Pflanzenvermittelte Unterdrückung der Genexpression in Blumeria graminis - eine neuartige Methode zur Erzeugung von Resistenz

Abstract

Obligat biotrophe Phytopathogene wie der Getreidemehltau Blumeria graminis stellen eine ernstzunehmende Gefahr für die Landwirtschaft dar. Trotzdem ist diese Pathogengruppe noch relativ unerforscht, und ihre molekulare Analyse gestaltet sich als schwierig, weil diese Pilze sich nicht auf künstlichen Medien kultivieren lassen. Dadurch sind genetische Transformation oder die Kultivierung von Mutanten schwierig wenn nicht unmöglich. In dieser Arbeit wurde das Phänomen des host-induced gene-silencing (HIGS) in B. graminis vorgestellt. Dabei war es möglich durch in planta exprimierte RNAi-Konstrukte gegen pilzliche Gene die Anfälligkeit des Wirt-Pathogen-Systems zu reduzieren. Mittels TIGS-Experimenten konnte in der Gersten-Bgh-Interaktion für zehn unterschiedliche Gene aus Bgh nachgewiesen werden, dass die Expression von RNAi-Konstrukten im Wirt zu einer Reduktion der Anfälligkeit führt. Für drei dieser Kandidatengene konnte dieser Effekt mittels VIGS-Experimenten mit BSMV in der Weizen-Bgt-Interaktion bestätigt werden. Außerdem wurde gezeigt, dass RNAi unterschiedlicher Gene zu unterschiedlichen Wachstumsstörungen bei Bgt führte. So konnte durch RNAi gegen BgGTF1 eine verringerte Haustorienbildung und durch RNAi gegen BgGTF2 verringertes Hyphenwachstum induziert werden. Mittels mehrerer transgener Gerstenlinien, die ein RNAi-Konstrukt gegen BgGTF1 trugen, wurde der Beweis erbracht, dass HIGS auf der Expression des RNAi-Konstruktes im Wirt beruht und nicht auf der Aufnahme von Plasmid-DNA durch den Pilz.

Obligat biotrophic phytopathogens such as the powdery mildew fungus Blumeria graminis represent a serious danger for agriculture. Nevertheless this group of pathogens is still relatively unexplored, and its molecular analysis is quite difficult because these fungi cannot be cultivated on artificial media. Thus genetic transformation or the cultivation of mutants is difficult if not impossible. In this work the phenomenon of host-induced gene-silencing (HIGS) in B. graminis was described. Thereby it was possible to reduce the susceptibility of the host-pathogen-system through in planta expressed RNAi constructs against fungal genes. By means of TIGS experiments it could be demonstrated that the expression of ten different RNAi constructs against genes from Bgh reduces the susceptibility of the barley-Bghinteraction. For three of these candidate genes this effect could be confirmed by means of VIGS experiments using BSMV in the wheat-Bgt-interaction. In addition it was shown that it was possible to inhibit fungal growth at different stages with antisense constructs against these candidate genes. RNAi of BgGTF1 caused a reduced haustorium formation whereas RNAi against BgGTF2 reduced hyphal growth. By means of several transgenic barley lines, which carried an RNAi construct against BgGTF1, evidence was provided that HIGS is based on the expression of the RNAi construct in the host and not on uptake of plasmid DNA by the fungus.