Projekt-111: Eine kritische Beurteilung der biologischen Aktivität einheimischer Fusarium spp. auf natürlichen Substraten

Pilze der Gattung Fusarium sind weltweit in praktisch allen Natur- und Kulturböden verbreitet; sie wachsen saprophytisch oder dringen parasitisch in lebende Pflanzen ein und zerstören deren Gewebe. In Österreich liegt die Hauptschadwirkung bei Mais und verschiedenen Getreidesorten; aber auch Leguminosen, Kartoffel und einige Zierpflanzen sind oft massiv betroffen. Der gravierendste Schaden entsteht bei Befall von Pflanzenmaterial durch Fusarien nicht durch eine Ertragsminderung sondern durch eine oft starke Kontamination der Ernte mit Fusarium-Toxinen. Diese Toxine werden häufig nur von bestimmten Spezies oder klonalen Populationen gebildet und daher lässt sich durch eine genaue Bestimmung der Art oftmals eine Vorhersage des zu erwartenden Mykotoxinspektrums treffen. Strategien zur Schadensvermeidung beruhen gegenwärtig vor allem auf der (morphologisch und ggf. molekularbiologischen) Identifikation der Fusarien und dem Nachweis der gebildeten Toxine. Die Problematik dieser Vorgangsweise liegt in der mangelnden Korrelation zwischen Spezies-Identifizierung und Toxinbildung, da die in der Pflanze gebildete Menge an Toxin stark Isolat-abhängig ist. Ursache dafür ist die hohe genetische Variabilität imperfekter Pilzspezies. Eine besonders bedeutende Rolle kommt in Österreich, aber auch weltweit der Spezies Fusarium graminearum (teleomorph: Gibberella zeae) zu. Dieser pflanzenpathogene Pilz ist ubiquitär verbreitet und Produzent verschiedener Toxine, unter denen die Trichothecene Nivalenol, Deoxynivalenol und Zeralenon die relevantesten sind. Ziel der Arbeit war es, ein molekularbiologisches Nachweisverfahren für F. graminearum zu entwickeln. Wichtige Anforderungen an dieses Verfahren waren hohe Spezifität, möglichst hohe Sensitivität und ein geringer Zeit- und Materialaufwand. Des weiteren sollte es möglich sein, F. graminearum direkt in infiziertem Pflanzenmaterial nachzuweisen und zu quantifizieren. Dadurch erübrigen sich bisher nötige Kultivierungsschritte, die zu einer morphologischen Identifizierung des Pilzes notwendig wären, und mit denen eine quantitative Abschätzung der Pilzbiomasse nicht möglich ist. Die im Laufe dieses Projekts entwickelte Methode zur spezifischen Quantifizierung von F. graminearum in Pflanzenmaterial erfüllt alle diese Anforderungen. Des weiteren wurde eine Methode zum quantitativen Nachweis der Toxinbildungsaktivität der Toxine aus der Gruppe der Trichothecene etabliert. Einerseits erlaubt die molekularbiologische Analyse Toxinbildender Gene eine Differenzierung verschiedener Fusarium Stämme in Hinblick auf die von ihnen gebildeten Toxine (Bsp.: Differenzierung zwischen Nivalenol bzw. Deoxynivalenol-Bildung). Auf der anderen Seite erlaubt eine quantitative Bestimmung der Bildungs-Rate von toxinbildenden Genen in Verbindung mit dem Biomasse-Nachweis eine Abschätzung der Toxinbildungsrate bzw. der biologischen Aktivität des jeweiligen Stammes direkt in der Pflanze. Daneben wurde in dieser Studie die Erfassung der lokalen Populationsstruktur von F. cf. subglutinans in einem Freilandexperiment versucht. Besonders erwähnenswert erscheint die Tatsache, dass die Ergebnisse zeigen, dass sich im Untersuchungszeitraum (1994-2001) allmählich eine neue noch nicht beschriebene Spezies im gesamten österreichischen Bundesgebiet durchzusetzen begann. So wurden letztendlich in den Isolaten aus 2001 keine F. subglutinans Stämme mehr gefunden. Als nächste Schritte in der Ausweitung der hier beschriebenen Untersuchungsmethoden bieten sich die Erweiterung des ''real-time“ Detektionssystems auf weitere relevante Fusarien Arten (z.B.: F. culmorum oder F. sporotrichoides) und die Einbeziehung weiterer für die Toxin-Biosynthese wichtiger Gene (z.B.: tri7 Gen zur Differenzierung zwischen DON bzw. NIV produzierenden Stämmen, Polyketidsynthasen in der ZON Bildung sowie neue Virulenzfaktoren) an. Die entwickelten Verfahren könnten zur Etablierung eines Frühwarnsystems zur frühzeitigen Erkennung, Identifikation und Quantifizierung des Befalls durch Fusarien dienen. Auch Bekämpfungsmaßnahmen könnten so präzise bewertet werden. Durch den geringen Zeit- und Materialaufwand bietet sich die Methode auch als Routineanalyseverfahren an.