Molecular mechanisms of the Hs1pro-1-mediated nematode (Heterodera schachtii) resistance and its potential for genetic engineering of plant disease resistance
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Von Händler/Antiquariat, Cuvillier Verlag [55253954], Göttingen, Germany.
This item is printed on demand. First published 13.08.2009 language: english Der Zuckerrübenzystennematode Heterodera schachtii Schm. führt als obligat sedentärer Endoparasit zu erheblichen Ertragsverlusten in der Landwirtschaft. H. schachtii tritt hauptsächlich in gemäßigten Klimazonen auf und befällt verschiedene Arten der Chenopodiaceae und Brassicaceae, z.B. auch wichtige Kulturpflanzen wie die Zuckerrübe (Beta vulgaris), Spinat (Spinacea oleracea), und Raps (Brassica napus). Zystennematoden dringen als infektiöse Larven des zweiten Entwicklungsstadiums in ihre Wirtspflanzen ein und richten vor allem durch die intrazelluläre Wanderung zum Zentralzylinder, wo sie ein metabolisch hoch aktives Nährzellensytem induzieren, erheblichen Schaden an (Davis et al. 2004, Fuller et al. 2008). Nematizide Wirkstoffe sind zwar verfügbar, aber aufgrund ihrer umweltschädigenden Wirkung und Toxzizität für Säugetiere häufig verboten. Daher bietet der Anbau resistenter Sorten eine ökonomisch lohnende sowie umweltfreundliche Alternative Kulturpflanzen vor parasitären Nematoden zu schützen. Neben dem Rübenzystennematoden spielen auch andere Erreger im Zuckerrübenanbau eine wichtige Rolle, wie der Rübenmehltau (Erysiphe betae), die Blattfleckenkrankheit (Cercospora beticola), Rizomania und die Wurzel- und Kronenfäule, die durch den pilzlichen Erreger Rizoctonia solani hervorgerufen wird. Der Hs1pro-1 Locus vermittelt Resistenz gegenüber dem Rübenzystennematoden H. schachtii in der Zuckerrübe (Beta vulgaris) (Cai et al. 1997). Das Hs1pro-1 Gen wurde zwar aus resistenten Zuckerrüben kloniert, aber die zugrunde liegenden Resistenzmechanismen bleiben ungeklärt. Durch einen transcript profiling Ansatz konnte das BvGLP-1 Gen im Zuckerrübengenom identifiziert werden. BvGLP-1 kodiert für ein funktionales Oxalatoxidaseähnliches Germinprotein, das in resistenten, aber nicht in anfälligen Zuckerrübenpflanzen nach Nematodenbefall stark hoch reguliert ist. Für die funktionale Analyse wurde das BvGLP-1 Gen in Zuckerrüben hairy roots und Arabidopsis Pflanzen eingebracht und die transgenen Wurzeln/Pflanzen in Nematodenresistenztests untersucht. Während die Expresssion des BvGLP-1 Gens in Syncytien in transgenen Zuckerrübenwurzeln so wie auch in transgenen Arabidopsispflanzen eine Nematodenresistenz hervorrief, führte das knockout eines BvGLP-1 homologen Gens im Arabidopsisgenom zu einer erhöhten Anfälligkeit der Pflanzen gegenüber Nematoden. Desweiteren wurde bewiesen, dass das BvGLP-1 Gen als funktionale Oxalatoxidase in pflanzlichen Zellen agiert und dort Wasserstoffperoxid (H2O2) generiert. Außerdem reguliert BvGLP-1 die Expression der Pathogen-assoziierten Gene (PR165 Gene). Dies unterstreicht, dass BvGLP-1 eine zentrale Rolle in der pflanzlichen Nematodenresistenz spielt. Die Erstellung und Etablierung transgener Pflanzen mit einer Resistenz gegenüber einem weiten Pathogenspektrum, besonders aber gegenüber Pathogenen mit einem weiten Wirtspflanzenkreis, wie z.B. Rhizoctonia solani ist von großem Interessse. Um festzustellen, ob BvGLP-1 Resistenz gegenüber pilzlichen Pathogenen verleihen könnte, haben wir die BvGLP-1 transgenen Pflanzen in Infektion***perimenten mit den pflanzenpathogenen Pilzen V. longisporum und R. solani, sowie mit dem wachstumsfördernden endophytischen Pilz Piriformospora indica analysiert. Die Expression des BvGLP-1 Gens in Arabidopsis resultierte in einer signifikanten Resistenz gegenüber den beiden pilzlichen Pathogenen, beeinflusste aber nicht die nützliche Interaktion mit P. indica. Folglich reguliert BvGLP-1 planzliche Resistenzantworten, die auf einem spezifischen Signaltransduktionsweg basieren, der sich jedoch von einem durch den wachstumsfördernden endophytischen Pilz P. indica induzierten Signalweg unterscheidet. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, drei unterschiedliche RGA Sequenzen (cZR-3, cZR-7 und cZR-9), im Hinblick auf ihre Fähigkeit Nematodenresistenz in Arabidopsis zu vermitteln, funktional zu charakterisieren. Al.

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