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In der vorliegenden Arbeit sollte nach Hinweisen für genetischen Austausch im asexuellen Lebenszyklus bei ausgewählten Vertretern obligat biotropher Oomyceten gesucht werden, um den Einfluss solcher Rekombinationsmöglichkeiten auf die Variabilität dieser wichtigen Gruppe der Pflanzenpathogene einschätzen zu können. Es wurden dabei zwei Fallstudien am Falschen Mehltau der Sonnenblume, Plasmopara halstedii, und dem Erreger des Tabak-Blauschimmels, Peronospora tabacina einander gegenübergestellt. Die beiden Pathogene weisen in ihrem Lebenszyklus keine bekannten Rekombinationsmöglichkeiten auf, unterscheiden sich aber deutlich hinsichtlich ihrer Variabilität. Mit molekularbiologischen Methoden konnten zahlreiche Hinweise auf eine interspezifische parasexuelle Rekombination zwischen den nah verwandten Plasmopara-Spezies Pl. halstedii und Pl. angustiterminalis gefunden werden, die die überraschende Variabilität dieser Erreger erklären könnten. Ein unter Ausschluss sexueller Vermehrung aus einem Dualinfektionsansatz nach doppelter Selektion gebildeter Tochterstamm wies phäno- und genotypische Eigenschaften der beiden Kreuzungspartner in neuer Kombination auf. Der rekombinante Tochterstamm wurde über mehr als 30 Generationen beobachtet und zeigte zunächst ein additives Verhalten von Zellkern- und mitochondrialen Merkmalen, was auf ein Heterokaryon mit Zellkernen beider Elternstämme schließen ließ. Ab der zehnten Generation waren nur noch Pl. angustiterminalis-spezifische Signale detektierbar, obwohl die Fungizid-Resistenz als Pl. halstedii-spezifisches Merkmal immer noch vorhanden war. Dies ließ echte genetische Rekombination vermuten. Es wurden zudem bei Pl. halstedii der Übertritt von Zellkernen durch Anastomosen in benachbarte Hyphen sowie die Weitergabe von mehr als einem Zellkern an mitotisch gebildete Sporangien gezeigt. Beide Erkenntnisse legen die Möglichkeit der postulierten heterokaryontischen Nachkommen dar, die genetisches Material beider Interaktionspartner besitzen. Für den endgültigen Nachweis von Anastomosen zwischen unterschiedlichen Plasmopara-Spezies muss eine spezifische optische Markierung der beteiligten Hyphen erfolgen. Zu diesem Zweck wurden Versuche für ein stabiles Transformationssystem durchgeführt, das über die bisher erreichte transiente Expression der eingebrachten Marker hinaus eine stabile Veränderung obligat biotropher Oomyceten ermöglichen könnte. Eine erfolgreiche Transformation wurde jedoch nicht erreicht. Bei Peronospora tabacina, dem Erreger des Tabak-Blauschimmels, konnten im Gegensatz zu der Plasmopara-Studie keine Hinweise auf Rekombination im asexuellen Lebenszyklus gefunden werden. Auch Anastomosen als mögliche Strukturen zum Austausch genetischen Materials zwischen zwei Pathogen-Stämmen wurden nicht nachgewiesen. Diese Resultate stützen den Befund, dass Per. tabacina nur wenig variabel ist, werfen aber die Frage auf, warum es zwischen den beiden bisher bekannten Typen des Erregers trotz paralleler Infektion desselben Wirts nicht zu Interaktionen kommt. Daher wurden die beiden Phänotypen, die sich in ihrer Fungizid-Resistenz unterscheiden, näher charakterisiert, und es konnten neue phäno- und genotypische Unterscheidungsmerkmale gefunden werden, die die Distanz zwischen den beiden Erreger-Typen verdeutlichen und nahe legen, dass es sich bei den beiden Typen eventuell um verschiedene Pathogene handelt. Es wurde zudem ein einfaches Nachweissystem geschaffen, mit dem in einem europäischen Monitoring alle verfügbaren Isolate eindeutig einem der beiden Typen von Per. tabacina zugeordnet werden können. Evidence for gene transfer during the asexual life cycle of certain biotrophic oomycetes was searched for in this study in order to evaluate the potential impact of such parasexual recombination on the variability of these important plant pathogens. Therefore, two case studies with Plasmopara halstedii, the causal agent of sunflower downy mildew, and with the tobacco blue mould pathogen, Peronospora tabacina, were conducted. Although the life cycles of both pathogens lack the possibility of genetic recombination, the organisms differ significantly in their variability. Using molecular methods, several indications for interspecific parasexual recombination between the near relatives Plasmopara halstedii and Plasmopara angustiterminalis were found, giving a possible explanation for the unexpected variability of these pathogens. Asexually formed offspring from dual infection experiments with the two Plasmopara species showed pheno- and genotypic parental traits in new combination and could be cultivated under double selective pressure. The recombinant strain ?R? was studied over 30 generations. Up to the 9th generation and after single sporangium infection, nuclear and mitochondrial traits of both parents were detected in ?R?, indicating a heterokaryon with nuclei and mitochondria of both parental strains. Starting with the 10th generation only fungicide-resistance remained as Pl. halstedii-specific trait, whereas all other detected signals were Pl. angustiterminalis-specific, which indicated true genetic recombination. As one possible mechanism for the genetic exchange it was shown that nuclei can be exchanged between neighboured hyphae via anastomoses and that more than one nucleus can be distributed into one developing sporangium. To prove anastomoses between the different Plasmopara species, specific optical labelling of the participating hyphae is a prerequisit. However, only transient expression of an optical marker gene was achieved, yet. Additional experiments for establishing a stable transformation system were conducted, but were not yet successful in selecting transgenic strains. In contrast to the study on Plasmopara, there was no evidence for recombination in Peronospora tabacina. Neither anastomoses nor heterokaryotic sporangia were found throughout the study. The results are concordant with the findings that tobacco blue mould shows very low variability and that only two phenotypes are known so far from studies in Europe. As the two types of the pathogen, which differ in fungicide sensitivity, did not interact during parallel infection of the same host tissue, they were characterized in detail. Several new pheno- and genotypic differences could be revealed, showing the genetic distance between the two types of the pathogen. A simple PCR detection system to differentiate the two genotypes was created and more than 50 European isolates of tobacco blue mould were monitored.

Der obligat biotrophe Oomycet Plasmopara viticola (Berk. & Curt.) Berl. & de Toni verursacht den Falschen Mehltau der Weinrebe. Diese Krankheit kann Ernte-einbussen von bis zu 70% hervorrufen. Der Oomycet stellt daher einen der wirtschaftlich bedeutendsten Krankheitserreger im Weinbau dar. Bestehende Prognosemodelle für den Pflanzenschutz lassen nur Aussagen darüber zu, ob eine Infektion stattfindet oder nicht. Es ist bislang nicht möglich anhand eines Modells die Befallsstärke eines Infektionsereignisses zu prognostizieren. Dies ist für einen gezielten Pflanzenschutz jedoch notwendig: Bei niedriger Befallsstärke ist der Einsatz eines protektiven Pflanzenschutzmittels am Ende der Inkubationszeit ausreichend, da der bestehende Befall toleriert werden kann, und nur die weitere Ausbreitung durch Sporulationen unterbunden werden muss. Bei hoher Befallsstärke muss so schnell wie möglich die Anwendung eines kurativen Mittels vorgenommen werden, da durch den Befall zu viel Wirtsgewebe vernichtet werden würde. Auf Basis epidemiologischer Studien und Freilandversuche wurde in der vorliegenden Arbeit ein Entscheidungskonzept erarbeitet, mit dessen Hilfe die epidemiologische Relevanz von Befallsereignissen des Falschen Mehltaus der Weinrebe abgeschätzt werden kann. Dies erfolgte im Rahmen des aus Bundesmitteln geförderten Forschungsvorhabens zur ?Optimierung der Peronospora-Bekämpfung im Rebschutz auf der Basis eines erweiterten Prognosemodells (Forschungsvorhaben des Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Nr. 514-33.54/01HS048)?. Das entwickelte Entscheidungs-konzept wurde in das Prognosemodell integriert und versetzt Beratung und Winzer in die Lage, nur dann Pflanzenschutzmittel einzusetzen, wenn ein Befallsereignis tatsächlich zu erhöhter Befallshäufigkeit und Befallsstärke führen würde. Dadurch wird ein effektiverer und sparsamerer Einsatz von Fungiziden möglich, was zu einer wirtschaftlichen Einsparung sowie zur Reduktion des Pestizideintrags in die Umwelt beiträgt. Hierzu wurden in der vorliegenden Arbeit Aspekte der Sporangiogenese, der Wirtsbesiedelung und Überwinterung, der Sporangienverbreitung, der Interaktion zwischen Rebblättern und Sporangien sowie der klimatischen Bedingungen während der Infektion hinsichtlich ihrer epidemiologischen Bedeutung untersucht. Hierbei konnten bestehende Literaturdaten verbessert und ergänzt werden. Die gewonnenen Daten ermöglichen einen detaillierteren Einblick in die Epidemiologie und Biologie von Plasmopara viticola und wurden bereits in zwei Prognosemodelle integriert. The obligate biotrophic oomycete Plasmopara viticola (Berk. & Curt.) Berl. & de Toni causes downy mildew on grapevine. Plasmopara viticola is one of the economically most important pathogens in viticulture, with severe losses in yield of up to 70%. Existing prognosis models for plant protection in viticulture only allow yes/no statements on possible infection events in the vineyard. On the basis of these models, the severity of infections remain uncertain, although this represents a crucial point for an efficient application of fungicides. At low infestation severity, the application of protective fungicides at the end of the incubation period usually is sufficient. The low level of infestation can be tolerated and only further propagation of the pathogen must be prevented. In contrast, at high infestation severity curative fungicides have to be applied as soon as possible, because otherwise too much host tissue would be destroyed. Based on epidemiological studies and field experiments a prognostic concept has been designed, which enables the user to evaluate the relevance of infection events of grapevine downy mildew. This work has been carried out in the context of the research project ?Optimierung der Peronospora-Bekämpfung im Rebschutz auf der Basis eines erweiterten Prognosemodells (Forschungsvorhaben des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Nr. 514-33.54/01HS048)?. The developed concept was then integrated into the existing prognosis model and should support both consultants and winegrowers in using plant protection agents only in case of an expected increase of infestation frequency and severity. In this way, an effective and more economical use of fungicides is possible, which contributes to economic savings and reduces pesticide contamination of the environment. In the present study, aspects of sporangiogenesis, infestation of host tissue and hibernation, spreading of sporangia, interaction between vine leaves and sporangia as well as the climatic conditions during infection were analysed and evaluated with respect to the impact on epidemiology. The results improve existing literature data and deliver new insight to the epidemiology and biology of Plasmopara viticola.

Late blight of potatoes, caused by Phytophthora infestans, is particularly difficult to prevent or control in organic agriculture. In this study, the host resistance of selected varieties to foliar and tuber blight and their yield under organic growing conditions were assessed in trials carried out in four countries (Switzerland, France, England and Norway) in 2001 and 2002. The objective was to identify new, more resistant varieties which might replace some of the more susceptible varieties which are currently grown in organic agriculture. In each country, five test varieties were compared with two reference varieties, identical for all sites, and with two locally popular varieties. In addition, the effect of copper fungicides was assessed for all varieties in England. Several new potato varieties (Appell, Derby, Innovator and Naturella in Switzerland; Derby, Eden, Escort and Naturella in France; Sarpo Axona, Eve Balfour, Lady Balfour, Sarpo Mira and Sarpo Tominia in England; N89-1756 and N92-15138 in Norway) proved far less susceptible to foliar and tuber blight than most of the varieties currently grown. However, market requirements could restrict their introduction into practice. The copper fungicide treatment reduced foliar blight severity in all varieties tested in England and in both years, by 27% on average, and increased yield by 20% on average, but did not affect tuber blight. In organic farming, a shift towards the use of blight resistant varieties should thus be strongly encouraged, although this is unlikely to eliminate the need to use copper fungicides.

Im Zuge einer umweltfreundlichen und kosteneffektiven Produktion von Spinat wird die Entwicklung eines Prognosemodells für den Falschen Mehltau an Spinat (Peronospora farinosa f. sp. spinaciae)angestrebt, damit eine genaue Vorhersage der Krankheitsentwicklung und der notwendigen Bekämpfungsmaßnahmen möglich wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Schaffung von Datengrundlagen zur Biologie und Epidemiologie des Erregers für die Modellierung. Dazu wurde die Pathogenese des Erregers unter kontrollierten Bedingungen sowie unter Freilandbedingungen untersucht. Ein allgemeines Boniturschema für Falschen Mehltau an Spinat konnte entwickelt werden. Weiterhin wurden Untersuchungen zur Rassenverteilung des Erregers innerhalb Deutschlands und zur Wirt-Pathogen-Interaktion durchgeführt. As part of an environmentally-friendly and cost-effective production of spinach the development of a simulation model for downy mildew of spinach (Peronospora farinosa f. sp. spinaciae)is an important objective. This will allow an exact prediction of the disease development and of the necessary control measures. The aim of the present work was to establish an extensive database on the biology and epidemiology of the pathogen as a basis for modelling. Therefore the pathogenesis of the downy mildew was studied under controlled conditions as well as under field conditions. A scoring system for downy mildew of spinach was developed. Furthermore studies on the host-pathogen-interaction and on the race distribution of the pathogen throughout Germany were carried out.