Giessener Elektronische Bibliothek

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Elicitation of grapevine defense responses against Plasmopara viticola, the causal agent of downy mildew

Auslösung der Abwehrmechanismen der Weinreben gegen Plasmopara viticola, der Erreger des falschen Mehltaus

Selim, Moustafa


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-101143
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2013/10114/

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Vitis vinifera , Falscher Mehltau , Plasmopara viticola , Induzierte Resistenz
Freie Schlagwörter (Englisch): Vitis vinifera , Downy mildew , Plasmopara viticola , Induced resistance
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie
Fachgebiet: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.09.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 08.10.2013
Kurzfassung auf Englisch: The aim of the present study was to investigate the mechanisms of induced resistance after the application of specific elicitors (plant activators) in Vitis vinifera/Plasmopara viticola pathosystem. For this purpose phosphonate-containing elicitors, whose solo substances and a fungicide from the strobilurin group were applied on leaves of potted vines (Riesling, Müller-Thurgau, Solaris, Regent). The elicitors were used protectively and curatively. The characterization of the effect of the elicitors in planta, and detection was carried out by microscopic molecular level (qPCR, microarray).

According to the assessment of the biological activity of the elicitors on leaves of potted vines, Frutogard®, algin Biovital®, phosphonate and phosphate showed the best results. The efficiencies were between 70% and 90%. The protective treatment was consistently more effective than curative. Autofluorescence measurements showed that tolerant varieties (cv. Regent; cv. Solaris) constitutively contain phenols. Induced and subsequently inoculated potted vines showed stronger autofluorescence than only inoculated plants.

Transcriptome studies showed that phosphate and phosphonate led to similar defense responses through activation of stress-related signaling pathways. In this context, PR proteins, secondary metabolites e.g. Phytoalexins and enhanced cell wall metabolism were induced. Generally, systemic acquired resistance by salicylic acid pathway and PR proteins and induced systemic resistance through jasmonic acid and ethylene pathways have been activated. Elicitation with Frutogard® (without subsequent inoculation) induced stress-related pathways; however, less than phosphate and phosphonate did. These included stress signaling pathways, secondary metabolites, and hormones such as gibberellins and cytokinins. In the case of protective treatment with Frutogard® it induced even less stress-related signaling pathways.

Based on the results obtained, specific instructions for the viticultural practices could be derived from this work, where the replacement of copper-containing pesticides for organic viticulture is in focus in this study.

Kurzfassung auf Deutsch: Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung von Mechanismen der Induzierten Resistenz nach Applikation spezifischer Elicitoren (Pflanzenstärkungsmittel) im Pathosystem Vitis vinifera/Plasmopara viticola. Hierzu wurden phosphonathaltige Pflanzenstärkungsmittel, deren Solo-Substanzen sowie ein Fungizid aus der Gruppe der Strobilurine auf Blätter von Topfreben (Sorten Riesling, Müller-Thurgau, Solaris, Regent) appliziert. Die Elicitoren wurden protektiv und kurativ eingesetzt. Die Charakterisierung der Wirkungsweise der Elicitoren in planta erfolgte mittels mikroskopischem Nachweis sowie auf molekularer Ebene (qPCR; MicroArray).

Bei der Bewertung der biologischen Wirksamkeit der Elicitoren an Blättern der Topfreben zeigten Frutogard®, Algin Biovital®, Phosphonat und Phosphat die besten Ergebnisse. Die Wirkungsgrade lagen bei durchschnittlich 70% bis 90%. Die protektive Behandlung war durchweg effizienter als die kurative. Autofluoreszenz-Messungen zeigten, dass tolerante Sorten (cv. Regent; cv. Solaris) konstitutiv Phenole beinhalten. Die induzierten und anschließend inokulierten Topfreben wiesen eine stärkere Autofluoreszenz als die ausschließlich inokulierten Pflanzen auf. Transkriptom-Studien ergaben, dass Phosphat und Phosphonat zu ähnlichen Abwehrreaktionen führten, nämlich durch induzierte Aktivierung stressbezogener Signalwege. In diesem Zusammenhang dominierten PR-Proteine, sekundäre Metaboliten e.g. Phytoalexine und ein erhöhter Zellwandstoffwechsel. Allgemein wurde die systemisch aktivierte Resistenz durch den Salicylsäureweg und PR-Proteine sowie die induzierte systemische Resistenz durch den Jasmonsäureweg und Ethylen aktiviert. Ohne Einfluss des Schadenerregers wurden bei Applikation von Frutogard® im Vergleich zu Phosphat und Phosphonat deutlich weniger Signalwege induziert. Dazu gehörten Stresssignalwege, sekundäre Metaboliten und Hormone wie Cytokinine und Gibberelline. Im Falle des protektiven Einsatzes von Frutogard® wurden noch weniger stressbezogene Signalwege aktiviert.

Anhand der hier erarbeiteten Ergebnisse lassen sich spezifische Handlungsanweisungen für die weinbauliche Praxis ableiten. Im Fokus steht dabei der Ersatz kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel für den ökologischen Weinbau.
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