Die Getreidepathogene Fusarium culmorum (Fc) und F. graminearum (Fg) sind Generalisten, die durch partielle oder vollständige Taubährigkeit, Wurzel- und Halmbasisfäule hohe Ertragsverluste sowie die Kontamination des Getreides mit verschiedenen Mykotoxinen verursachen.
Zunächst wurde im Rahmen dieser Arbeit die Expression von 1500 verschiedenen Genen der Gerste als Antwort auf eine Fc-Blattinfektion vergleichend mit je einem Fc-anfälligen bzw. einem weniger stark Fc-anfälligen Kultivar in macroarray-Analysen untersucht. Anschließend wurde die Expression ausgewählter Kandidatengene mittels semi-quantitativer RT-PCR in Blättern und Ähren von Gerste und Weizen überprüft. Dabei zeigten drei Kandidatengene ein Expressionsmuster, das mit Resistenz bzw. Suszeptibilität der untersuchten Getreidekultivare gegenüber Fc korrelierte. Zwei dieser Gene waren im jeweils weniger Fc-anfälligen Kultivar stärker induziert: ein RELA-Homolog, das vermutlich in die Produktion eines schnell aktivierten Transkriptionsfaktors involviert ist, sowie ein putatives CYANASE-Gen, das vermutlich Fc-förderndem Zelltod entgegenwirkt. Die funktionelle Analyse bestätigte die Relevanz des RELA-Homologs zur Abwehr von Fc in Arabidopsis. Ein vSNARE11 war dagegen im jeweils anfälligeren Kultivar induziert, im jeweils resistenteren dagegen nicht exprimiert (Gerste) bzw. nicht differentiell exprimiert oder reprimiert (Weizen).
In weiteren Untersuchungen wurden zum einen Funktionsanalysen im System Arabidopsis Fc bzw. F. oxysporum f.sp. matthiolae mit Arabidopsis knock-out Mutanten Zelltod-fördernder bzw. inhibierender Gene durchgeführt. Dies ergab eine erhöhte Resistenz gegenüber Fc durch Suppression des Zelltods sowie eine erhöhte Suszeptibilität durch vermehrten Zelltod in Arabidopsis gegenüber beiden Pathogenen. Zum anderen wurde die Beteiligung der Salizylat (SA)-, Jasmonat (JA)- bzw. Ethylen (ET)-abhängigen Signaltransduktionswege an der Abwehr von Fusarium untersucht. Die hier erzielten Ergebnisse belegen, dass der JA-Weg zur Abwehr beider Pathogene am wichtigsten ist. Dies ist vermutlich einerseits auf die JA-vermittelte Expression von Abwehrgenen zurückzuführen sowie andererseits auf eine mögliche Blockade von ET- bzw. SA-vermitteltem Zelltod. Auch der SA-Signalweg zeigte einen positiven Effekt auf die Resistenz von Arabidopsis gegenüber Fc und Fom, was vermutlich durch die SA-vermittelte PR-Genexpression zu erklären ist. Der ET-Signalweg hat, wenn überhaupt, eher eine antagonistische Wirkung im Pathosystem Arabidopsis Fusarium, da er eine schwache Blockade des wichtigen JA-Signalwegs bewirkt und zudem eventuell zelltodfördernd wirkt.Daneben wurde der Einfluss einer Wurzelinfektion durch Fg sowie der Besiedelung durch den Wurzelendophyten Piriformospora indica (Pi) auf Wachstum, Entwicklung, Chlorophyllgehalt sowie den Ertrag von Gerste untersucht. Abgesehen vom Chlorophyllgehalt wurden alle Parameter durch Fg insgesamt negativ, durch Pi positiv beeinflusst. Bei gleichzeitiger Inokulation mit Fg und Pi wurde der negative Effekt durch Fg nicht nur aufgehoben, sondern zudem Wachstums- und Ertragssteigerungen sowie eine schnellere Entwicklung erzielt, die mit denen von Pflanzen, die nur mit Pi inokuliert worden waren, vergleichbar waren.
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