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 http://plantbiology.unibas.ch/teaching/teaching.htm

Titelblatt Pilze als Pathogene

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

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

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

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

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

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

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

Ausbeutung, brutale Form Titelblatt Ausbeutung, brutale Form Nekrotrophie

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

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

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

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

Der Erreger: Phytophthora ramorum Bild aus dem Internet

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

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

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!

Ausbeutung, raffinerte Form Titelblatt Ausbeutung, raffinerte Form Biotrophie

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

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

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

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

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

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

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

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"!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Vielfalt der Pilze Vielfalt der Pilze Skript - p. 8

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

Oomyceten als Pathogene

Oomyceten als Pathogene Fallbeispiel: Phytophthora infestans

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

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

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

Phytophthora infestans Der Erreger: Phytophthora infestans Bilder aus dem WWW

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

Ascomyceten als Pathogene

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

Vielfalt der Ascomyceten-Krankheiten: Grünschimmel Erreger: Penicillium digitatum

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

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

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

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

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

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

Oomyceten als Pathogene Fallbeispiel: Epichloë typhina

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

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

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

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

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

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

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

Oomyceten als Pathogene Fallbeispiel: Cladosporium fulvum

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

Experiment zur Identifikation von Avr-Faktoren (1)

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

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

Basidiomyceten als Pathogene

Oomyceten als Pathogene Fallbeispiel: Ustilago maydis

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

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

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

Oomyceten als Pathogene Fallbeispiel: Puccinia graminis

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

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

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

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

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

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