Erwinia: Molekulare und biochemische Untersuchungen der Resistenzmechanismen von Apfel gegen Feuerbrand (Erwinia amylovora)

Neben den Catechinen und Proanthocyanidinen werden die Dihydrochalcone Phloretin und Phloridzin beim Apfel in Zusammenhang mit Krankheitsresistenzen in der Literatur diskutiert. Zur Klärung der Biosynthese dieser Substanzen wurden cDNAs kloniert, heterolog exprimiert und in Enzymtests auf ihre Aktivität geprüft. Es konnte gezeigt werden, dass die Chalconsynthase (CHS) des Apfels neben der Biosynthese der Flavonoide auch die Bildung des Dihydrochalcons Phloretin katalysiert. Weiters wurde unter anderem die Dihydrochalcon 2´-O-Glucosyltransferase kloniert, die Phloretin zum Phloretin 2´-O-Glucosid (Phloridzin) umwandelt. In enzymatischen Untersuchungen wurde die konstitutive Aktivität von Phenylpropanoidstoffwechsel-Enzymen in verschiedenen Apfelsorten bzw. Naturformen untersucht und mit der Feuerbrandresistenz korreliert. Dabei konnten auffällige Unterschiede bei der Flavonolsynthase (FLS), der Flavonoid 3-O-Glucosyltransferase (F3GT) und der Dihydrochalcon 2´-O-Glucosyltransferase (DHC2´GT) festgestellt werden, die schlüssige Hinweise auf Resistenzmechnanismen geben. In drei Infektionsversuchen in vitro und im Glashaus (2005 und 2006) in den Quarantänekabinen der AGES wurde die Enzymaktivität ausgewählter Kandidatengene im zeitlichen Verlauf nach der Infektion mit dem Phytobakterium Erwinia amylovora untersucht. Auch hier konnten Unterschiede zwischen den einzelnen Sorten im zeitlichen Verlauf festgestellt werden, wobei wiederum die FLS, F3GT, DHC2´GT und auch die Peroxidase besonders auffällig waren. Differentiell experimierte Gene der Feuerbrand-resistenten Wildapfelsorte (Malus robusta) und der anfälligen Kulturapfelsorte Idared wurden aus vier cDNA-SSH Bibliotheken isoliert. Durch Screening von Microarrays wurden aus den 4.000 isolierten Klonen zehn Genfragmente identifiziert, die sich signifikant in ihrer Expression unterscheiden. Die Genfragmente zeigten eine hohe Homologie zu Genen aus dem Bereich von Trockenstress, Stoffwechselphysiologie (Hormonhaushalt), Proteinaseinhibitoren, aber auch nicht zuordenbaren Genen. Expressionslevel-Analysen ausgewählter Kanditatengene wie auch vom PR-1 (Pathogen Related) mittels real time-PCR zeigten, dass die Genexpression in M. robusta in allen Versuchsvarianten nach Erwinia-Inokulation relativ stabil und ungestört verläuft, während bei Idared im zeitlichen Verlauf starke Schwankungen beobachtet werden konnten. Dies lässt auf konstitutive Abwehrmechanismen bei M. robusta schließen, die keine geeigneten Bedingungen für die Vermehrung und Ausbreitung von Erwinia zulassen. Dies konnte durch den quantitativen Nachweis des Phytobakteriums untermauert werden, wo im Vergleich zur Sorte Idared in M. robusta signifikant niedrigere Bakterienkonzentrationen gemessen wurden. Der Gehalt an Salicylsäure als endogener Faktor in Pflanzen-Pathogen-Interaktionen und als Schlüsselelement der Pflanzenabwehr wurde ebenfalls untersucht: In M. robusta sind fünffache Salicylsäuregehalte als in Idared vorhanden. M. robusta reagiert außerdem wesentlich schneller auf eine Erwinia-Infektion als die anfällige Sorte Idared. Auf der Suche nach QTLs, welche in Verbindung zur Feuerbrandresistenz von Apfel stehen, wurden zwei Genkarten der elterlichen Linien von Idared und M. robusta 5 mit SSRS, AFLPs, AFLP-RGAs und RAPDs polymorphen Markern erstellt. Die Idared Karte beinhaltet in 16 Kopplungsgruppen 152 loci auf einer Gesamtlänge von 977 cM. Die M. robusta 5 Karte enthält in 15 Kopplungsgruppen 158 loci auf einer Gesamtlänge von 796 cM. Eine putative Region, welche in Verbindung mit Feuerbrandresistenz steht, wurde identifiziert. Eine Genkarte mit einem Locus für Resistenz, die aus M. robusta 5 stammt, konnte erstellt werden. Es handelt sich dabei um ein dominantes Hauptgen, über dessen Natur aber noch nichts weiter bekannt ist. Das Resistenzgen liegt auf Chromosom 3. Der Abstand zu den benachbarten genetischen Markern ist jedoch verhältnismäßig groß, wodurch diese nur begrenzt für die Selektion von Neuzüchtungen geeignet sind. In nachfolgenden Untersuchungen sollen weitere Marker gesucht werden und damit die Grundvoraussetzung für eine zielgerichtete, markerunterstützte Züchtung geschaffen werden. Für die Praxis bedeutet dies: • Die Züchtung neuer Sorten ist sehr zeit- und kostenintensiv. Daher ist es wichtig, dass dem Züchter Werkzeuge zur Verfügung stehen, die vor allem die Selektionsarbeit effizienter gestalten können. Dies kann durch den Einsatz von genetischen Markern erreicht werden. • Der Feuerbrand ist derzeit chemisch nur sehr begrenzt bekämpfbar, oft ist die Rodung der Anlagen erforderlich. Resistente Apfelsorten sind für den Obstbauern deshalb vor allem eine Frage der Existenzsicherung. Ungeachtet dessen ist jeglicher Pflanzenschutzmitteleinsatz ökonomisch und meist auch ökologisch belastend. Vor allem Biobetriebe sind betroffen. Das Verständnis der Grundlagen auf molekulargenetischer und biochemischer Ebene ist Voraussetzung für die Züchtung resistenter Sorten sowie der Entwicklung neuer Bekämpfungsstrategien. • Resistente Apfelsorten bedeuten letztendlich für den Konsumenten auch weniger pestizidbehandeltes und somit natürlicheres und gesünderes Obst.