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Pathogenanpassung an Wirt und Klima in einer natürlichen Pflanze-Pathogen-Interaktion

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Förderkennzeichen: DFG-403835372
Laufzeit: 01.01.2018 - 31.12.2020
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Stichworte: Pflanze-Pathogen-Interaktion, Pathogenanpassung, Oomyceten, Phytophthora infestans, Wildtomate, Solanum chilense

Ein tiefgehendes Verständnis der Pflanzenpathogenevolution ist für die Entwicklung dauerhaft resistenter Kulturpflanzen essenziell. Globalisierung und Klimawandel beschleunigen die Evolution und Verbreitung von Krankheitserregern. Trotz intensiver Untersuchung dieser Zusammenhänge wissen wir wenig über das Evolutionspotenzial der Erreger und die tatsächliche Frequenz adaptiver Ereignisse. Wirt-adaptierte Pathogene sind für alle Kulturpflanzen beschrieben, deren Herkunft und genomische Anpassungsursachen sind aber meist unbekannt. In diesem Projekt werden die Pathogenanpassung an ihre Wirtspflanzen, klimatische Faktoren, speziell aber die Anzahl und Natur der beteiligten Gene studieren. Es wird beabsichtigt ein in der Natur einzigartiges Pathosystem, die Interaktion des Oomyceten Phytophthora infestans mit der Wildtomatenart Solanum chilense, zu untersuchen. P. infestans verursacht jährlich wirtschaftliche Schäden in Milliardenhöhe durch Kraut- (und Knollen) -fäule an Tomaten und Kartoffeln. Das natürliche Pathosystem hat gegenüber Agrarökosystemen folgende Vorteile: Zum einen zeigt S. chilense Anpassung an verschiedene lokal vorkommende Klimate, die Wirtspopulationen sind weitgehend geographisch isoliert und allopatrisch zu anderen Solanaceen; desweiteren zeigen die Populationen phänotypische Resistenzunterschiede gegenüber P. infestans. Das ermöglicht eine geographisch gegliederte Analyse des Pathogens auf seiner Wirtpflanze bei gleichzeitiger Effektminimierung der Erregerimmigration von benachbarten oder alternativen Wirtspopulationen. P. infestans-Isolate werden aus einem großen Verbreitungsgebiet von S. chilense erstellt und genotypisiert. Diese Genotypisierung dient neben der Abbildung der Pathogendiversität auf der Diversität seiner Wirtspflanzen weiter als Basis für die Auswahl einer Kollektion von Isolaten, die über Resequenzierungsexperimente charakterisiert werden. Dabei werden die Gene gefunden und analysiert, die unter Selektion stehen und die Anpassung an die Wirtsgenotypen und örtlichen Klimate erklären. Die Gesamtgenomanalyse erlaubt neben einer näheren Aussage der Virulenzeffektorgene auch die Identifizierung von zuvor nicht in Zusammenhang mit Ko-Evolutionsprozessen gebrachten Genen. Letztlich werden die Virulenz und Aggressivität von Isolaten auf verschiedenen Wirtspopulationen und unter verschiedenen Umweltbedingungen analysiert, um die genomischen Anpassungen mit authentischen Infektionsphänotypen zu verknüpfen. Dieses Projekt wird die momentan wenig beachtete Diversität natürlicher P. infestans-Populationen beleuchten und die in die Ko-Evolution mit dem Wirt involvierten Gene identifizieren. Das Verständnis von Diversität, Migration und Evolution des Pathogens im komplexen natürlichen S. chilense-Wirtssystem wird es erlauben, sein adaptives Potenzial zu erfassen. Dieses Wissen ist von hohem Wert für Pflanzenzüchter und Landwirte, um für die Zukunft ein dauerhaftes Management von Pflanzenkrankheiten zu erreichen.

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Fachgebiete

Ausführende Einrichtung

Lehrstuhl für Phytopathologie

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