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Forschungsschwerpunkt: Umweltgerechte Nutzung und nachhaltige Entwicklung ländlicher Räume - Möglichkeiten und Chancen der Einbeziehung von Substanzen mit pflanzenstärkenden und Elicitoreigenschaften in Strategien zur Gesunderhaltung von Kartoffelbeständen und Ertragsstabilisierung

Ziel des Projektes ist die Prüfung der Erfolgsaussichten für Substanzen(Hefeextrakte, Chitosan) mit pflanzenstärkenden und Elicitoreigenschaften zur Stabilisierung der Erträge und Verbesserung der Pflanzengesundheit im Kartoffelbau mit dem langfristigen Ziel der Reduktion des Einsatzes von chemischen und kupferhaltigen Fungiziden. Die Ergebnisse der in vitro, im Gewächshaus, sowie im Feld unter gemäßigten und subtropischen Bedingungen durchgeführten Forschungsarbeiten bilden die Grundlage zur Ableitung von Kriterien zur Beurteilung der Effektivität von Pflanzenstärkungsmitteln sowie zur Entwicklung von Anwendungsprotokollen. Die folgenden Zwischenergebnisse können formuliert werden: Pflanzenstärkungsmittel unterscheiden sich hinsichtlich der Wirksamkeit auf Ertragsparameter sowie gegenüber Krautfäule(Phytophthora infestans) und Dürfleckenkrankheit (Alternaria solani). Die Wirkung von Pflanzenstärkungsmitteln auf Parameter von Ertrag und Pflanzengesundheit wird durch die natürlichen Bedingungen während der Anwendung modifiziert. Der Einsatz von Pflanzenstärkungsmitteln ist besonders aussichtsreich bei der Produktion von gesundem Kartoffelpflanzgut ausgehend von Gewebekulturmethoden.

Verarbeitung und Aufbereitung von Bio-Apfeltrester zur Erzeugung von alternativen hochwertigen Proteinquellen, TP1: Erforschung der Analytik neuartiger biogener Substrate zur Sicherstellung der Verzehrfähigkeit für Menschen und Elimination gesundheitlicher und prozessrelev. Risikoquellen

Verarbeitung und Aufbereitung von Bio-Apfeltrester zur Erzeugung von alternativen hochwertigen Proteinquellen

Umweltfreundliche Lösungen für das integrierte Management von Phytophthora infestans und Alternaria solani an Kartoffeln

Kartoffeln (Solanum tuberosum L.) sind für die globale Ernährungssicherheit von entscheidender Bedeutung. Die durch den Oomyceten Phytophthora infestans verursachte Krautfäule (LB) und die durch den Pilz Alternaria solani verursachte Dürrfleckenkrankheit (EB) sind die Hauptkrankheiten, die die Kartoffelproduktion beeinflussen. In Europa verursacht LB jährlich Ertragsverluste von über 1 Mrd. EUR, während EB Ertragsverluste von über 20% verursachen kann. Beide Krankheiten werden derzeit durch mehrfache Anwendung von Fungiziden kontrolliert. Angesichts der potenziell negativen Auswirkungen von Pestiziden auf die Umwelt, der Probleme einer verminderten Wirksamkeit aufgrund einer verminderten Sensitivität und der Streichung vieler Fungizide gemäß der EU-Pestizidrichtlinie (2009/128/EG) besteht ein dringender Bedarf an einer nachhaltigen und integrierten Bekämpfungsstrategie. Angesichts des derzeitigen Schwerpunkts auf einer nachhaltigen landwirtschaftlichen Produktion wird die biologische Bekämpfung von Pathogenen immer bedeutender. In dem Projekt ECOSOL untersuchen wir die Schlüsselkomponenten einer solchen IPM-Strategie, die entwickelt und getestet werden müssen, um ihre erfolgreiche Implementierung vor Ort zu ermöglichen. Mit dem derzeitigen Schwerpunkt auf einer nachhaltigen landwirtschaftlichen Produktion wird die biologische Bekämpfung von Pathogenen immer bedeutender.ECOSOL wird die biologische Kontrolle in IPM-Programme integrieren, um die Krautfäule und Dürrfleckenkrankheit zu kontrollieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Wirksamkeit verschiedener BCAs (biological control agents) und PRIs (plant resistent inducers) zur Kontrolle der Krankheit in planta getestet. Das Verständnis der Wirkungsweise ist notwendig, um das stewardship in der Zukunft sicherzustellen. Die Bedeutung von Faktoren wie dem Zeitpunkt der Anwendung und dem Grad der Resistenz des Wirts für die Wirksamkeit von BCAs wird untersucht. Die vielversprechendsten Alternativen zu Pestiziden werden in einer Reihe von teilnehmenden Ländern unter Feldbedingungen getestet, um die Übertragbarkeit sicherzustellen. Wirtsresistenz ist eine wichtige Komponente in jeder IPM-Strategie zur nachhaltigen Bekämpfung von Krautfäule. Sie wird jedoch aufgrund der genetischen Vielfalt in der Pathogenpopulation häufig schnell überwunden. Das Projekt wird daher den Einsatz bestehender und neuer Quellen für Wirtsresistenz optimieren, indem Pathogenmerkmale erfasst und verstanden werden, die dazu führen, dass die Wirtsresistenz in der Praxis überwunden wird.ECOSOL wird Entscheidungsmodelle anpassen, mit dem Ziel der Integration von biologischen Pflanzenschutzmitteln zum Management der Krautfäule und der Dürrfleckenkrankheit. Es werden IPM-Strategien entwickelt, die den optimalen Anwendungszeitpunkt der wirksamsten biologischen Pflanzenschutzmittel und die Wirtsresistenz berücksichtigen, um den Pestizideinsatz nachhaltig zu verringern.

Schwerpunktprogramm SFB 924: Molekulare Mechanismen der Ertragsbildung und Ertragssicherung bei Pflanzen - Teilprojekt A07: Programmierter Zelltod in Arabidopsis: Funktion der KDEL-Peptidasen in Entwicklung und Pathogenantwort (2)

Programmierter Zelltod als Voraussetzung für Entwicklung und Ertrag von Nutzpflanzen wird von Papain-artigen Cystein-Endopeptidasen bewerkstelligt, die ein KDEL-Rückhaltesignal für das Endoplasmatische Reticulum am C-Terminus tragen und nur in Pflanzen vorkommen. Wir möchten ihre Funktion im entwicklungsbedingten Zelltod, d. h. in der Gametophytenentwicklung, in der Samen- und in der Fruchtreifung, sowie in der Pathogenabwehr, d. h. nach Infektion mit biotrophen (Erysiphe cruciferarum), mit hemi-biotrophen (Piriformospora indica) und mit necrotrophen Pilzen (Alternaria brassicicola) untersuchen.

Untersuchungen zu den Pathosystemen Echter Mehltau/Petersilie und Falscher Mehltau/Petersilie und Entwicklung einer Screeningmethode für die Resistenzzüchtung, Teilprojekt 3

Im Petersilienanbau ist mit zunehmend milder, feuchter Witterung das Krankheitsrisiko durch einen 'neuen' Erreger, dem Falschen Mehltau, stark gestiegen, so dass ohne intensive Bekämpfung ein Anbau kaum noch praktikabel ist. Seit 2000 hat der Falsche Mehltau andere Blattfleckenerreger wie Septoria oder Alternaria zunehmend verdrängt. In heißen Sommermonaten tritt verstärkt der Echte Mehltau auf, der in Topfkulturen bereits das Hauptproblem ist. Fungizide sind hier wegen fehlender Daten zur Epidemiologie und des erheblichen Risikos von Rückständen im Erntegut nur begrenzt einsetzbar. Zur Sortenanfälligkeit gegen beide Erreger liegen nur wenige, teils widersprüchliche Angaben vor. Projektziel ist die Erarbeitung und Evaluierung von Methoden, die der Züchtung ein verlässliches, routinemäßiges Screening von Petersilien-Zuchtmaterial auf seine Anfälligkeit für Echten und Falschen Mehltau in möglichst kurzer Zeit erlauben. Hierbei sind besonders die Grunddaten zur Biologie und Epidemiologie beider Erreger zu untersuchen. Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Klimafaktoren wie Temperatur, Luftfeuchte und Licht auf den Infektionsverlauf, Sporulation, Sporenkeimung bzw. Zoosporangienbildung sowie zum Einfluss des Blattalters auf die Anfälligkeit und Inkubationszeit bilden die Grundlage für die Entwicklung der Screening-Testmethodik. Mit der Charakterisierung von Isolaten an einem Testpflanzensortiment sollen potenzielle Pathotypen differenziert werden. Zur Evaluierung der Methode sind zweijährige Gewächshaus- und Feldversuche geplant. Die Ergebnisse ermöglichen den Züchtern, mit einfach anzuwendenden, verlässlichen Methoden die Resistenzeigenschaften von Sorten und Zuchtmaterial gegen Echten und Falschen Mehltau zu prüfen. Dies ist die Voraussetzung für eine effiziente Selektion von Sortenkandidaten auf das Merkmal Resistenz gegen Echten und/oder Falschen Mehltau. Die Züchtung von widerstandsfähigen Sorten gegen diese beiden Schaderreger wird erheblich beschleunigt werden.

Bekämpfungsstrategien gegen Pilzkrankheiten im Obstbau

Quarantäne- und Schlüsselkrankheiten (z.B. M. fructicola, resp. Alternaria spp.), welche im Ausland großen Schaden verursachen, bedrohen auch den Schweizer Kern- und Steinobstbau. Effiziente, moderne und nachhaltige Bekämpfungsstrategien von Quarantäne- und Schlüsselkrankheiten zielen auf deren Früherkennung und die Minimierung des Risikos einer Einschleppung resp. einer Ausbreitung. Eine eindeutige Identifikation und eine rasche Bekämpfung bei Auftreten sind zwingend. Je nach Organismus sind klassische oder molekularbiologische Diagnosemethoden erforderlich, um die Bestimmung der Gattung oder der Art zu erreichen. Bekämpfungskonzepte für Quarantäne- und Schlüsselkrankheiten müssen an die Schweizer Verhältnisse angepasst werden. Bei der Schlüsselkrankheit Apfelschorf (Venturia inaequalis) kann der Fungizideinsatz unter anderem durch tolerante/immune Pflanzen reduziert werden. Die Züchtung dieser Sorten braucht vertiefte Kenntnisse der Pflanze, des Pathogens und der Interaktion zwischen Pflanze und Pathogen. Für die Wahl der in der Züchtung anzuwendenden Resistenzgene sind bei der Pflanze Kenntnisse über die Organisation von Resistenzgenen im Genom und die Verfügbarkeit von effizienten molekularen Markern erforderlich. Zusätzlich müssen Informationen über die Existenz, Verbreitung und genetische Diversität von virulenten Pathogen-Stämmen zur Verfügung stehen (z. B. Apfelschorf siehe die ACW Initiative 'Monitoring von Apfelschorf Virulenzen', www.vinquest.ch). Populations-Struktur, -Eigenschaften und -Dynamik der Pathogene liefern Erkenntnisse, die für die Entwicklung von Bekämpfungsstrategien erforderlich sind. Die angekündigte Reallokation kann die Erreichbarkeit der Ziele negativ beeinflussen.

Untersuchungen zur Verbreitung phytopathogener Schadpilze und der dadurch induzierten Mykotoxinbildung als Funktion von Witterung, Bewirtschaftung und raumzeitlicher Variabilität von Bodeneigenschaften

Der Krankheitsdruck pilzlicher Schaderreger auf Ackerpflanzen hängt von einem ganzen Komplex verschiedener Parameter ab: die jeweiligen Witterungsbedingungen des Anbaujahres, die spezifische Sortenanfälligkeit, die agrotechnischen Parameter wie Aussaatzeitpunkt, Bestandesdichte, N-Versorgung, Bodenbearbeitung und Vorfrucht. Auch die unterschiedlichen Bodeneigenschaften innerhalb eines Ackers können zu unterschiedlichem Befall der Pflanzen mit phytopathogenen Pilzen führen. Erhebungen zur wirklichen Kontamination von Getreide mit Pilzen der Gattungen Fusarium und Alternaria sowie deren Mykotoxinen sollen die Gefährdung der tierischen und menschlichen Gesundheit einschätzen, eine Wichtung der Einflußfaktoren kann dann zu gezielten Minimierungs- oder Vermeidungsstrategien führen.

Bedeutung mikrobieller Interaktionen verschiedener Schimmelpilze für die Mykotoxinbildung

Die Getreidequalität kann durch Schimmelpilzbefall und oftmals damit einhergehende Bildung gesundheitsschädlicher Mykotoxine erheblich gemindert werden. Da bisher die Bedeutung mikrobieller Interaktionen für die Mykotoxinbildung noch unbekannt ist, soll sie am Beispiel verschiedener Interaktionsmodelle des Schimmelpilzes Fusarium graminearum (Wildtyp bzw. tri5-Mutante, die keine Trichothecene bilden kann) mit Alternaria alternata, Penicillium verrucosum und Aspergillus ochraceus vor dem Hintergrund der Mykotoxinbildung bei verschiedenen Temperatur- und Feuchtebedingungen untersucht werden. Weiterhin sollen diese Interaktionsmodelle auf in vivo-Bedingungen, z.B. bei der Lagerung von Weizen, übertragen werden und Ergebnisse dazu liefern, wie sich die Interaktionen der Schimmelpilze auf die Mykotoxinbildung auswirken. Zur Charakterisierung der Interaktionen soll der Wachstumsverlauf der Schimmelpilze mittels Real-time-PCR quantitativ verfolgt und in Bezug zu den Mykotoxingehalten gesetzt werden. Ergänzend soll die Expression der Trichothecenbildung von F. graminearum auf RNA-Ebene mittels RT-PCR analysiert werden. Ausgehend von der tri5-Mutante sollen unbekannte, mit der DON-Bildung bei F. graminearum assoziierte Proteine anhand vergleichender Proteomanalysen identifiziert werden.

Untersuchungen zur Rolle von Toxinen in Pflanzenkrankheiten, verursacht durch Alternaria species

Es werden Phytotoxine aus Alternaria species isoliert und deren Bindung in der Pflanze, ihre Wirkung auf die Pflanze sowie ihr evtl. Metabolismus in der Pflanze untersucht.

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