Untersuchungen zum Einfluss des Wurzelendophyten Piriformospora indica auf das Wachstum von Hordeum vulgare, die Resistenz gegen Blumeria graminis f.sp. hordei und die Genexpression in den Blättern

摘要

Der Wurzelendophyt Piriformospora indica wurde 1997 von der Spore eines AM-Pilzes in der indischen Halbwüste Thar isoliert. Wachstumsfördernde Eigenschaften dieses Endophyten konnten bei verschiedenen Pflanzenarten beobachtet werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wechselwirkungen von P. indica mit Hordeum vulgare näher zu untersuchen und systemische Wirkungen auf den Spross zu charakterisieren. Die Besiedelung von Wurzeln mit P. indica führte im Gewächshaus zu einer signifikanten Förderung des Pflanzenwachstums. In Freilandgefäßexperimenten zeigte sich ein früheres Schieben der Ähren, eine erhöhte Ährenanzahl, sowie eine Ertragsteigerung von drei verschiedenen Gerstensorten zwischen 1,9 und 11 Prozent. Hinweise auf eine erhöhte Photosyntheserate und einen erhöhten Chlorophyllgehalt in den Blättern besiedelter Pflanzen, die sich aus der Analyse einer subtraktiven cDNA Bank ergaben, konnten bestätigt werden. In weiteren Versuchen wurde der Einfluss der Besiedelung auf die Resistenz der Pflanzen gegen das biotrophe Blattpathogen Blumeria graminis f. sp. hordei (Bgh) untersucht. Makroskopisch zeigte sich ein erhöhter Resistenzstatus der besiedelten Pflanzen, der auf der Basis von zytologischen Experimenten auf eine größere Penetrationsresistenz zurückgeführt werden konnte. Die beobachtete induzierte Resistenz war mit einer erhöhten Bereitschaft für die schnelle und effektive Aktivierung der zellulären Verteidigungsantwort assoziiert. Erste Genexpressionsanalysen zeigten, dass bekannte Wege systemisch induzierter Resistenzen hierbei nicht beteiligt zu sein scheinen, und dass die Aktivierung des antioxidativen Systems aber eine wichtige Rolle spielen könnte. Durch Hybridisierungen eines cDNA-Makroarrays und des 22K Barley1 GeneChip® (Affymetrix, Santa Clara, USA) wurden in Blättern P. indica besiedelter Pflanzen nur verhältnismäßig wenig differentiell exprimierte Gene identifiziert. Anschließende RealTime-PCR-Expressionsstudien bestätigten eine stärkere Induktion von zwei putativen Rezeptorkinasen in Blättern P. indica-besiedelter Pflanzen, 12h nach Bgh-Inokulation, die für Komponenten der Signalrezeption und Signaltransduktion kodieren. Dies deutet auf eine frühere Erkennung des Pathogens als Basis für die P. indica-induzierte Resistenz hin.