Wie werden Schadpilze resistent gegen Fungizide? [Download,*.pdf
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<strong>Wie</strong> <strong>werden</strong> Schad-Pilze<br />
<strong>resistent</strong> <strong>gegen</strong> <strong>Fungizide</strong>?<br />
Holger B. Deising<br />
Christian Kröling<br />
Martin-Luther-Universität<br />
Halle-Wittenberg<br />
Interdisziplinäres Zentrum für Nutzpflanzenforschung<br />
- Phytopathologie und Pflanzenschutz -
<strong>Wie</strong> <strong>werden</strong> Schad-Pilze <strong>resistent</strong> <strong>gegen</strong> <strong>Fungizide</strong><br />
• Warum brauchen wir <strong>Fungizide</strong>?<br />
- Nutzen und Risiken (Fungizidresistenzen i.w.S.)<br />
• Welche Mechanismen vermitteln in Pilzen Resistenz <strong>gegen</strong><br />
<strong>Fungizide</strong>?<br />
- Mutationen im Zielgen<br />
- Efflux-Transport-Proteine<br />
- Was aussieht wie Fungizidresistenz ist nicht immer Fungizidresistenz<br />
• Pilz<strong>resistent</strong>e Pflanzen durch molekulare Resistenzzüchtung
<strong>Wie</strong> <strong>werden</strong> Schad-Pilze <strong>resistent</strong> <strong>gegen</strong> <strong>Fungizide</strong><br />
• Warum brauchen wir <strong>Fungizide</strong>?<br />
- Nutzen und Risiken (Fungizidresistenzen i.w.S.)<br />
• Welche Mechanismen vermitteln in Pilzen Resistenz <strong>gegen</strong><br />
<strong>Fungizide</strong>?<br />
- Mutationen im Zielgen<br />
- Efflux-Transport-Proteine<br />
- Was aussieht wie Fungizidresistenz ist nicht immer Fungizidresistenz<br />
• Pilz<strong>resistent</strong>e Pflanzen durch molekulare Resistenzzüchtung
Pflanzenschutz ist unverzichtbar<br />
Weizenproduktion, 2002-04<br />
Jährliche Verluste weltweit sind 42% der potenziellen<br />
Ernte oder 243.7 Mrd. $ US<br />
Oerke et al. 1994
Das Auftreten von Fungizidresistenz hängt von der<br />
Anzahl der Targets ab<br />
nach Hewitt 1998<br />
Fungizidklasse<br />
Organo-<br />
Quecksilber<br />
erstes<br />
Auftreten<br />
Jahre vor<br />
Auftreten der<br />
Resistenz<br />
Pathogen<br />
1964 40 Pyrenophora avenae<br />
Benzimidazole 1970 2 Venturia inaequalis<br />
Botrytis cinerea<br />
Phenylamide 1980 2 Phytophthora infestans<br />
Plasmopara viticola<br />
Dicarboximide 1982 5 Botrytis cinerea<br />
DMIs 1982 4 Blumeria graminis<br />
Carboxanilide 1986 14 Ustilago nuda<br />
Morpholine 1994 34 Blumeria graminis<br />
Strobilurine 1998 2 Blumeria graminis f.sp.<br />
tritici
Es ist von großer Bedeutung, Fungizidresistenz zu vermeiden<br />
Zahl der getesteten Chemikalien pro<br />
zugelassenem Fungizid<br />
80000<br />
70000<br />
60000<br />
50000<br />
40000<br />
30000<br />
20000<br />
10000<br />
0<br />
1956 1995 2000
<strong>Wie</strong> <strong>werden</strong> Schad-Pilze <strong>resistent</strong> <strong>gegen</strong> <strong>Fungizide</strong><br />
• Warum brauchen wir <strong>Fungizide</strong>?<br />
- Nutzen und Risiken (Fungizidresistenzen i.w.S.)<br />
• Welche Mechanismen vermitteln in Pilzen Resistenz <strong>gegen</strong><br />
<strong>Fungizide</strong>?<br />
- Mutationen im Zielgen<br />
- Efflux-Transport-Proteine<br />
- Was aussieht wie Fungizidresistenz ist nicht immer Fungizidresistenz<br />
• Pilz<strong>resistent</strong>e Pflanzen durch molekulare Resistenzzüchtung
Genetische, mutationsbasierte Resistenz <strong>gegen</strong>über Benomyl:<br />
Mutationen, die zur Veränderung des Target-Moleküls führen<br />
Tubulin ist für alle Transportprozesse in der Zelle wichtig!<br />
Mutation an Fungizid-Bindestelle<br />
α-Tubulin<br />
β-Tubulin<br />
Mikrotubuli
Mutationsbasierte Fungizid-Resistenz in Pilzpopulationen<br />
auch vererbbare oder qualitative Resistenz<br />
Fungizidbehandlung<br />
Erholungsphase<br />
sensitive Isolate<br />
<strong>resistent</strong>e Isolate
Mutations-basierte Resistenz <strong>gegen</strong> Strobilurinen im Apfelmehltau<br />
Eine G143A Mutation im mitochondrialen Cytochrom-b-Gene bewirkt<br />
GB-43K2 In6c Ahr-11 GB-43K2 GB-43K2<br />
PCR PCR<br />
PCR<br />
clone C clone G<br />
Cleaved Amplified Polymorphic Sequences<br />
(CAPS) Analysen von Apfelmehltau-<br />
Isolaten: Sat1 schneidet nicht das WT 218 bp<br />
cyt. b Fragment, aber produziert ein 176 bp<br />
Fragment von G143A Mutanten.<br />
GB43K2<br />
Ahr-11<br />
Ahr-D<br />
In6c<br />
I-Coop<br />
Podosphaera leucotricha<br />
InA2-14<br />
InA2-15<br />
InA3-11<br />
InA3-23<br />
Ch9-1-11<br />
F1-12<br />
Mutation<br />
Wildtype<br />
M bp<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
Lesemann et al. (2006) Journal of Plant Diseases and Protection, 113, 259–266
Quantitative Fungizid-Resistenz in Pilzpopulationen<br />
auch “Shifting”<br />
Fungizidbehandlung<br />
Erholungsphase sensitive insensitive Isolate
Efflux-Transporter-basierteFungizidresistenz<br />
in Populationen des Weizenpathogens<br />
Pyrenophora (Drechslera) tritici-repentis<br />
Reimann & Deising 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71:3269–3275.
Membran-lokalisierte Efflux-Transporter<br />
tragen zur quantitativen Fungizidresistenz bei<br />
MFS<br />
Cytoplasma<br />
Zellwand<br />
ABC<br />
NBF<br />
Azol-Fungizid<br />
NBF<br />
Strobilurin<br />
Ethidiumbromid<br />
Hoechst 33342
Fungizid Adaptation: Wachstum auf BMA mit<br />
50 ppm Strobilurin<br />
Isolat 1<br />
Isolat 2<br />
e<br />
a<br />
b<br />
Isolat 3<br />
d<br />
c<br />
nicht-adaptiert<br />
1 ppm adaptiert<br />
5 ppm adaptiert<br />
10 ppm adaptiert<br />
a: nicht-adaptiertes Isolat<br />
b: Strobilurin 1-adaptiertes Isolat<br />
c: Strobilurin 2-adaptiertes Isolat<br />
d: Strobilurin 3-adaptiertes Isolat<br />
e: DMI-adaptiertes Isolate<br />
Reimann & Deising 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71:3269–3275.
Blatt-Segmenttests auf Fungizidresistenz<br />
Fungizid<br />
Strobilurin 1<br />
Adaptation<br />
-<br />
+<br />
H 2 O<br />
steigende Fungizidkonzentration<br />
Strobilurin 2<br />
-<br />
+<br />
DMI<br />
-<br />
+<br />
Reimann & Deising 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71:3269–3275.
Membran-lokalisierte Efflux-Transporter<br />
tragen zur quantitativen Fungizidresistenz bei<br />
MFS<br />
Cytoplasma<br />
Zellwand<br />
ABC<br />
NBF<br />
Azol-Fungizid<br />
NBF<br />
Strobilurin<br />
Ethidiumbromid<br />
Hoechst 33342
Visualisierung der Efflux-Transport<br />
Transport-Aktivität:<br />
t:<br />
Fluoreszenzmicroskopie Hoechst 33342–gef<br />
gefärbter Hyphen und<br />
inhibitorische Aktivität t von NG5-13a<br />
nicht-adaptiertes Isolat adaptiertes Isolat adaptiertes Isolat<br />
+ NG5-13a<br />
4’-Hydroxyflavon<br />
Reimann & Deising 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71:3269–3275.
Blattsegment-Test<br />
Isolat: nicht-adaptiert adaptiert<br />
Inhibitor: - + - +<br />
NG5-13a<br />
H 2<br />
O<br />
Fungizid<br />
Reimann & Deising 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71:3269–3275.
<strong>Wie</strong> <strong>werden</strong> Schad-Pilze <strong>resistent</strong> <strong>gegen</strong> <strong>Fungizide</strong><br />
• Warum brauchen wir <strong>Fungizide</strong>?<br />
- Nutzen und Risiken (Fungizidresistenzen i.w.S.)<br />
• Welche Mechanismen vermitteln in Pilzen Resistenz <strong>gegen</strong><br />
<strong>Fungizide</strong>?<br />
- Mutationen im Zielgen<br />
- Efflux-Transport-Proteine<br />
- Was aussieht wie Fungizidresistenz ist nicht immer Fungizidresistenz<br />
• Pilz<strong>resistent</strong>e Pflanzen durch molekulare Resistenzzüchtung
Einfluss des Baumschnitts auf den Mehltaubefall<br />
geschnitten<br />
1<br />
ungeschnitten<br />
1<br />
Wassersensitives<br />
Papier<br />
3 2<br />
3 2<br />
1,60 m<br />
Fungizidverteilung in %<br />
Effizienz der Mehltaubekämpfung<br />
2,32 m<br />
2,80 m<br />
5 4<br />
5 4<br />
2,15 m<br />
geschnitten<br />
ungeschnitten<br />
Penconazol-Verteilung in µg/g Blattmasse
HPLC-Analyse von <strong>Fungizide</strong>n in Apfelblatt-Extrakten<br />
Absorption 210 nm (rel. Einheiten)<br />
Spectrum von Penconazol links: aus<br />
Kalibrierung rechts: Blattextrakt<br />
Retentionszeit (min)
Einfluss des Baumschnitts auf den Mehltaubefall<br />
geschnitten<br />
1<br />
ungeschnitten<br />
1<br />
Wassersensitives<br />
Papier<br />
3 2<br />
3 2<br />
1,60 m<br />
Fungizidverteilung in %<br />
Effizienz der Mehltaubekämpfung<br />
2,32 m<br />
2,80 m<br />
5 4<br />
5 4<br />
2,15 m<br />
geschnitten<br />
ungeschnitten<br />
Penconazol-Verteilung in µg/g Blattmasse
<strong>Wie</strong> <strong>werden</strong> Schad-Pilze <strong>resistent</strong> <strong>gegen</strong> <strong>Fungizide</strong><br />
• Warum brauchen wir <strong>Fungizide</strong>?<br />
- Nutzen und Risiken (Fungizidresistenzen i.w.S.)<br />
• Welche Mechanismen vermitteln in Pilzen Resistenz <strong>gegen</strong><br />
<strong>Fungizide</strong>?<br />
- Mutationen im Zielgen<br />
- Efflux-Transport-Proteine<br />
- Was aussieht wie Fungizidresistenz ist nicht immer Fungizidresistenz<br />
• Pilz<strong>resistent</strong>e Pflanzen durch molekulare Resistenzzüchtung
Chitin Synthese ist für Pilze essentiell<br />
Colletotrichum graminicola (Cesati) Wilson<br />
teleomorph: Glomerella graminicola (Politis)<br />
Chitin Synthase Mutanten des Maispathogens<br />
Colletotrichum graminicola haben Defekte in der<br />
vegetativen ...<br />
... und in der pathogenen Entwicklung<br />
WT KO<br />
C WT KO<br />
Werner et al. 2007 Molec Plant-Microbe Interact 20, 1555-1567
Zusammenfassung<br />
1. Chemischer Pflanzenschutz ist zur Sicherung der Erträge (Menge UND<br />
Qualität) erforderlich.<br />
2. Unsachgemäße Anwendung von <strong>Fungizide</strong>n kann die Entstehung von<br />
Fungizidresistenzen fördern.<br />
3. Unterschiedliche Mechanismen bedingen Fungizidresistenzen<br />
(Mutationen, Efflux-Transporter, etc.).<br />
4. Nicht alles, was nach Fungizidresistenz aussieht, ist auch Fungizidresistenz.<br />
5. Durch gezielte gentechnische Veränderung kann die Widerstandsfähigkeit<br />
unserer Kulturpflanzen <strong>gegen</strong> Schad-Pilze verbessert<br />
<strong>werden</strong>.
Wer hat die Experimente gemacht, woher kommt<br />
das Geld?<br />
Christian Kröling<br />
Sven Reimann<br />
Silke Lesemann<br />
Ulrike Ahmetovic<br />
Mariela Mielke<br />
Eric Melzer<br />
Albrecht Serfling<br />
Stefan Werner<br />
Janyce A. Sugui<br />
Doris Jany<br />
Andrea Beutel<br />
Andreas Leonard<br />
Olaf Krieghoff<br />
Alfred Trapp<br />
Henrik Flachowsky<br />
Katja Herzog<br />
Viola Hanke<br />
Sächsisches Landesamt für<br />
Umwelt, Landwirtschaft<br />
und Geologie<br />
Erzeugerorganisation<br />
Dresdener Obst e.G.<br />
SFB 648<br />
FOR 666
Vielen Dank für Ihre<br />
Aufmerksamkeit
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