Chemisch Induzierte Resistenz im Pathosystem Gerste - Echter Gerstenmehltau : Identifizierung und Charakterisierung differentiell exprimierter Gene der Gerste

摘要

Die Applikation von Salicylsäure (SA) und den synthetischen Analoga 2,6-Dichlorisonikotinsäure (DCINA) undBenzo(1,2,3)thiadiazol-7-carbothionsäure-S-methylester (BTH) führt in anfälligen Gerstensorten zu einem systemischen Schutz vor einerInfektion mit dem Erreger des Echten Gerstenmehltaus (Blumeria graminis f.sp. hordei, Bgh). Bei dieser chemisch Induzierten Resistenz(cIR) werden effektive Papillen und eine Hypersensitive Reaktion als Abwehrmechanismen nach Kontakt mit dem Pathogen verstärktgebildet. In dieser Arbeit wurden verschiedene chemische und biotische Faktoren auf ihre resistenzinduzierende Wirkung überprüft. Es zeigte sich,dass die chemische Resistenzinduktion in der anfälligen Gerstensorte Manchuria, die kein bekanntes Resistenzgen besitzt, wirksam ist.Eine biotische Induktion der Resistenz gegenüber Bgh durch den avirulenten Echten Weizenmehltaupilz war dagegen in Manchuria nichtmöglich. In einer molekularbiologischen Analyse der cIR wurden durch Suppressive Subtraktionshybridisierung Gene identifiziert, die nachApplikation chemischer Resistenzinduktoren differentiell exprimiert werden. Einige dieser Bci-Gene (barley chemically induced) waren inGerste bereits als durch DCINA induzierbar bekannt, wie Lipoxygenase (Bci-1) und Thionin (Bci-2). Andere waren in Gerste bislangunbekannt und zeigen Homologie zu sauren Phosphatasen (Bci-3, Bci-6), zu Ca2+-bindenden single EF-hand-Proteinen (Bci-4), zuSerin-Proteinaseinhibitoren (Bci-7) und zu Apyrasen (Bci-9). Die Überprüfung der Geninduktion durch verschiedene abiotische und biotische Faktoren wie Phytohormone, Verwundung und Pathogenewurde zur Charakterisierung der Gene eingesetzt. Es stellte sich heraus, dass einige der Bci-Gene über verschiedene Signalwege derPflanze induzierbar sind. In Übereinstimmung mit der im Vergleich zu BTH und DCINA schwächeren Resistenzinduktion gegenüber Bghdurch SA zeigte sich, dass auch die Induktion der Bci-Genexpression und insbesondere die von Bci-4 nach SA-Applikation schwächerwar. Homologe von Bci-4 und anderen Bci-Genen waren in Weizen nachweisbar und dort ebenfalls chemisch induzierbar. Die Ergebnisse der Geninduktionsanalysen weisen darauf hin, dass sich besonders BCI-4 für den Einsatz als verlässlicher Marker der cIRin Getreide eignet. Ein BCI-4-Fusionsprotein mit dem grün fluoreszierenden Protein (GFP) als Reporter wurde in intaktenZwiebelepidermiszellen überexprimiert, wobei die subzelluläre Verteilung der GFP-Fluoreszenz auf eine Lokalisierung von BCI-4 im ERhindeutet. In einer Funktionsanalyse von BCI-4 konnte die Überexpression in Epidermiszellen anfälliger Gerstensorten die Resistenzgegenüber Bgh erhöhen. Damit stellt BCI-4 möglicherweise ein regulatorisches Element des Signaltransduktionsweges der cIR dar, dasausreicht, um Gerstenzellen in einen erhöhten Resistenzzustand zu versetzen.