Pflanzliche Symbiosen Thomas Boller, Andres Wiemken und Vreni Wiemken

Präsentation zum Thema: "Pflanzliche Symbiosen Thomas Boller, Andres Wiemken und Vreni Wiemken"—  Präsentation transkript:

1 Pflanzliche Symbiosen Thomas Boller, Andres Wiemken und Vreni Wiemken
Gesamttitel Pflanzliche Symbiosen Thomas Boller, Andres Wiemken und Vreni Wiemken Herbstsemester 2009 Freitag, 14 bis 16 (alternierend mit "Geobotanik") und/oder 16 bis 18 Uhr

2 Titelblatt Pilze als Pathogene

3 Fair trade / Ausbeutung
Titelblatt Gesund und krank Fair trade / Ausbeutung

4 Naturgetreue Ansicht eines jungen Baumes
Ektomykorriza Naturgetreue Ansicht eines jungen Baumes Photosynthese-Produkte der Pflanze Mineralnährstoffe des Pilzes Fair trade Aus der Einleitung

5 Mutualistische Symbiosen: Beispiel Endomycorrhiza
Endomykorrhiza Mutualistische Symbiosen: Beispiel Endomycorrhiza Photosynthese-Produkte der Pflanze Mineralnährstoffe des Pilzes Fair trade Aus der Einleitung

6 Antagonistische Symbiosen: Melampsora lini, ein Rostpilz
Pflanze liefert Photosynthese-produkte und Mineralnährstoffe! Ausbeutung Aus der Einleitung

7 Erysiphe graminis (Getreidemehltau), ein Mehltaupilz
Einbahnverkehr: Pflanze liefert Photosynthese-produkte und Mineralnährstoffe! Ausbeutung Aus der Einleitung

8 Ernährungsweisen der Pathogene
Generell Heterotrophie (als Gegensatz zur Autotrophie!) Klassifizierung nach Nahrungsquellen Saprophytische Ernährung (Saprophyten):   Nahrung stammt aus toten Substraten Symbiontische Ernährung (Pathogene und mutualistische Symbionten):   Nahrung stammt direkt von lebenden Organismen Biotrophie: Der Erreger ernährt sich von lebendem Pflanzengewebe Nekrotrophie: Lebendes Pflanzengewebe wird vom Erreger zuerst abgetötet und dann als Nahrungsquelle verwertet Perthotrophie: Der Erreger ernährt sich zunächst von lebendem Pflanzengewebe, tötet aber das Gewebe dabei ab und kann auch das tote Gewebe als Nahrungsquelle nutzen Skript p. 3

9 Ernährungsweisen der Pathogene
Weitere Klassifizierung von Pathogenen Klassifizierung nach der Abhängigkeit von der Wirtspflanze Fakultatives Pathogen   Der Erreger kann zwischen saprophytischer und symbiontischer Ernährung wechseln (typisch für nekrotrophe Pathogene) Obligates Pathogen   Der Erreger kann sich nur von lebendem Substrat ernähren (obligate Biotrophie) Klassifizierung nach dem räumlichen Vorkommen Epiphytische Lebensweise   Der Mikroorganismus wächst hauptsächlich auf der Pflanzenoberfläche Endophytische Lebensweise   Der Mikroorganismus wächst hauptsächlich im Innern der Pflanze Skript p. 3

10 Ausbeutung, brutale Form
Titelblatt Ausbeutung, brutale Form Nekrotrophie

11 Sudden oak death, California
Beispiel 1: Sudden oak death (Phytophthora ramorum)

12 "Sudden Oak Death"in den U.S.A.
Phytophthora ramorum "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Bild aus dem Internet

13 "Sudden Oak Death"in den U.S.A.
Phytophthora ramorum "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Bilder aus der Literatur

14 "Sudden Oak Death"in den U.S.A.
Phytophthora ramorum "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Bild aus dem Internet

15 Der Erreger: Phytophthora ramorum
Bild aus dem Internet

16 Beispiel 2: Grauschimmel (Botrytis cinerea)
Bild aus der Literatur

17 Penicillium digitatum
Beispiel 3: Grünschimmel (Penicillium digitatum) Bild aus der Literatur

18 Nekrotrophe Strategie des Krankheitserregers
Nekrotrophie Nekrotrophe Strategie des Krankheitserregers Der Erreger tötet das Pflanzengewebe ab Der Erreger ernährt sich vom abgetöteten Gewebe Die Wirtspflanze wird schwer geschädigt Problem - der Erreger vernichtet längerfristig seine Nahrungsgrundlage!

19 Ausbeutung, raffinerte Form
Titelblatt Ausbeutung, raffinerte Form Biotrophie

20 Beispiel 1: Getreide-Mehltau, Blumeria graminis
Bilder aus der Literatur

21 Mehltausporenträger auf der Blattoberfläche
Blumeria graminis Mehltausporenträger auf der Blattoberfläche Bild aus der Literatur

22 Beispiel 2: Schwarzrost (Puccinia graminis)
Bilder aus dem WWW

23 Schwarzrost: Mikroskopische Aufnahme
Puccinia graminis Schwarzrost: Mikroskopische Aufnahme Bild aus der Literatur

24 Puccinia graminis - Berberitze
Schwarzrost ist ein wirtswechselnder Pilz! Überwinterungs-Wirt: Berberitze Bilder aus der Literatur

25 Beispiel 3: Maisbeulenbrand (Ustilago maydis)
Bilder aus dem WWW

26 Die Pilzsporen ersetzen das Samenkorn!
Ustilago maydis Die Pilzsporen ersetzen das Samenkorn! Bilder aus dem WWW

27 Biotrophe Strategie des Krankheitserregers
Biotrophie Biotrophe Strategie des Krankheitserregers Der Erreger dringt ins Pflanzengewebe ein, ohne dass die Pflanze etwas davon merkt Der Erreger ernährt sich vom lebenden Gewebe Die Wirtspflanze wird zunächst kaum geschädigt Interessant - der Erreger tarnt sich vielleicht als "Symbiont"!

28 Wichtig: Terminologie
Wichtig: Grundbegriffe zur Pflanzen-Pathogen-Interaktion anfällig (suszeptibel) virulent kompatibel resistent avirulent inkompatibel Skript - p. 3

29 Horizontale Resistenz
+ + + + + + + + + + + + - - / + + + + Skript - p. 4

30 Vertikale Resistenz + + + + - - + + + + + - + + + + + - + + + + - -
Skript - p. 4

31 Klassische Analyse von Flor: Melampsora lini
Klassische Analyse von Harold Flor: Melampsora lini (Flachsrost) / Linum usatissimum (Flachs) Skript - p. 5

32 Analyse der Wirtsgenetik
Interpretation Die Pflanze besitzt ein dominantes Resistenz-Gen Anfälligkeit wird "rezessiv" vererbt Skript - p. 5

33 Analyse der Pathogen-Genetik
Interpretation Das Pathogen besitzt ein dominantes Avirulenz-Gen Virulenz wird "rezessiv" vererbt Skript - p. 5

34 Quadratische Checks: F1
"Quadratische Checks" zur Gen-für-Gen-Hypothese I I = inkompatibel Skript - p. 6

35 Quadratische Checks: F2
Interaktionen in der F2 I I I C I I I C I I I C C C C C I = incompatible, C = compatible Skript - p. 6

36 Vereinfachte Darstellung: ein Genpaar
Vereinfachte Darstellung für ein Genpaar I C C C I = incompatible, C = compatible Skript - p. 7

37 Interaktion bei zwei Genpaaren
C I I C C I C I C C C C C I = incompatible, C = compatible Skript - p. 7

38 Vielfalt der Pilze Vielfalt der Pilze Skript - p. 8

39 Keine echten Pilze: Oomycota ("Cellulose-Pilze")
Oomyceten Keine echten Pilze: Oomycota ("Cellulose-Pilze") Skript - p. 8

40 Oomyceten als Pathogene

41 Oomyceten als Pathogene
Fallbeispiel: Phytophthora infestans

42 Kartoffelfäule und Hungersnot
Jeremias Gotthelf: Käthi die Grossmutter (1847). Ein Roman über die Phytophthora-Epidemie im Emmental. Bilder aus dem WWW

43 Phytophthora infestans
Kraut- und Knollenfäule der Kartoffel Bilder aus dem WWW

44 Symptome Kartoffelfäule: Detail Blatt
Symptome an Blättern Bilder aus dem WWW

45 Phytophthora infestans
Der Erreger: Phytophthora infestans Bilder aus dem WWW

46 Lebenszyklus von Phytophthora infestans
Lebenszyklus von Phytophtora infestans Diplophase Haplo- phase Diplophase Skript - p. 9

47 Ascomyceten als Pathogene

48 Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Grauschimmel
Botrytis cinerea Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Grauschimmel Erreger: Botrytis cinerea (Botryotinia fuckeliana) Bild aus der Literatur

49 Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Grünschimmel
Erreger: Penicillium digitatum

50 Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Venturia (1)
Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Apfelschorf Erreger: Venturia inaequalis Bild aus der Literatur

51 Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Monilia (2)
Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Fruchtfäule an Obst Erreger: Monilia fructigena (Sclerotinia fructigena) Bild aus der Literatur

52 Ascomyceten: Sexuelle Fortpflanzung
Sexuelle Vermehrung: Ascus-Bildung, Fruchtkörper Skript - p. 10

53 Ascomyceten: Ascus-Bildung, Crozier-Haken
Sexuelle Vermehrung: Ascus-Bildung, Crozier-Haken Skript - p. 10

54 Ascomyceten: Fruchtkörper
Sexuelle Vermehrung: Ascus-Bildung, Fruchtkörper Skript - p. 10

55 Ascomyceten: Konidien
Asexuelle Vermehrung: Konidien Skript - p. 10

56 Oomyceten als Pathogene
Fallbeispiel: Epichloë typhina

57 Epichloë typhina, Stromata (Übersicht)
Ein interessanter Ascomycet: Epichloë typhina Skript - p. 11

58 Epichloë typhina, Stromata (Detail)
Epichloë typhina, Details der Fruktifikation Skript - p. 11

59 Adrian Leuchtmann und Thomas Bultman auf Exkursion
Leuchtmann, Bultman Adrian Leuchtmann und Thomas Bultman auf Exkursion Bild aus dem WWW

60 Epichloë typhina, Lebenszyklus
Lebenszyklus der Endophyten aus der Epichloë-Gruppe Skript - p. 11

61 Die Fliege Botanophila, der "Bestäuber" von Epichloë
Bild aus dem WWW

62 Botanophila Eiablage Biologie hoch drei: Botanophila legt ihre Eier auf die Stromata, damit sich ihre Larven davon ernähren können Bild aus der Literatur

63 Acremonium wächst in die Samen
Acremonium vermehrt sich asexuell über den Wirt Der Endophyt Acremonium tritt äusserlich nicht in Erscheinung, wächst aber in die Samenschale und vermehrt sich mit dem Wirt Bild aus der Literatur

64 Oomyceten als Pathogene
Fallbeispiel: Cladosporium fulvum

65 Gen-für-Gen-Beziehung: Cladosporium fulvum und Tomaten
Gen-für-Gen-Beziehung: C. fulvum und Tomate Skript - p. 13

66 Experiment zur Identifikation von Avr-Faktoren (1)

67 Experiment zur Identifikation von Avr-Faktoren (2)
Skript - p. 13

68 Basidiomyceten als Pathogene
Schlussfolgerung aus den Experimenten Die Interzellulärflüssigkeit (ICF) aus bestimmten Pathogen-Wirt-Kombinationen kann Nekrose auslösen. Eine gegebenen Tomaten-Sorte zeigt genau dann Nekrose, wenn sie ein Resistenz-Gen besitzt, das zum AVR-Gen des Pilzes passt, der bei der ICF-Gewinnung beteiligt war. Das Produkt des AVR-Gens des Pilzes ist in der ICF vorhanden und löst bei Pflanzen mit dem entspre chenden Resistenz-Gen eine Reaktion (Nekrose) aus

69 Basidiomyceten als Pathogene

70 Oomyceten als Pathogene
Fallbeispiel: Ustilago maydis

71 Ustilago maydis: Übersicht
Ein interessanter Basidiomycet: Ustilago maydis Bild aus dem WWW

72 Ustilago maydis: Skizze
Ustilago maydis (Maisbeulenbrand) Bild aus dem WWW

73 Ustilago maydis Lebenszyklus
Ein interessanter Basidiomycet: Ustilago maydis Start im Frühling: Meiose, Basidio-sporen (1n) Dikaryo-phase Befruchtung ohne Karyo-gamie Karyogamie Skript - p. 14

74 Oomyceten als Pathogene
Fallbeispiel: Puccinia graminis

75 Puccinia graminis: Bilder
Beispiel eines Rostpilzes (Uredinales): Puccinia graminis Obligater Wirtswechsel: Weizen - Berberitze Bilder aus dem WWW

76 Puccinia graminis: Lebenszyklus
Beispiel eines Rostpilzes (Uredinales): Puccinia graminis Berberitze: Haplonten-Wirt, "Nebenwirt" Befruchtung ohne Karyo-gamie Start im Frühling: Meiose, Basidio-sporen (1n) Haplophase (1n) Dikaryo- phase (2n) Karyogamie Weizen: Diplonten-Wirt, "Hauptwirt" Skript - p. 14

77 Puccinia graminis: Teleutosporen auf Weizen
Teleutosporen: Dauersporen (diploid), die im Frühjahr nach Karyogamie und Meiose haploide Basidiosporen bilden Bild aus dem WWW

78 Puccinia graminis: Aecidium auf Berberitze
Aecidium auf Berberis vulgaris Aecidiosporen: Diploide (dikaryotische) Sporen, die den Hauptwirt (Weizen) infizieren Bild aus dem WWW

79 Puccinia graminis: Rost-Sporen auf Weizen
Uredosporen: Diploide (dikaryotische) Sporen, die auf Weizen gebildet werden und Weizen auch erneut infizieren können (Auslösen einer Epidemie!) Bild aus dem WWW

80 Puccinia graminis: keimende Rost-Spore
Keimende Rost-Spore auf Weizen Bild aus dem WWW