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Einfluss der Heterogenitaet von Pflanzenbestaenden auf den Befall von Pflanzen durch tierische Schaedlinge

Von Pflanzenbestaenden, die nur eine Pflanzenart enthalten, wird oft ein staerkerer Befall durch tierische Schaedlinge vermutet. Durch Laborversuche mit verschiedenen Arten phytophager Insekten wird geprueft, ob das Aufsuchen der Wirtspflanzen in Reinbestaenden gegenueber Mischbestaenden erleichtert ist.

Untersuchungen ueber den Einfluss herbizid-induzierter Veraenderungen von Getreide und Raps auf saugende Insekten

Durch Anwendung von Herbiziden wird vielleicht die Wirtspflanzenqualitaet von Kulturpflanzen fuer tierische Schaedlinge, besonders fuer saugende Insekten, geaendert. Untersucht wird das Ausmass solcher Veraenderungen bei Blattlaeusen.

Befallsmechanismen des hyperparasitischen Pilzes Fusarium oxysporum f.sp. orthoceras gegenüber Orobanche cumana, einem parasitischen Unkraut der Sonnenblume

Einleitung: Die Sommerwurzgewächse (Orobanchaceae) sind parasitische Blütenpflanzen, die sich über ein Kontaktorgan (Haustorium) an die Wurzel der Wirtspflanze anhaften und von ihr Wasser, Nährstoffe und Assimilate aufnehmen. Zu den Wirtspflanzen einiger Orobanche-Arten zählen auch wichtige Nutzpflanzen, wie etwa Bohnen, Sonnenblumen oder Tabak. Je nach Befallsintensität kann es zu signifikanten Ertragsminderungen oder sogar zu kompletten Ertragsverlusten kommen. Insbesondere im Mittelmeergebiet, Asien und Nordafrika steigt die Bedrohung der Nutzpflanzenproduktion durch Orobanche stetig an. Die Kontrolle von Orobanche mit Hilfe von Herbiziden ist teuer, schwierig handhabbar und nicht ausreichend effektiv. Resistenzzüchtungen der Nutzpflanzen werden aufgrund des Vorkommens verschiedenster Orobanche-Rassen (mit verschiedenen Pathogenitätsfaktoren) schnell durchbrochen. Leider fehlen bislang ausreichende Informationen zur Interaktion von Orobanche mit den jeweiligen Wirten. Anhand derartiger grundlegender Erkenntnisse könnten alternative oder verbesserte Kontrollmaßnahmen entwickelt werden. Stärkung der Resistenz der Nutzpflanzen (induzierte Resistenz) oder die Verwendung Orobanche-spezifischer Antagonisten (wie etwa des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras) als biologisches Kontrollagens stellen wirksame Möglichkeiten der Kontrolle des Pathogens dar. Ziele: Als Modell zum Verständnis der Interaktion der Sommerwurz mit seinen Wirten wird die Assoziation von Orobanche cumana Wallr. und der Sonnenblume (Helianthus annuus L.) verwendet. Die Ziele des Projektes sind: - grundlegender Erkenntniszuwachs zur Interaktion von O. cumana und H. annuus. - Wirkungsweise des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras auf seinen Wirt O. cumana (Biochemie, Histologie), - Auswirkung von Pflanzenstärkungsmitteln als Resistenzaktivatoren der Sonnenblume auf den Befall mit O. cumana.

Funktionelle Differenzierung von arbuskulären Mykorrhizapilzen im Ober- vs. Unterboden: beherbergen Unterböden Eigenschaften zur Nährstoffgewinnung, die eine nachhaltige Landwirtschaft unterstützen?

Monokulturen und ineffiziente Ressourcennutzung, begleitet von Bodendegradation und Verlust der biologischen Vielfalt in konventionell bewirtschafteten Agrarsystemen, stellen eine Herausforderung für eine stabile Nahrungsmittelproduktion dar. Um die Nahrungsmittelproduktion zu sichern, ohne die Gesundheit und Funktionalität der Agrarökosysteme (weiter) zu gefährden, sind nachhaltige Strategien erforderlich. Arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF) sind die am weitesten verbreiteten Symbionten unter den Nutzpflanzen. Die meisten Studien zum Nutzen der AMF für die Pflanzenproduktion konzentrieren sich jedoch auf den Oberboden, d. h. die dünne Pflugschicht in konventionell bewirtschafteten Systemen. Das Potenzial von AMF in Unterböden (d.h. dem Mineralboden unterhalb der Pflugschicht) wird nur selten untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass Unterböden spezifische AMF-Arten beherbergen können, von denen man annimmt, dass sie sich in ihren Eigenschaften und Funktionalität von den Arten im Oberbodens unterscheiden. Das Hauptziel dieses Projekts ist eine funktionelle Differenzierung der AMF-Gemeinschaften im Ober- und Unterboden hinsichtlich ihrer Strategien zur Nährstoffakquise und -allokation. Das Projekt zielt auf die Beantwortung der Frage ab, (i) ob Unterböden AMF-Gemeinschaften mit funktionellen Eigenschaften beherbergen, die sich von denen der AMF-Gemeinschaften im Oberbodens unterscheiden oder sogar vielfältiger sind, und (ii) ob diese Eigenschaften für eine nachhaltige Bewirtschaftung von Nutzen sein können. Die DNA Amplikon Sequenzierung und Metatranskriptomanalyse von AMF-Gemeinschaften, die mit Pflanzen verschiedener funktioneller Pflanzengruppen assoziiert sind, erlaubt eine erste Bewertung der funktionellen Vielfalt von AMF Unterbodengemeinschaften. Dies beruht auf der Annahme einer merkmalsbasierten Partnerwahl zwischen Pflanze und Pilz. Zur weiteren funktionellen Charakterisierung wird die Aufnahme und der Transfer von leicht verfügbarem N und K durch AMF Gemeinschaften mit Hilfe von 15N-angereicherten Verbindungen sowie Spurenelementen untersucht, die bei der Nährstoffaufnahme als K-Analoga agieren. Die Anregung der N- und P-Mobilisierung aus organischem Material durch AMF-Gemeinschaften wird unter Verwendung von zweifach isotopisch markiertem (15N, 33P) Pflanzenbiomasse untersucht. Durch 13CO2-Pulsmarkierung der Wirtspflanzen wird die Kohlenstoffallokation der Pflanzen in verschiedene AMF-Gemeinschaften analysiert. Dadurch sollen Erkenntnisse über das Potenzial von Unterböden als Reservoir für funktionell vielfältige AMF-Gemeinschaften und deren Potenzial zur Verbesserung der Nährstoffverwertung in Agrarsystemen gewonnen werden. Das Projekt wird damit zur Klärung der Frage beitragen, ob eine angemessene Bewirtschaftung des Unterbodens geeignet ist, die funktionelle Vielfalt von AMF oder sogar gezielt bestimmte funktionelle Eigenschaften von AMF in landwirtschaftlichen Systemen zu fördern, um die Nahrungsmittelproduktion zu stabilisieren.

Erweiterung des Wirtspflanzenspektrums bei einem bedeutenden Schädling an Kohl und der Einfluss auf assoziierte Parasitoide

Herbivore Insekten sind häufig mit einem artenreichen und spezialisierten Gegenspielerkomplex, vor allem Parasitoiden, assoziiert. Wechselbeziehungen zwischen herbivoren Insekten und den Parasitoiden sind gekennzeichnet durch hochspezialisierte Vermeidungsstrategien auf Seiten des Wirtes und entsprechende Verhaltensanpassung und optimierte Suchstrategien der Parasitoide zum Auffinden ihrer Wirte. Wirtspflanzenspezialisation bei herbivoren Insekten wird einerseits als Optimierung an die Nahrungsressource und andererseits als koevolutiver Wettlauf zwischen Wirt und Parasitoid verstanden. Am Beispiel eines weltweit verbreiteten und wichtigsten Kohlschädlings, der Kohlmotte Plutella xylostella L. (Diamondback Moth; DBM), bietet sich die seltene Möglichkeit, die oben genannten Hypothesen an einem konkretem Fall zu überprüfen. Die Kohlmotte hat, bisher noch lokal, eine Population aufgebaut, die von der bisherigen Wirtspflanzenspezialisierung (Arten der Familie Brassicaceae) abweicht und eine vollkommen neue Pflanzenfamilie (Erbsen) befällt. Anhand von Labor- und Freilandversuchen soll der Einfluss dieses Wirtspflanzenwechsels auf den Gegenspielerkomplex und die Effizienz der assoziierten Parasitoiden überprüft werden. Vergleichend sollen dazu Experimente zum Verhalten und der Fitness einer spezialisierten und einer weniger spezialisierten Parasitoidenart durchgeführt werden.

Integrierte Bekämpfung von bakteriellen Erkrankungen der Tomate, unter besonderer Berücksichtigung der Bakteriellen Welke

Ein integrierter Ansatz zur Bekämpfung der bakteriellen Welke, der auf der Resistenz der Wirtspflanzen basiert, unter besonderer Berücksichtigung der Selektion unter geschützten Anbaubedingungen und von Untersuchungen zu Resistenzmechanismen und Wirt-Parasit-Interaktionen - unterstützt durch Charakterisierung von Stämmen von Ralstonia solanacearum, gesammelt von verschiedenen Herkünften in Thailand - wird für die erste Phase des vorliegenden Projektes vorgeschlagen. Aspekte der Interaktion mit Nematoden - tritrophe Interaktionen pflanzenpathogener Bakterien/Nematoden/Wirtspflanze - und Untersuchungen zu pathogenunterdrückenden Kulturmaßnahmen wie Düngergaben (organisch und anorganisch) und physikalischen Bodenbehandlungen sowie zur biologischen Bekämpfung werden in Vorstudien in enger Zusammenarbeit mit dem Thailändischen Partner, Dr. N. Thavechaii von der Kasetart Universität, und mit den Teilprojekten P3 und P6 in Jahr abgedeckt. Diese Untersuchungen sollen in der zweiten Projektphase intensiviert werden.

Nachweis der Expression von cellulolytischen Enzymen des Rapsschädlings Leptosphaeria maculans in planta

In der Interaktion zwischen dem phytopathogenen Pilz Leptosphaeria maculans und seiner Wirtspflanze Raps spielen Cellulose-abbauende Enzyme eine entscheidende Rolle. Mit Hilfe dieser Enzyme ist der Pilz in der Lage, den Sproß der Pflanze bis zur Wurzelhalsregion so zu degradieren, dass die Pflanze umfällt. Die Krankheit wird deshalb auch Umfallkrankheit genannt. die Knickstelle befindet sich meist im Wurzelhalsbereich. Cellulose-abbauende Enzyme des Pilzes sind neben den Pektinasen demzufolge die Ursache dieses Symptoms, das der Umfallkrankheit ihren Namen gab. Über die Regulation und die Wirkungsweise des cellulolytischen Enzymkomplexes in der Pflanze ist bisher wenig bekannt. Mit Hilfe von Reportergenfusionen, die durch Transformation in dem Rapsschädling Leptosphaeria maculans exprimiert und dann in situ untersucht werden sollen, wollen wir die Expression dieser Gene in planta messen und ihre Genprodukte im Pflanzengewebe lokalisieren. Durch die Verwendung multipler Reportersysteme soll das Expressionsverhalten gleichzeitig und aufeinander bezogen dargestellt werden. Dieser Ansatz läßt neue Aspekte in der Wirkungsweise synergistisch wirkender Enzymkomplexe erhoffen

Habitatdiversität, Mortalitätsrisiken und Ressourcennutzung von Parasitoiden

In dem vorgeschlagenen Forschungsprojekt sollen (1) das Suchverhalten und Ressourcennutzung von Blattlausparasitoiden auf größerer räumlicher Distanz (= zwischen einzelnen Wirtspflanzen) und (2) Mortalitätsrisiken durch Spinnen während der Suche zwischen einzelnen Wirtspflanzen untersucht werden. Dabei soll geprüft werden, welchen Anteil die Wirtspflanze beziehungsweise die Wirte selbst auf den Sucherfolg haben oder inwiefern der Sucherfolg auf größere Distanz auch bei der Simulation von Freilandbedingungen von wirtsinduzierten sekundären volatilen Pflanzeninhaltsstoffen beeinflusst wird, so wie dies in Olfaktometer- beziehungsweise Windkanalstudien gezeigt wurde. Dabei sollen zunächst Arten mit unterschiedlich großem Wirtspflanzenkreis bei einheitlicher Habitatstruktur (= Simulation von Pflanzenbeständen im Gewächshaus) verglichen werden. In einer zweiten Versuchsserie soll dann der Einfluss von gemischter Pflanzenstruktur (Wirtspflanzen, Nicht-Wirtspflanzen) auf das Suchverhalten und die damit verbundene Ressourcennutzung von je einem polyphagen und einem oligophagen Blattlausparasitoiden analysiert werden. Alle Versuchsserien werden mit unterschiedlichen Wirtsdichten sowie - zur Analyse des Einflusses der Wirtspflanze - ohne Wirte durchgeführt. In einem dritten Schritt soll geprüft werden, inwiefern eine artspezifische Suchstrategie die Mortalitätsrisiken bei der Wirtssuche beeinflusst. Dazu werden netzbauende Spinnen in unterschiedlicher Dichte in Pflanzenbeständen angesiedelt. Für die Versuche wurden drei Arten ausgewählt, für die im ersten Teil der Untersuchung die Suchstrategie auf höherer räumlicher Ebene analysiert werden soll und für die eine unterschiedliche Strategie vermutet wird.

Stimulation der Mykorrhiza-abhängigen Kaliumaufnahme bei Populus und Medicago

Aufbauend auf Untersuchungen der molekularen Mechanismen kalium-abhängiger Prozesse bei der Mykorrhizainfektion der Wurzeln von Populus und Medicago sollen wirtsspezifische Veränderungen der K+-Flüsse aufgeklärt werden. Ausgehend von den entsprechenden ESTs haben wir im Vorfeld Auxin-, ABA- und Zucker regulierte Kaliumkanäle und -Transporter kloniert und charakterisiert. Im Mittelpunkt unseres geplanten Forschungsvorhabens steht nun der Zusammenhang zwischen den durch die verschiedenen Transporter gesteuerten Flüssen und der Ausbildung der Pflanze-Pilz-Symbiose. Dabei sollen insbesondere der Ernährungsstatus und die hormonelle Regulation Berücksichtigung finden. Beim Übergang in den symbiotischen Zustand sollen deshalb die Pilz-induzierten Änderungen der Kaliumkonzentration und -flüsse in der Wurzel und die Expressions- und Aktivitätsmuster der hierfür verantwortlichen Kanäle und Carrier gezielt untersucht werden. Um dem interdisziplinären Charakter dieses Projektes gerecht zu werden und die noch offenen Fragen zur Ernährungsphysiologie, Molekularbiologie und Biophysik der Symbiose zu beantworten, finden sich im Arbeitsprogramm neben Untersuchungen zur Stoffanalytik und -dynamik verstärkt molekulare und biophysikalische Analysen.

Biologie und Kontrolle von Orobanche ramosa L.

Das parasitische Unkraut Orobanche ramosa L. verbreitet sich in Mitteleuropa und bedroht die Produktion mehrerer Kulturpflanzen - Tabak, Raps, Kartoffel, Karotte und Tomate. Im Gegensatz zu anderen Unkräutern, die mit der Kulturpflanze um Ressourcen konkurrieren, entnimmt O. ramosa Wasser, Nährstoffe und Assimilate direkt aus der Wirtswurzel. Dies führt zu erheblichen Ertrags- und Qualitätsverlusten. Da O. ramosa unmittelbar mit der Wirtspflanze verbunden ist und 90 Prozent der Parasitenentwicklung unterirdisch stattfinden, ist dieser Parasite schwer zu kontrollieren. In dieser Arbeit werden drei Ziele verfolgt: 1) Wir möchten mehr über die Populationsdynamik und die Verbreitung von O. ramosa in Deutschland erfahren. Zur Beschreibung von Populationen verwenden wir verschiedene klassische, aber auch molekulare Marker-Techniken (Polymerase-Ketten-Reaktion, PCR, mit spezifischen Mikrosatelliten; ISSR-PCR, RAPD). 2) Untersuchung der Pflanze-Pflanze-Interaktion unter besonderer Berücksichtigung von Resistanzmechanismen der Kulturpflanze (in diesem Fall Tabak), sowie Faktoren der Pathogenität von O. ramosa. Analyse der Produktion sekundärer Metabolite, reaktiver Sauerstoff-Zwischenprodukte (ROI), sowie der Exprimierung und Aktivität spezifischer Enzyme und Gene. 3) Entwicklung von Methoden zur Kontrolle von O. ramosa, basierend auf erworbener systemischer Resistenz (SAR) und der Verwendung spezifischer hyperparasitischer Bakterien und Pilze, die zur biologischen Kontrolle verwendet werden können.

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