Untersuchung der Mlg-vermittelten Resistenz durch Darstellung differentieller Genaktivität im Pathosystem Gerste (Hordeum vulgare L.) / Mehltau (Blumeria graminis f.sp. hordei)

Abstract

Zytologische und histochemische Arbeiten haben die Ausprägung gleicher Abwehrmechanismen bei der Mlg-vermittelten Resistenz und der chemisch Induzierten Resistenz (cIR) in Gerste gegen den Echten Gerstenmehltaupilz (Blumeria graminis f.sp. hordei, Bgh) gezeigt. Das führte zu der Annahme, dass beide Resistenzformen auf einer gemeinsamen molekularen Grundlage beruhen. Daher wurde die Methode der Suppressiven Subtraktionshybridisierung (SSH) angewendet, um Abwehrgene, die evtl. spezifisch in der Mlg-vermittelten Resistenz aktiviert werden, aufzufinden. In einem parallel zu den SSH durchgeführten RGA (Resistenzgenanaloga)-Kandidatengenansatz sollten daneben weitere an der Mlg-Resistenz beteiligten Gene isoliert werden. Insgesamt konnten 20 Gene identifiziert werden, die - bis auf eine Ausnahme - bereits 4 hpi (hours post inoculation) in kompatiblen und inkompatiblen Interaktionen der Gerste mit Bgh induziert wurden. Keines dieser Gene wies dabei Mlg-Spezifität auf. Unter den Bgh-responsiven Genen befanden sich zahlreiche bislang nicht beschriebene, wie das einer Tyrosinphosphatase oder eines Kupfer-Bindeproteins. Außer dem einer Tyrosinphosphatase zeigten alle Gene auch eine Aktivierung durch das Nicht-Wirt-Pathogen Blumeria graminis f.sp. tritici (Bgt), wobei die Expression von zwei Genen, Pl074 (ohne Homologien) und dem eines ERD1-Homologs (chloroplastidäre Protease), nach Inokulation mit Bgt sogar stärker war als nach Inokulation mit Bgh. Bei der Untersuchung der Expressionsmuster nach chemischer Resistenzinduktion durch BTH (Benzothiadiazol) zeigte sich eine Zunahme der Transkriptmenge von 3 der 20 Gene, wodurch eine Verknüpfung zwischen quantitativer Resistenz und cIR gezeigt werden konnte. Dabei handelte es sich um ein WIR1-Homolog, eine Rezeptor-ähnliche Proteinkinase und ein ERD1-Homolog. Die Expression von 2 Genen (Pl074 und Cu2+-Bindeprotein) war insbesondere in resistenten Genotypen induziert, die mit der Bildung von Reaktiven Sauerstoffintermediaten (ROI) auf die Inokulation mit Bgh reagieren. Das deutet eine Funktion der entsprechenden Proteine im Redoxstoffwechsel an.Für das Cu2+-Bindeprotein konnte bei Funktionsanalysen mittels transienter RNA Interferenz (RNAi) eine Funktion in der Gerste/Bgh-Interaktion gezeigt werden, da die Penetrationseffizienz des Gerstenmehltaupilzes durch das silencing des Gens deutlich gegenüber der Kontrolle erhöht war. Damit ist das Kupfer-Bindeprotein ein Kandidat, dessen Überexpression möglicherweise die Resistenz der Gerste gegen Bgh verstärken könnte.