Beschreibung von phytotoxischen Dioxolanonen als konstitutive Virulenzfaktoren und Etablierung eines Transformationssystems zur zielgerichteten Mutagenese in Guignardia bidwellii
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Bedingt durch den Klimawandel kommt es vermehrt zum Auftreten neuer, meist invasiver Schaderreger, vor allem auch in bislang nicht beeinträchtigten Gebieten. Ein Beispiel ist der rebenpathogene Pilz Guignardia bidwellii, der die Schwarzfäule an Reben verursacht. Seit 2002 kann er sich bedingt durch veränderte Umweltbedingungen in deutschen Weinbaugebieten etablieren und zu großen wirtschaftlichen Schäden führen. Aufgrund vermehrt auftretender Resistenzen gegenüber synthetischen Fungiziden steigt der Bedarf nach neuen Bekämpfungsstrategien, deren Entwicklung ein tiefgehendes Verständnis der Pathogen-Wirt-Interaktion voraussetzt.
Im ersten Teil dieser Arbeit konnte die Bedeutung der von G. bidwellii produzierten phytotoxischen Dioxolanone für den Infektionsprozess und eine Beschreibung der niedermolekularen Verbindungen als Virulenzfaktoren herausgearbeitet werden. Erstmalig wurde das phytotoxische Dioxolanon Guignardic acid in planta aus G. bidwellii-infizierten Weinblättern identifiziert, womit eine Produktion des Toxins während des invasiven Wachstums des Pathogens in der Pflanze bewiesen wurde. Zusätzlich konnte durch Untersuchungen an weiteren phytopathogenen Arten der Gattung Guignardia die Bedeutsamkeit dieser Sekundärmetabolite für den Infektionsprozess von G. bidwellii bestätigt werden. Alle untersuchten Arten verursachen eine ähnliche Symptomatik an ihren Wirtspflanzen wie G. bidwellii an Wein und produzieren unter Laborbedingungen in Submersfermentationen ebenfalls die aus G. bidwellii bekannten phytotoxischen Dioxolanone.
Aufgrund der Bedeutung der Naturstoffe für den Infektionsprozess wurde im weiteren Verlauf der Arbeit die Biosynthese der Verbindungen untersucht. Da die Verbindungen einer neuen Naturstoffklasse angehören, ist über deren Synthese noch nichts bekannt. Durch Markierungsversuche mit 13C-Phenylalanin konnte nachgewiesen werden, dass die Aminosäure Phenylalanin das Ausgangssubstrat zur Synthese der phytotoxischen Dioxolanone ist.
Diese entscheidenden Erkenntnisse in der Biosynthese der phytotoxischen Dioxolanone führten zum zweiten Teil dieser Arbeit, in dem eine toxinfreie Mutante von G. bidwellii generiert werden sollte. Zu Beginn dieser Arbeit war das Genom von G. bidwellii nicht sequenziert und es war kein etabliertes Transformationssystem verfügbar. Zunächst wurde das Genom von G. bidwellii sequenziert und ein geeignetes Transformationssystem zur Untersuchung der molekularen Basis von Pathogen-Wirt-Interaktionen ermittelt. Aus dem Genom von G. bidwellii konnten die kodierenden Sequenzen von drei Schlüsselenzymen identifiziert werden, die am Aminosäurestoffwechselweg beteiligt sind, die Aspartat-Transaminase, die Chorismat-Synthase und die Phenylalanin-Ammoniak-Lyase. Das Transformationssystem mittels Agrobacterium tumefaciens wurde für eine zielgerichtete Mutagenese in G. bidwellii optimiert. Dabei wurden sowohl die zu übertragenden Konstrukte als auch die Parameter der Transformationsmethode direkt modifiziert. Diese Untersuchungen brachten entscheidende Fortschritte in der Etablierung eines Transformationssystems für G. bidwellii zur zielgerichteten Mutagenese.
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind eine zuverlässige Basis zur Untersuchung der Pathogen-Wirt-Interaktion zwischen Guignardia bidwellii und Vitis vinifera und können die Entwicklung von neuen Bekämpfungsstrategien und biologicals ermöglichen, die auch im ökologischen Weinbau Anwendung finden können.