Gene expression analysis in apple roots on soils with replant disease

verfasst von

Annmarie-Deetja Rohr

betreut von

Traud Winkelmann

Abstract

Die Apfelnachbaukrankheit (ARD) stellt ein weltweites, ernstzunehmendes ökonomisches Risiko für Baumschulen und Apfelproduzenten dar. ARD führt zu Wurzelschäden und vermindertem Sprosswachstum bei jungen Apfelbäumen, wenn sie an derselben Stelle wie dieselbe oder eine nahe verwandte Art nachgepflanzt werden. Dies führt zu Einbußen bei der Qualität der Bäume und Früchte sowie beim Ertrag. Bis jetzt gibt es keine praktikable und nachhaltige Gegenmaßnahme, doch ein besseres Verständnis der Rolle der Apfelpflanze kann zur Erarbeitung neuer Gegenmaßnahmen und Früherkennungsmethoden beitragen. In dieser Arbeit wurde die Reaktion von Apfelunterlagen auf ARD in Hinblick auf Expression von ARD-Indikatorgenen in Blatt- und Wurzelmaterial untersucht, um einen frühen und ARD-spezifischen transkriptionellen Marker für ARD zu identifizieren. Als erstes wurde die Expression eines Sets zuvor identifizierter Kandidatengene in zwei wachstumsbasierten Biotests untersucht. Der erste Test umfasste die Apfelgenotypen M26, M9, B63 und Malus × robusta MAL0595 mit unterschiedlicher ARD-Anfälligkeit, zwei ARD-Böden und ein Set aus 108 Kandidatengenen. Der zweite Test beinhaltete M26, drei ARD-Böden und sieben Kandidatengene. In diesen Experimenten wurde eine frühe Induktion der Phytoalexinbiosynthese unter ARD-Bedingungen gefunden. Zwei der involvierten Gene, biphenyl synthase 3 (BIS3) und biphe-nyl 4-hydroxylase b (B4Hb), sowie ethylene-responsive transcription factor 1B-like (ERF1B) wurden für die weitere Charakterisierung mittels verschiedener abiotischer Stressoren ausgewählt, bei der eine Antwort von ERF1B auf Hitzestress beobachtet wurde. BIS3 und B4Hb waren davon nicht betroffen. Alle drei Gene waren in signifikant geringerem Maße auch in gesundem Boden im Vergleich zu ARD exprimiert. Im zweiten Schritt wurde die Expression von BIS3, B4Hb und ERF1B in einem Split-Root-System untersucht, um das Wachstum der Pflanze gleichzeitig in gesundem und ARD-Boden nachzustellen. Die erhöhte Genexpression und Anreicherung spezifischer Phenole war auf Wurzeln in Kontakt mit ARD-Boden beschränkt, welche auch Verbräunungen und Wurzelschäden aufwiesen. Die Pflanzen glichen vermindertes Sprosswachstum teilweise aus, wenn eine Hälfte des Wurzelsystems in gesundem Boden wuchs. Diese lokale Antwort wurde in einem „Split-Column-System“ ohne physikalische Barrieren zwischen ARD- und Kontrollboden bestätigt. Wurzelsymp-tome, Genexpression und Phytoalexingehalte waren verknüpft mit einem engen Kontakt zwischen Wurzel und ARD-Boden. Die Abwehrreaktion aus erhöhten Biphenyl-, Dibenzofuran- und Phloridzingehalten sowie Gehalten weiterer aromatischer Verbindungen fand in weit geringerem Maße aber auch in gesundem Boden statt. Dies kann eine Rolle bei den Veränderungen des Bodenmikrobioms spielen, welche durch eine schrittweise Anreicherung spezialisierter Schadorganismen zu ARD führen. Die Immobilität von ARD ermöglicht es alten Bäumen, in noch nicht betroffene Bodenbereiche vorzudringen. Werden hingegen junge Bäume in diesen Boden gepflanzt, zeigt sich die ARD-typische drastische Wachstumsverminderung.

Organisationseinheit(en)

Abteilung Reproduktion und Entwicklung

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

170

Publikationsdatum

2021

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/10484 (Zugang: Offen)