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Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 1 Pflanzliche Symbiosen Thomas Boller, Andres Wiemken und Vreni Wiemken Herbstsemester 2009 Freitag,

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Präsentation zum Thema: "Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 1 Pflanzliche Symbiosen Thomas Boller, Andres Wiemken und Vreni Wiemken Herbstsemester 2009 Freitag,"—  Präsentation transkript:

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

2 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 2 Pilze als Pathogene Titelblatt

3 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 3 Gesund und krank Fair trade / Ausbeutung Titelblatt

4 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 4 Naturgetreue Ansicht eines jungen Baumes Aus der Einleitung Ektomykorriza Photosynthese- Produkte der Pflanze Mineralnährstoffe des Pilzes Fair trade

5 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 5 Endomykorrhiza Mutualistische Symbiosen: Beispiel Endomycorrhiza Photosynthese- Produkte der Pflanze Mineralnährstoffe des Pilzes Fair trade Aus der Einleitung

6 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 6 Antagonistische Symbiosen: Melampsora lini, ein Rostpilz Melampsora lini Pflanze liefert Photosynthese- produkte und Mineralnährstoffe! Ausbeutung Aus der Einleitung

7 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 7 Erysiphe graminis (Getreidemehltau), ein Mehltaupilz Erysiphe graminis Einbahnverkehr: Pflanze liefert Photosynthese- produkte und Mineralnährstoffe! Ausbeutung Aus der Einleitung

8 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 8 Ernährungsweisen der Pathogene Generell Heterotrophie (als Gegensatz zur Autotrophie!) Ernährungsweisen der Pathogene 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 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 9 Ernährungsweisen der Pathogene Weitere Klassifizierung von Pathogenen Skript p. 3 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

10 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 10 Ausbeutung, brutale Form Nekrotrophie Titelblatt

11 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 11 Sudden oak death, California Beispiel 1: Sudden oak death (Phytophthora ramorum)

12 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 12 Phytophthora ramorum "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Bild aus dem Internet

13 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 13 Bilder aus der Literatur "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Phytophthora ramorum

14 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 14 "Sudden Oak Death"in den U.S.A. Phytophthora ramorum Bild aus dem Internet

15 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 15 Der Erreger: Phytophthora ramorum Phytophthora ramorum Bild aus dem Internet

16 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 16 Botrytis cinerea Beispiel 2: Grauschimmel (Botrytis cinerea) Bild aus der Literatur

17 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 17 Penicillium digitatum Beispiel 3: Grünschimmel (Penicillium digitatum) Bild aus der Literatur

18 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 18 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 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 19 Ausbeutung, raffinerte Form Biotrophie Titelblatt

20 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 20 Blumeria graminis Beispiel 1: Getreide-Mehltau, Blumeria graminis Bilder aus der Literatur

21 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 21 Blumeria graminis Mehltausporenträger auf der Blattoberfläche Bild aus der Literatur

22 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 22 Puccinia graminis Beispiel 2: Schwarzrost (Puccinia graminis) Bilder aus dem WWW

23 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 23 Puccinia graminis Schwarzrost: Mikroskopische Aufnahme Bild aus der Literatur

24 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 24 Puccinia graminis - Berberitze Schwarzrost ist ein wirtswechselnder Pilz! Überwinterungs-Wirt: Berberitze Bilder aus der Literatur

25 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 25 Ustilago maydis Beispiel 3: Maisbeulenbrand (Ustilago maydis) Bilder aus dem WWW

26 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 26 Ustilago maydis Die Pilzsporen ersetzen das Samenkorn! Bilder aus dem WWW

27 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 27 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 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 28 Wichtig: Grundbegriffe zur Pflanzen-Pathogen-Interaktion Wichtig: Terminologie anfällig (suszeptibel) resistent virulent avirulent kompatibel inkompatibel Skript - p. 3

29 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 29 Horizontale Resistenz / Skript - p. 4

30 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 30 Vertikale Resistenz Skript - p. 4

31 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 31 Klassische Analyse von Harold Flor: Melampsora lini (Flachsrost) / Linum usatissimum (Flachs) Klassische Analyse von Flor: Melampsora lini Skript - p. 5

32 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 32 Analyse der Wirtsgenetik Interpretation Die Pflanze besitzt ein dominantes Resistenz-Gen Anfälligkeit wird "rezessiv" vererbt Skript - p. 5

33 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 33 Analyse der Pathogen-Genetik Interpretation Das Pathogen besitzt ein dominantes Avirulenz-Gen Virulenz wird "rezessiv" vererbt Skript - p. 5

34 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 34 "Quadratische Checks" zur Gen-für-Gen-Hypothese Quadratische Checks: F1 I I = inkompatibel Skript - p. 6

35 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 35 Interaktionen in der F2 Quadratische Checks: F2 IIIC II I C I CI I CCC C I = incompatible, C = compatible Skript - p. 6

36 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 36 Vereinfachte Darstellung für ein Genpaar Vereinfachte Darstellung: ein Genpaar I = incompatible, C = compatible C I CC Skript - p. 7

37 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 37 Interaktion bei zwei Genpaaren I = incompatible, C = compatible IIIC II C C I CC I CCC C Skript - p. 7

38 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 38 Vielfalt der Pilze Skript - p. 8

39 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 39 Keine echten Pilze: Oomycota ("Cellulose-Pilze") Oomyceten Skript - p. 8

40 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 40 Oomyceten als Pathogene

41 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 41 Fallbeispiel: Phytophthora infestans Oomyceten als Pathogene

42 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 42 Kartoffelfäule und Hungersnot Jeremias Gotthelf: Käthi die Grossmutter (1847). Ein Roman über die Phytophthora-Epidemie im Emmental. Kartoffelfäule und Hungersnot Bilder aus dem WWW

43 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 43 Phytophthora infestans Kraut- und Knollenfäule der Kartoffel Bilder aus dem WWW

44 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 44 Symptome Kartoffelfäule: Detail Blatt Symptome an Blättern Bilder aus dem WWW

45 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 45 Phytophthora infestans Der Erreger: Phytophthora infestans Bilder aus dem WWW

46 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 46 Lebenszyklus von Phytophtora infestans Lebenszyklus von Phytophthora infestans Diplophase Haplo- phase Diplophase Skript - p. 9

47 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 47 Ascomyceten als Pathogene

48 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 48 Botrytis cinerea Bild aus der Literatur Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Grauschimmel Erreger: Botrytis cinerea (Botryotinia fuckeliana)

49 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 49 Erreger: Penicillium digitatum Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Grünschimmel

50 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 50 Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Venturia (1) Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Apfelschorf Erreger: Venturia inaequalis Bild aus der Literatur

51 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 51 Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Monilia (2) Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Fruchtfäule an Obst Erreger: Monilia fructigena (Sclerotinia fructigena) Bild aus der Literatur

52 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 52 Ascomyceten: Sexuelle Fortpflanzung Sexuelle Vermehrung: Ascus-Bildung, Fruchtkörper Skript - p. 10

53 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 53 Ascomyceten: Ascus-Bildung, Crozier-Haken Sexuelle Vermehrung: Ascus-Bildung, Crozier-Haken Skript - p. 10

54 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 54 Ascomyceten: Fruchtkörper Sexuelle Vermehrung: Ascus-Bildung, Fruchtkörper Skript - p. 10

55 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 55 Ascomyceten: Konidien Asexuelle Vermehrung: Konidien Skript - p. 10

56 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 56 Fallbeispiel: Epichloë typhina Oomyceten als Pathogene

57 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 57 Ein interessanter Ascomycet: Epichloë typhina Epichloë typhina, Stromata (Übersicht) Skript - p. 11

58 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 58 Epichloë typhina, Details der Fruktifikation Epichloë typhina, Stromata (Detail) Skript - p. 11

59 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 59 Adrian Leuchtmann und Thomas Bultman auf Exkursion Leuchtmann, Bultman Bild aus dem WWW

60 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 60 Lebenszyklus der Endophyten aus der Epichloë-Gruppe Epichloë typhina, Lebenszyklus Skript - p. 11

61 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 61 Botanophila Die Fliege Botanophila, der "Bestäuber" von Epichloë Bild aus dem WWW

62 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 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 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 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 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 64 Fallbeispiel: Cladosporium fulvum Oomyceten als Pathogene

65 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 65 Gen-für-Gen-Beziehung: Cladosporium fulvum und Tomaten Gen-für-Gen-Beziehung: C. fulvum und Tomate Skript - p. 13

66 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 66 Experiment zur Identifikation von Avr-Faktoren (1) Experiment zur Identifikation von "Avr"-Faktoren (1)

67 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 67 Experiment zur Identifikation von Avr-Faktoren (2) Experiment zur Identifikation von "Avr"-Faktoren (2) Skript - p. 13

68 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 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 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 69 Basidiomyceten als Pathogene

70 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 70 Fallbeispiel: Ustilago maydis Oomyceten als Pathogene

71 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 71 Ein interessanter Basidiomycet: Ustilago maydis Ustilago maydis: Übersicht Bild aus dem WWW

72 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 72 Ustilago maydis (Maisbeulenbrand) Ustilago maydis: Skizze Bild aus dem WWW

73 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 73 Ein interessanter Basidiomycet: Ustilago maydis Ustilago maydis Lebenszyklus Befruchtung ohne Karyo- gamie Dikaryo- phase Karyogamie Start im Frühling: Meiose, Basidio- sporen (1n) Skript - p. 14

74 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 74 Fallbeispiel: Puccinia graminis Oomyceten als Pathogene

75 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 75 Puccinia graminis: Bilder Beispiel eines Rostpilzes (Uredinales): Puccinia graminis Obligater Wirtswechsel: Weizen - Berberitze Bilder aus dem WWW

76 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 76 Puccinia graminis: Lebenszyklus Beispiel eines Rostpilzes (Uredinales): Puccinia graminis Dikaryo- phase (2n) Karyogamie Befruchtung ohne Karyo- gamie Berberitze: Haplonten-Wirt, "Nebenwirt" Weizen: Diplonten-Wirt, "Hauptwirt" Start im Frühling: Meiose, Basidio- sporen (1n) Haplophase (1n) Skript - p. 14

77 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 77 Puccinia graminis: Teleutosporen auf Weizen Teleutosporen auf Weizen Teleutosporen: Dauersporen (diploid), die im Frühjahr nach Karyogamie und Meiose haploide Basidiosporen bilden Bild aus dem WWW

78 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 78 Puccinia graminis: Aecidium auf Berberitze Aecidium auf Berberis vulgaris Aecidiosporen: Diploide (dikaryotische) Sporen, die den Hauptwirt (Weizen) infizieren Bild aus dem WWW

79 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 79 Puccinia graminis: Rost-Sporen auf Weizen 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 Pflanzliche Symbiosen HS 2009: Pilze als Pathogene - 80 Puccinia graminis: keimende Rost-Spore Keimende Rost-Spore auf Weizen Bild aus dem WWW


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