Thomas Kühne

Soil-borne viruses affecting cereals—Known for long but still a threat

A number of furo- and bymoviruses, which are naturally transmitted by the ubiquitous soil-borne protozoon Polymyxa graminis are of great economic importance for autumn-sown wheat, barley, rye, triticale, and oats. The two barley-affecting bymoviruses, Barley yellow mosaic virus and Barley mild mosaic virus, are widespread in Europe and East Asia. Production of wheat, rye, and triticale is threatened by three related furoviruses and two bymoviruses. Soil-borne wheat mosaic virus mainly occurs in North America and Chinese wheat mosaic virus in Asia, whereas Soil-borne cereal mosaic virus predominates in Europe. The bymovirus Wheat yellow mosaic virus so far is restricted to Asia; Wheat spindle streak mosaic virus occurs in North America and Europe. Oat plants can be separately or mixed-infected by a bymo- and a furovirus, named Oat mosaic virus and Oat golden stripe virus, respectively. Because P. graminis cannot be controlled by chemicals and the viruses retain their infectivity in the resting spores for many years cultivation of resistant plants is the only means of preventing severe losses. The genetic variability of the known viruses and the sporadic reports of newly emerging pathogens, such as Aubian wheat mosaic virus, make continued resistance breeding and careful monitoring of field crops necessary.

Barley Yellow Mosaic Virus VPg Is the Determinant Protein for Breaking eIF4E-Mediated Recessive Resistance in Barley Plants

In this study, we investigated the barley yellow mosaic virus (BaYMV, genus Bymovirus) factor(s) responsible for breaking eIF4E-mediated recessive resistance genes (rym4/5/6) in barley. Genome mapping analysis using chimeric infectious cDNA clones between rym5-breaking (JT10) and rym5-non-breaking (JK05) isolates indicated that genome-linked viral protein (VPg) is the determinant protein for breaking the rym5 resistance. Likewise, VPg is also responsible for overcoming the resistances of rym4 and rym6 alleles. Mutational analysis identified that amino acids Ser-118, Thr-120, and His-142 in JT10 VPg are the most critical residues for overcoming rym5 resistance in protoplasts. Moreover, the rym5-non-breaking JK05 could accumulate in the rym5 protoplasts when eIF4E derived from a susceptible barley cultivar was expressed from the viral genome. Thus, the compatibility between VPg and host eIF4E determines the ability of BaYMV to infect barley plants.

Response to Viral Pathogens

Barley mild mosaic virus and Barley yellow mosaic virus (BaMMV/BaYMV) that cause soilborne barley yellow mosaic virus disease and the insect-transmitted Barley yellow dwarf virus (BYDV), Cereal yellow dwarf virus (CYDV), and Wheat dwarf virus (WDV) have become important barley pathogens during the last decades and may become even more important in the future due to climate change. Knowledge on these viruses, sources and genetics of resistance, and its mode of action as well as the possibilities of molecular breeding for virus resistance in barley is briefly reviewed.

Entwicklung einer immunologischen Nachweismethode für Kartoffelviren mittels Oberflächen-Plasmonenresonanz

Die EU-Richtlinie 2009/128/EC verpflichtet die Mitgliedsstaaten Europas für Pflanzenschutzgeräte eine turnusmäßige technische Überprüfung einzuführen. In Artikel 8 ist festgelegt, dass bis spätestens 14. Dezember 2016 alle Pflanzenschutzgeräte mindestens einmal überprüft worden sein müssen. Dabei legt die Richtlinie nur die wesentlichen Eckpunkte fest. Die Ausgestaltung der Verfahrensabläufe ist gemäß dem Subsidiaritätsprinzip den Mitgliedstaaten überlassen, die hierbei über einen großen Gestaltungsspielraum verfügen und eigene Erfahrungen und Gegebenheiten berücksichtigen können.Nach wie vor gilt es, chemische Pflanzenschutzmaßnahmen im Getreidebau auf das absolut notwendigste Maß zu reduzieren, ohne jedoch Ertragsund Qualitätsverluste sowie wirtschaftliche Einbußen hinnehmen zu müssen. Hierbei kommt dem integrierten Pflanzenbau und Pflanzenschutz eine entscheidende Bedeutung zu. Vor allem der Anbau gering anfälliger Sorten kann dazu einen wichtigen Beitrag leisten. In einem mehrjährigen Feldversuch wurde die notwendige Fungizidintensität bei Winterweizensorten mit unterschiedlicher Resistenzgenetik auch unter ökonomischen Aspekten überprüft.226 Julius-Kühn-Archiv, 438, 2012 gleiche gelang die Zuweisung der möglichen Funktionen der Proteine, die von den ersten drei RNAs kodiert werden. Die RNA4 kodiert für ein Protein (p4, 233 aa), das keine Sequenzähnlichkeiten zu bisher bekannten Proteinen aufweist. Es wird vermutet, dass es sich bei diesem Protein um ein Transport-Protein handelt, das an der systemischen Ausbreitung in der Pflanze bzw. bei der Übertragung durch die als Vektor vermutete Gallmilbe Phytoptus pyri beteiligt sein könnte.Die erste Beprobung erfolgte bereits vor der Blüte, die letzte Beprobung nach dem Abblühen des Rapses. Die Rapspflanze wurde eingeteilt in Wurzel, unterer Spross, mittlerer Spross, oberer Spross, Blüte (sobald vorhanden) und Fruchtstand (bei der letzten Probenahme). Alle Pflanzenteile wurde separat rückstandsanalytisch aufgearbeitet und mit der LC/MS/MS auf enthaltende Wirkstoffe der Saatgutbeize untersucht. Die höchste Konzentration des Beizwirkstoffes Clothianidin konnte wie erwartet in den Wurzeln und unteren Sprossteilen gemessen werden. Hier lag die Konzentration im Mittel bei 5 μg/ kg. Zur Blüte verringerte sich die Wirkstoffkonzentration stark, Clothianidin konnte aber dennoch mit 0,5 μg/kg eindeutig nachgewiesen werden.Julius-Kühn-Archiv, 438, 2012 105 In Zusammenarbeit mit Züchtern und Betreibern von Heubachgeräten wurde ein Ringversuch mit verschiedenen Getreidearten gestartet, in dem Heubachabriebuntersuchungen durchgeführt wurden. Dabei zeigt sich eine deutliche Verbesserung der Abriebfestigkeit in den Jahren 2010 und 2011, die vor allem durch den Einsatz von Klebern begründet ist. Ohne Einsatz von Klebern liegt der Heubachwert in der Regel deutlich über Proben ohne Klebereinsatz.Derzeit sind kommerziell weltweit keine Gegenspieler zur biologischen Bekämpfung des Amerikanischen Reismehlkäfers Tribolium confusum (Col., Tenebrionidae) erhältlich.Der Larvalparasitoid Holepyris sylvanidis (BRÈTHES) wurde in verschiedenen Regionen der Welt beschrieben und vor etlichen Jahren auch in Deutschland gefunden. Nach einigen Anlaufschwierigkeiten wurde die Art im Julius Kühn-Institut in Berlin in Zucht genommen. In insgesamt drei Diplomarbeiten (C. FRIELITZ, S. BEIER, D. KAMEKE) wurde die Biologie und das Wirtsfindungsverhalten des Parasitoiden untersucht. In einer sächsischen Mühle wurden im Jahr 2010 nach einer Wärmebehandlung im Frühjahr regelmäßig alle zwei Wochen adulte Holepyris sylvanidis in zwei Stockwerken des (inklusive Keller) fünfgeschössigen Gebäudes freigesetzt. Insgesamt wurden rund 4000 Plattwespen zwischen Anfang Mai und Anfang November 2010 zur Bekämpfung versandt, pro Termin kamen dabei zwischen 100 und 214 Weibchen zum Einsatz. Die Entwicklung der Schadinsekten wurde durch zwei Fallentypen (16 Dome-traps und 18 Lagermonitore) überprüft. Motten wurden in dieser Mühle nicht festgestellt, daher wurden Fallen zum Mottenmonitoring nicht eingesetzt. Auf eine sonst übliche zweite Wärmebehandlung im Herbst konnte verzichtet werden. Als der Postversand des Larvalparasitoiden wegen niedriger Temperaturen ab Mitte November unterbrochen werden musste, stieg die Zahl der in Fallen gefangenen Reismehlkäfer zunächst im Untergeschoss, ab März 2011 auch im Dachgeschoss an. Daher musste die Wärmebehandlung im zweiten Jahr auf den April vorverlegt werden. Kurz vor dieser Behandlung, konnten H. sylvanidis durch Fallen mit Reismehlkäferlarven nachgewiesen werden, was darauf hinweist, dass sich die Tiere in der Mühle fortpflanzten. Neben dem Amerikanischen Reismehlkäfer wurden auch Rotbraune Reismehlkäfer, Kornkäfer, Reiskäfer. Leistenkopfplattkäfer und Speckkäfer gefunden. Auch im Jahr 2011 war eine zweite Wärmebehandlung im Herbst nicht erforderlich, was für einen Zusammenhang zwischen dem Aussetzen der Larvalparasitoiden und der Unterdrückung einer Massenentwicklung der Reismehlkäfer spricht.Julius-Kühn-Archiv, 438, 2012 465 Seit 1995 werden im Herbst im Elbe-Weser Dreieck in den Landkreisen Verden, Rotenburg (Wümme), Osterholz, Cuxhaven und Stade Monitorings zur Populationsdichte der Schnakenlarven auf Risikostandorten durchgeführt um die Gefahr für das Grünland im folgenden Jahr abschätzen zu können. In den letzten beiden Jahren war großflächig ein bekämpfungswürdiger Befall von Tipula paludosa festzustellen, was auf Grund der fehlenden Bekämpfungsmöglichkeiten zu teilweise gravierenden Zerstörungen von bis dato hochwertigen weidelgrasbetonten Grünlandnarben führte. Eine Befragung der betroffenen Landwirte im Jahr 2012 ergab, dass auf mehr auf 6000 ha Grünland Narbenschädigungen durch den Larvenfraß im Frühjahr festzustellen waren. Auf 2000 ha der Gesamtfläche waren mehr als 30 % der Grünlandnarbe zerstört. Versuche mit Insektizid-applikationen im Herbst aus dem Jahr 2005 zeigten Reduktionseffekte auf den Larvenbesatz und damit einhergehend eine signifikante Ertragssteigerung im ersten Schnitt bei der Grünlandernte im darauffolgenden Jahr. Sichere Effekte wiesen in den vergangenen Jahren in verschiedenen Versuchen nur Wirkstoffe aus der Gruppe der Organophosphate auf, wobei eine Zulassung solcher Produkte im Grünland aufgrund ihrer Problematik im Naturhaushalt unwahrscheinlich erscheint.In einem vierwöchigen Laborexperiment mit Schlüsselvertretern der Bodenfauna kamen die fungivore Collembolenart Folsomia candida und die fungivore Nematodenart Aphelenchoides saprophilus zum Einsatz. Der Untersuchung liegt die Hypothese zugrunde, dass die gewählten Bodentiere den Abbau von Fusarium und DON in Weizenstroh fördern und damit einen aktiven Beitrag zur Kontrolle eines pilzlichen phytopathogenen Schaderregers leisten.Der Erreger verursacht eine stängelumfassende Vermorschung bis zum Absterben der Pflanze. Nach Überwinterung des Erregers auf Ernteresten kommt es zur Verbreitung durch Konidien, die die Pflanzen in der Regel über die Stomata oder Wunden infizieren. Gewöhnlich tritt die Infektion an den Kotyledonen und den basalen Rosettenblättern auf und kann mittels Wind und Regen über den ganzen Bestand verbreitet werden.Seit dem Jahr 2004 läuft innerhalb des Bundesprogramms ökologischer Landbau ein Forschungsprojekt zur Entwicklung einer Strategie zur Feuerbrandbekämpfung im ökologischen Obstbau. Dieses Projekt wird am Lehrstuhl für Phytopathologie der Universität Konstanz in Zusammenarbeit mit der Fördergemeinschaft ökologischer Obstbau und dem Institut für biologischen Pflanzenschutz der BBA in Darmstadt durchgeführt. Ergebnisse aus 2004 und aus 2005 sind in den jeweiligen Dezemberausgaben der Mitteilungen nachzulesen (Ökoobstbau Mitteilungen 4/04 und 3/05, Anmerkung der Redaktion).Kartoffeln ergeben pro Flächeneinheit mehr Kalorien als jede andere Nutzpflanze. Sie enthalten wichtige Nährstoffe und bieten der Bevölkerung in ländlichen Anbaugebieten eine Einkommensquelle. Benin ist eines der ärmsten Länder der Welt. Eine Maßnahme, der Armut entgegenzuwirken, wird in der Ausdehnung der Kartoffelanbaufläche gesehen. Voraussetzung dafür ist u. a. Klarheit über die Produktionsstruktur in Benin zu erhalten, sowie die Produktionsbedingungen einzuschätzen und in diesem Zusammenhang, Aussagen zur phytopathologischen Situation zu treffen. Die Kartoffelanbaugebiete befinden sich in den Departements Alibori und Atakora im Norden Benins. Die Anbaufläche liegt insgesamt bei ca. 15 20 ha. Eine Ausdehnung auf eine Anbaufläche im vierstelligen Hektarbereich erscheint denkbar. In diesem Fall ist jedoch eine nationale Pflanzgutproduktion notwendig. Kartoffeln werden, da Bewässerung notwendig ist, traditionell auf einer nahe den Flüssen oder Nebenarmen gelegenen Fläche von 0,25 ha pro Familie angebaut. Das Pflanzgut gelangt größtenteils aus Frankreich oder aus einem der kartoffelproduzierenden Nachbarländer nach Benin. Der Kartoffelertrag liegt bei ca. 15 t/ha. Maßnahmen, den Ertrag zu erhöhen, liegen in der Verbesserung des Bewässerungssystems und der Pflanzengesundheit.76 Julius-Kühn-Archiv, 438, 2012 stimulieren (GERMINARA et al., 2008; MAJOROS et al., 2008; OLSSON et al., 2006). Zunächst wurden diese Verbindungen auf ihre elektrophysiologische Wirkung bei einer Standardkonzentration von 1 μg/μl getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass vier der Verbindungen in P. inter-punctella eine elektrophysiologische Reaktion induzierten: (E)-2-Octenal, 1-Heptanol, Benzaldehyd und (Z)-2-Heptenal. Die stärkste Reaktion erfolgte von männlichen P. interpunctella gegenüber Benzaldehyd. Es gab keine signifikante Reaktion von weiblichen P. interpunctella auf d-Limonene. Diese Verbindung wurde für die weitere Untersuchung verworfen. Alle anderen Verbindungen wurden in Konzentrationsbereichen zwischen 10-3 und 100 μg/μl in Dichloromethan verdünnt, um die Sensitivität der Antenne zu testen. Alle vier Substanzen verursachten dosisabhängig unterschiedliche olfaktorische Reaktionen. Bei Benzaldehyd und (Z)-2-Heptenal erfolgte die stärkste Zunahme der neuronalen Antwort zwischen 1 und 10 μg/μl. Diese Verbindungen könnten attraktiv oder abstoßend gegen die Falter sein. Zur Klärung dieser Frage ist die Durchführung von Verhaltenstests mit verschiedenen Konzentrationen erforderlich. Die hier vorliegende Untersuchung ist ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von Ködern zur Überwachung für den Massenfang von P. interpunctella.422 Julius-Kühn-Archiv, 438, 2012 Die Ergebnisse zeigen, dass A. cochlioides mit hoher Wahrscheinlichkeit Auslöser des Symptoms „Gürtelschorf“ ist. Das massive Auftreten der Krankheit und die feuchte Witterung 2010 machen eine Beteiligung dieses feuchte-assoziierten Oomyceten plausibel. Die parallel durchgeführten bakteriologischen Untersuchungen zeigten darüber hinaus, dass die gefundenen Vertreter der Gattung Streptomyces sehr wahrscheinlich nichtpathogene Arten sind und somit nicht am Krankheitsgeschehen beteiligt waren. Über die Rolle verschiedener Pythium-Arten, die mit hoher Abundanz vorkamen, kann derzeit noch keine Aussage getroffen werden. Einige Arten scheinen jedoch ähnliche Symptome auslösen zu können wie Aphanomyces.Meloidogyne chitwoodi wurde 1980 in den USA beschrieben. Dort wurden starke Qualitätsmängel an Kartoffel beschrieben, die der Schaderreger unter geeigneten Bedingungen hervorrufen kann. Anfang der 1990er Jahre wurde der Schaderreger in der EU zum ersten Mal in den Niederlanden nachgewiesen. Wenige Jahre später wurde M. fallax als neue verwandte Art in Europa beschrieben. Diese weist zwar physiologische Unterschiede auf, ist ansonsten aber M. chitwoodi sehr ähnlich.Der AK Wirbeltiere traf sich zu seiner 18. Tagung vom 15. bis 16. November 2011 bei Lübben im Spreewald. Die Schwerpunkte der Beiträge lagen neben den Feldmäusen und den kommensalen Nagern auch bei den Wirbeltieren im Forst, besonders bei der Frage nach der natürlichen Waldverjüngung im Verhältnis zu Hege und Jagd. Ein besonderes, regional spezifisches Thema wurde in einem Vortrag über die Vorkommen des Wolfs in Brandenburg vorgestellt. Ein Themenschwerpunkt der Vorträge und Diskussionen war wieder die Entwicklung von Prognosemodellen für die Vorhersage von Gradationen der Feldmaus. Mit der Einbeziehung immer größerer geographischer und bodenkundlicher Datenmengen werden die Modelle verlässlicher. Bei den kommensalen Nagern steht nach wie vor das Thema Resistenz gegen antikoagulante Rodentizide im Vordergrund. Insofern potentielle genetische Marker für Resistenz bekannt sind, geht es nun darum, jene zu finden, die in Verbindung mit erhöhter Toleranz stehen, und diese auch unter dem Aspekt der Konsequenzen für die Praxis zu charakterisieren. Der Themenkreis der diesjährigen Tagung wurde komplettiert durch zwei Vorträge über Hanta-Viren und ein neues Hepatitis E-Virus. Die anschließende Versammlung der DPG-Mitglieder stimmte dem Vorschlag des Leiters des Arbeitskreises und seines Stellvertreters zu, ihre Positionen für die nächsten vier Jahre zu tauschen. Leiter des AK ist nun Dr. Jens JACOB, Stellvertreter ist Dr. Stefan ENDEPOLS. Herrn Manfred LEHMANN und dem LELF Brandenburg, Pflanzenschutzdienst sei nochmals im Namen aller Teilnehmer für die perfekte Vorbereitung und die sehr gastfreundliche Betreuung der Tagung gedankt! Für den AK Wirbeltiere im November 2011: Dr. Stefan ENDEPOLS (Monheim)Die Unterdrückungsmöglichkeiten von Heterodera schachtii durch weite Fruchtfolgen und Anbau von resistenten Zwischenfrüchten wurden durch resistente und tolerante Rübensorten bereichert. Hypothetisch könnte die Pflanzenresistenz zur Selektion virulenter Pathotypen von H. schachtii führen. In Mikroplots mit H. schachtii Schach0 (Wildtyp), reagierten drei je anfällige, resistente und tolerante Sortentypen aus verschiedenen Genpools mit Unterschieden im Pflanzenwuchs. Die Nematodenreproduktion war am höchsten unter anfälligen, geringer unter toleranten und am geringsten unter resistenten Sorten. In einem Mikroplotversuch mit H. schachtii Schach1 (virulent an HS1-Genotypen) wurden zweijährig eine anfällige, resistente und tolerante Sorte angebaut. Die resultierenden Nematodenpopulationen wurden auf ihre Virulenz an anfälliger, resistenter und toleranter Sorte im Gewächshausversuch geprüft. Im ersten Jahr war teilweise eine stärkere Virulenz an resistenten und toleranten Bioassaypflanzen zu verzeichnen, wenn Populationen an der resistenten Sorte im Mikroplot statt an anfälliger oder toleranter Sorte angezogen wurden. Nach der zweiten Mikroplotphase an anfälliger oder resistenter Sorte war in einer Population die Virulenz an resistenten und toleranten ähnlich wie an anfälligen Bioassaypflanzen; Anzucht an toleranter Sorte war gefolgt von geringeren Werten auf diesen Testern. Pathotypen von H. schachtii hatten unterschiedliche Virulenz auf den toleranten Sorten. Zwei Vegetationsperioden an ausgewählten Rübengenotypen erzeugten keine messbare Veränderung in der Virulenz.Apple stem pitting virus (ASPV), Apple stem grooving virus (ASGV), and Apple chlorotic leaf spot virus (ACLSV) are the three most common latent viruses in apple worldwide. These viruses are highly variable and infect several woody host plants with different symptoms. Infectious cDNA clones provide the opportunity to study pathogenicity and symptomatology of a determined variant of a virus. Two strategies for the generation of an infectious fulllength cDNA clone of ASPV were attempted. Initially a ligation strategy was attempted by subdividing the genome of ASPV isolate PB 66 into three fragments. These were ligated into the plasmid p1657 containing the 35S promoter. Due to an incomplete 5’-end of the sequence the resulting cDNA clones showed no infectivity on different host plants. The second strategy was based on PCR of the full length of ASPV and ASGV. Comparison of the 5’and 3’-end of different ASPV isolates showed highly conserved domains which were used as primers for PCR. Generation of infectious in vitro RNA transcripts of ASPV and ASGV were obtained by the addition of the T7 promoter sequence to the forward primers of full-length PCR fragments. In vitro RNA transcripts of ASGV infected 5 out of 6 mechanically inoculated Nicotiana occidentalis 37B plants, whereas transcripts of ASPV infected only 4 out of 42 tobacco plants. The Circular Polymerase Extension Cloning method (CPEC) was used to generate an infectious full-length cDNA clone of ASPV and ASGV in pBin V297. N. occidentalis 37B plants were infected by inoculation with Agrobacterium tumefaciens containing the pBin vector with the fulllength cDNA clone for both viruses. The infection rates were 3% for ASPV and 22% for ASGV.Powdery mildew occurs increasingly on parsley during hot summer periods, which has already become the main problem in some cultures when potted. Therefore a screening system of parsley is being elaborated in a cooperation project to be able to check breeding material for resistance and develop varieties resistant to powdery mildew. The project aims to find a screening system well practicable under greenhouse conditions for a multitude of breeding material. This requires both finding optimal conditions as well as climatic factors for best infection and development of the pathogen and simple rating methods. Investigations into sporulation, germination of spores, and incubation period have revealed that they are influenced by temperature and relative humidity. 25 °C and 70 % rf have proved to be the best conditions for powdery mildew to develop most effectively. Selecting aggressive isolates is another important impact factor for screening system methods. A collection of 16 isolates sent in from all over Germany could not only show their exclusive affiliation to the genus Erysiphe but also their differences in aggressiveness. This will support an effective selection of isolates for the screening system. The remaining year of the project will see comparative studies of the aggressive isolates on 20 varieties in greenhouse and field trials to evaluate the method. Rating methods applied so far will be optimized to detect differences in the susceptibility to powdery mildew most clearly.Die krankheitsunterdrückende Wirkung von biologischen Agenzien kann unter Feldbedingungen unter dem Einfluss von biotischen wie auch abiotischen Bedingungen deutlich variieren. Bisher gibt es kaum Kenntnisse dazu, welche Faktoren diese Variation wesentlich bedingen. Ein entscheidender Faktor könnte der Bodentyp sein, der sowohl durch seine physikochemischen als auch mikrobiologischen Eigenschaften Einfluss auf die Aktivität von biologischen Agenzien nehmen kann.

Josif Atabekov - 70th Birthday

On December 7, this year, Professor Josif Atabekov will celebrate his 70th birthday. Since the early 1960s he has decisively influenced the development of plant virology in the former Soviet Union; and he is still shaping its development today far beyond the borders of the Russian Federation as a university professor and an internationally recognized scientist. His name is primarily linked with molecular plant virology and he is renowned in the scientific community as one of the pioneers in the investigation of particle structure and the functionality of virus components. Josif Atabekov was born in Tbilisi, Georgia on December 7, 1934. From 1951 to 1956, he studied at the Faculty of Agriculture of the Timirjasev Academy in Moscow. After receiving his degree in agronomy with a specialization in phytopathology, he was first employed at the Department of Virology of the Institute of Phytopathology in the former Station of Plant Protection in Moscow. In 1961, working under the guidance of K.S. Suchov, one of the most famous Soviet virologists, Josif Atabekov presented his Archives of Phytopathology and Plant Protection November, 2004, Vol. 37, pp. 341 – 343