RT Dissertation/Thesis
T1 In vivo und molekularbiologische Untersuchungen zur Sensitivität von Phakopsora pachyrhizi gegenüber Demethylierungs-Inhibitoren und Qo-Inhibitoren
A1 Schmitz,Helena Katharina
WP 2013/03/14
AB Weltweit gehört die Sojabohne zu einer der wichtigsten Kulturpflanzen. Nachdem die Bedeutung des Sojabohnenanbaus in Brasilien seit den 1980er Jahren zugenommen hat, war Brasilien 2010 der zweitgrößte Sojabohnenproduzent hinter den USA. Der Sojabohnenanbau wird durch eine Reihe von Schadfaktoren erschwert, von denen der Asiatische Sojabohnenrost, Phakopsora pachyrhizi, seit seiner Invasion im Jahr 2001 die größte Bedeutung hat. Bis zu diesem Zeitpunkt war in Brasilien nur der eher bedeutungslose Amerikanische Sojabohnenrost, Phakopsora meibomiae, bekannt. Wie auch in Asien, führte P. pachyrhizi in Brasilien zu enormen Ertragsausfällen bzw. zusätzlichen Kosten durch Kontroll-Maßnahmen. Um den Befall einzugrenzen und den Ertrag zu schützen, sind Fungizidapplikationen die wichtigste Maßnahme. Sowohl Demethylierungs-Inhibitoren (DMIs) als auch Quinone outside Inhibitoren (QoI) stellen dabei die bedeutsamsten und effizientesten Wirkstoffgruppen dar. Für einen möglichst langfristigen Schutz werden diese beiden Klassen häufig in Kombination angewandt. Während die Effizienz der QoIs unverändert geblieben ist, ließ die Wirksamkeit der DMIs bald nach. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Sensitivität von P. pachyrhizi gegenüber Fungiziden zu überprüfen und den genetischen Hintergrund für eine mögliche Adaptation zu analysieren. Dabei stellte sich heraus, dass eine Adaptation von P. pachyrhizi gegenüber DMIs besteht, während die QoIs nicht betroffen sind. Aufgrund der genetischen Struktur des cytochrom b (cyt b, Zielgen der QoIs) von P. pachyrhizi ist nicht zu erwarten, dass QoI-Resistenzen entstehen, wie sie von anderen Pathogenen bekannt sind. Die Punktmutationen F129L, G137R und G143A gelten als Hauptresistenzmechanismus von phytopathogenen Pilzen gegenüber QoIs, wobei die G143A Mutation zu den höchsten Resistenzfaktoren führt. Die Ausbildung einer G143A Mutation ist nur dann möglich, falls nach dem Codon 143 des cyt b-Gens kein Intron folgt.
Im Gegensatz dazu offenbarten die molekularbiologischen Untersuchungen am cyp51, dem Zielgen der DMIs, dass verschiedene Resistenzmechanismen für die Adaptation gegenüber DMIs verantwortlich sind, die z. T. additiv bzw. synergistisch miteinander wirken. Dazu gehören Punktmutationen des cyp51, die Überexpression des cyp51 sowie die selektive Expression eines mutierten cyp51-Allels. Insgesamt wurden sechs Punktmutationen (F120L, Y131H, Y131F, K142R, I145F und I475T) gefunden, die mit einer verringerten Sensitivität gegenüber DMIs einhergehen und mit einer Ausnahme stets in bestimmten Kombinationen miteinander auftreten. Daneben bewirkte eine drei- bis zehnfache Überexpression des cyp51 verschiedener Isolate Unterschiede in der Sensitivität gegenüber DMIs. Es wurden Hinweise gefunden, dass die Kopienzahl des cyp51 im Genom von P. pachyrhizi einer der Mechanismen darstellen könnte, der für die Modifikation der cyp51-Expression verantwortlich ist. Da die Mutationsanalysen und die Ergebnisse zur Überexpression nicht alle Sensitivitätsverschiebungen erklären, sind außer den beschriebenen Resistenzmechanismen weitere Mechanismen (z. B. Expression von Effluxtransportern) zu vermuten. Die relativ schnelle Anpassung von P. pachyrhizi an DMIs und die Komplexität der zugrunde liegenden Resistenzmechanismen innerhalb eines Jahrzehnts lassen sich auf den enormen Selektionsdruck durch die Behandlung großer Flächen sowie den klonalen, dikaryotischen Lebenszyklus und der kurzen Generationsdauer zurückführen. Bei der Bekämpfung von P. pachyrhizi sollten daher zukünftig Fungizide mit verschiedenen Wirkmechanismen verwendet werden, um weitere Resistenzausbildung und deren Verbreitung zu vermeiden.

K1 Sojabohnenrost
K1 Phakopsora pachyrhizi
K1 Fungizid
K1 Überexpression
K1 Punktmutation
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2013/828