Bodenproben aus Praxisflächen zeigte, dass die Böden teilweise stark verseucht waren und ebenfalls als primäre Inokulum-Quellen dienten. Die Nachverfolgung einiger Böden mit einer Anbau- und Befalls-Historie zeigten, dass der Erreger in der Lage ist, mindestens bis zu sechs Jahren im Boden zu überdauern