Erich-Christian Oerke Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Früherkennung von Stress und Stresstoleranz Biotischer Stress Erich-Christian Oerke INRES – Phytomedizin Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Background Jahrgang 1958 Biologie-Studium in Hannover Promotion bei Prof. F. Schönbeck (Inst. f. Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz, Hannover): Einfluss von Stress auf die Prädisposition und Leistung von Gerste und Bohne (1988) Crop Production and Crop Protection – Estimated Losses in Major Food and Cash Crops (Elsevier Science, 1994) seit 11/1993 in Bonn, INRES – Phytomedizin Habilitation (2000): Befall – Schädigung – Schaden: Eine Bewertung der Ertragsverluste durch Schadorganismen und deren Vermeidung seit 04/2004 Sprecher des GRK 722 ‘Einsatz von Informations- techniken zur Präzisierung des Pflanzenschutzes‘ Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Arbeitsgebiete Wirt-Pathogen-Interaktionen Struktur und Funktion: Mikroskopie Befalls-Verlust-Beziehungen Sensoren im Nahbereich / auf niedrigen Skalenebenen Thermografie Hyperspektrales Imaging Wirkung von Fungiziden auf Pflanzen Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Arbeitsschwerpunkte Venturia inaequalis: Pathogenitätsfaktoren, Etiologie Fusarium spp. an Getreide: Interaktionen eines Erreger-komplexes mit der Wirtspflanze (Mykotoxine, Epidemiologie) Detektion, Identifizierung und Quantifizierung von Blatt-krankheiten (GRK 722, CROP.SENSe.net) Puccinia hordei an Gerste(ngenoypen) Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Venturia inaequalis: Struktur und Funktion 10 µm C Schumacher et al. (2008) Phytopathology 98: 760-768 U Steiner & EC Oerke (2007) Phytopathology 97: 1222-1230 10 µm Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Besiedlung von Weizenblättern durch Fusarium graminearum Expression des EGFP-Gens in Mycel und Makrokonidien von Fusarium graminearum K Eiden et al. (2008) Cer Res Comm 36 (Suppl. B): 281-282 Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Decision support systems Heterogenität als Herausforderung Sensor(s) Expert knowledge Decision support systems Control operation Data management Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Detektion von Fusarium-Befall der Ähre an Weizen mittels IRT digitale Infrarot-Aufnahme zu EC 75-77 (Kerpen-Buir 28.06.03) Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Erfassung von Apfelschorf mittels Thermografie adaxial abaxial L06 L04 L01 L05 L03 L02 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 10 20 30 40 50 60 Leaf temperature [ °C ] Distance [pixel] L01, L02, L03 6 x 105 ml-1 L04, L05, L06 6 x 104 ml-1 Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Spektrale Signatur einer Blattkrankheit 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 350 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 Reflectance Wavelength [nm] x y 1000 nm λ 400 nm Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Kombination von SVIs zur Identifikation von Blattkrankheiten A Mahlein et al. (2010) Precision Agriculture 11: 413-431 Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Klassifizierung von Cercospora-Blattflecken an Zuckerrüben Line-Scan A Mahlein (2010) Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Biotischer – abiotischer Stress Abiotische Faktoren Biotische Faktoren Betroffene Pflanzenteile alle, reagieren z.T. unterschiedlich bzw. sukzessiv punktuell, aber Aus- wirkungen (oft) auf die gesamte Pflanze Auftreten langsam schnell Einwirkungsdauer Stressintensität nimmt mit der Dauer zu Resilienz + / - (elastisch) - (plastisch) Stressvermeidung Nein (→ Toleranz1) Adaption Ja (UV-Schutz) ja (Resistenz) nein (sensitiv bzw. tolerant) 1 geringerer Stress bzw. geringere Ertragsreaktion Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Mittelfristige Ziele 3D-Mapping der Entwicklung von Pathogenen und ihrer Wirkung auf die Wirtspflanze: Leaf positioning system Nutzung von Sensoren: Down-Scaling, non-destructive, repeated measurements at micro-scale Verknüpfung mit molekularbiologischen Untersuchungen Regulation der Genaktivität während der Pathogenese (Sekretom, etc.) Venturia inaequalis als Modellsystem Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Mapping Overlay of Different Information Layers F Nutter et al. (2010) Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Stressreaktion von Wirt und Pathogen Veränderungen im Wirt-Pathogen-Verhältnis durch abiotische Stressfaktoren Vergleich der Mechanismen in Pilz und Pflanze (Bedeutung in der Ontogenese: Dehydrierung von Konidien) Resistenzreaktion von Wirtsgenotypen bei abiotischem Stress (z.B. P. triticina an Weizen, P. hordei an Gerste) Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven

Interaktion von Pathogenen an Zuckerrübe Weight [g] a a b a b b b ab b b Beet weight b b b c c c Root weight C Hs Rs Hs+Rs C Hs Rs Hs+Rs C Hs Rs Hs+Rs Alyssa (susceptible) Calida (RCRR tolerant) Sanetta (BCN resistant) Different letters within each cultivar indicate significant differences according to Tukey´s test (P < 0.05) C Hillnhütter et al. (2010) Nematology (in press) Pers. Background Arbeitsgebiet(e) Perspektiven