Stressphysiologie 2010 Ein biologisches Stresskonzept PD Dr. Klaus-J. Appenroth Ein biologisches Stresskonzept 2. Abiotischer Stress 2.1. Anthropogene Stressfaktoren 2.2. Andere Abiotische Stressfaktoren 3. Biotischer Stress Organismische Interaction als Stress Konstitutive und induzierte Abwehr Systemische Abwehr

Nekrotrophie Biotrophie Hemibiotrophie Angriff Sekretion von Zellwand-abbauenden Enzymen Toxine Beides Enger intrazellulärer Kontakt mit Pflanzenzellen Anfangs biotroph, dann nekrotroph Interaktion -Abtöten der Pflanzenzelle, danach Befall - extensiver Gewebeabbau Pflanzenzellen bleiben am leben und werden nur gering geschädigt Nur am Anfang bleiben Pflanzenzellen am Leben; Zwischenstellung Wirtsspektrum breit Gering, oft sogar artspezifisch Zwischenstellung Beispiele Fäulnisbakterien (Erwinia spp.) Fäulnispilze (Botrytis cinera) Pilzlicher Mehltau und Brände; Viren; endoparasitische Nematoden Kartoffelkrautfäule (Phytophtera infestans)

Maize Histondeacetylase reduziert core Histon H3 und H4 – stört Expression von Mais- Defensgene (Cochliobolus carbonum) Typische Interaktion zwischen Pilz und Pflanze Resistente Mutante Maize

Fusicoccin: hemmt Plasmamembran-ATPase. Führt zur irreversiblen Stomataöffnung, Tod durch Welke.

Elektronenmikroskopische Aufnahme: Haustorium

Hemibiotrophe Pilze: Übergang biotroph zu nekrotroph, meist durch höhere Ansprüche des gewachsenen Pilzes bedingt. Kartoffelkrautfäule. Ursache der Hungerkatastrophe 1846/ 1847 in Irland

2. Bakterielle Pathogene Bacteria colonizing the free space Bacteria in the free space surrounded by extracellular Polysaccharides, next to the cell wall.

Expression von Genen des Hypersensitivitätsreaktion- und Pathogenitätsclusters Ähnliche Reaktionen bei Tieren und Pflanzen auf Bakterienbefall

3. Pathogene Pflanzenviren 40 Familien von Pflanzenviren Meist single-stranded sense RNA-Viren (z. B. TMV) Seltener DNA-Viren (z. B. CaMV) Generell biotroph. Chlorosen Nekrosen Mosaikmuster Wachstumshemmung

TMV (ss RNA) CMV (ds DNA)

Viele Virengenome sequenziert. Beispiel CaMV: 7 offene Leserahmen. dsDNA-Virus, 8 kbp groß Replikation meist im Cytoplasma, wobei der Translationsapparat der Pflanzen verwendet wird.

2. Übergang in Nachbarzellen Kein Übergang direkt durch Membran (Gegensatz zu tierischen Systemen). Movement-Proteine (MP) sorgen für Transport durch Plamodesmata. Zwei Strategien: - ssRNA (TMV) vergrößert die Plasmodemata bis auf den 10-fachen Durchmesser – Transport möglich dsDNA sorgen für die Ausbildung tubulärer Strukturen aus MPs Langstreckentransport fast unbekannt, in einigen Fällen Phloemtransport.

4. Viroide

Ca. 20 Gattungen, die Pflanzenkrankheiten erzeugen. 1 mm lange, runde Würmer, wirken fast immer über Wurzeln Obligat biotroph Ectoparasitische Nematoden: Wurzeloberfläche Endoparasitische Nematoden: dringen in Wurzeln ein Penetrieren die Zellwand mit einem hohen Stylet:

6. Arthropoden Besonders wichtig bei herbivoren Insekten: 1. Kauende Insekten Erzeugen die größten Schäden: Heuschreckenarten und Colorado-Kartoffelkäfer Sekundäre Schäden durch nachfolgende Infektion.

Besonders wichtig bei herbivoren Insekten: 2. Saugende Insekten Grashüpfer, Blattläuse, Thripse Primäre Wirkung: Bei schwerem Befall chronischer Mangel an Photosyntheseprodukten. Sekundäre Wirkung: Übertragung von Viren direkt in das Gefäßsystem

Übertragung von Viren direkt in das Gefäßsystem EC = epidermal cell, MC = mesophyll cell, BSC = bundle sheat cells, CC = companion cells, SE = sieve element

Parasitismus – Halbschmarotzer Gastpflanze ernährt sich autotroph und entzieht dem Wirt lediglich Wasser und Nährstoffe. Beispiel: Misteln

Triphysaria auf Maiswurzel