Schlussbericht AIF

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Schlussbericht AIF
Forschungsthema
GHG 13/07 und GHG 14/07 AiF (AiF-Nr. 15235 BG/1 und BG/2)
„Untersuchungen zur Biologie und Entwicklung praxis-relevanter Nachweismethoden
für bakterielle Erkrankungen am Feldsalat [Valerianella locusta (L.) Laterr.] als
Grundlage für die Selektion von Resistenzquellen gegen den Erreger von Blattflecken
(Acidovorax valerianellae sp. nov.)“
1. Zusammenfassung
Im Rahmen des durchgeführten Forschungsprojekts konnten die angestrebten Projektziele
weitgehend erreicht werden.
Als Beiträge zur Aufklärung der Ätiologie bakterieller Erkrankungen an Feldsalat konnten
insbesondere die Reaktionen des Erregers auf Temperatur und Feuchte charakterisiert
werden, darüber hinaus beeinflussten das Blattalter und die Inokulumdichte den
Schädigungsumfang. Eine Infektion war bei Temperaturen zwischen 10 °C und 30 °C
erfolgreich, wobei mit steigender Temperatur die Symptombildung zunahm. Infizierbar waren
sowohl Keim- als auch Laubblätter. Die Infektionsgeschwindigkeit und Symptomausprägung
nahmen dabei zu, je höher die Temperatur, je älter die Blätter und je konzentrierter das
Inokulum waren. Bei ausschließlich trockenen Bedingungen wurden keine Symptome an
inokulierten Feldsalatpflanzen ausgeprägt. Ein Auftreten beziehungsweise Wiederauftreten
feuchter Bedingungen nach der Inokulation förderte hingegen den Befall maßgeblich, wobei
für eine Infektion fünf Stunden Blattnässedauer ausreichend waren. Insgesamt konnte
gezeigt werden, dass eine gezielte Kulturführung mit möglichst kurzen Blattnässezeiten
einen Weg zur Kontrolle des Schaderregers A. valerianellae darstellt.
Alle der 13 getesteten kommerziellen Feldsalatsorten waren anfällig. Die Resistenz der
Wildart Valerianella rimosa wurde bestätigt. Eine Verringerung der Anfälligkeit von Sorten
gegenüber dem Erreger von Blattflecken an Feldsalat erscheint durch Einkreuzen dieser
Wildart erreichbar.
Als mögliche Übertragungswege ließen sich der Boden und das Saatgut bestätigen. A.
valerianellae überdauerte einen Zeitraum von bis zu elf Monaten im Boden und führte zu
Infektionen von Folgeaussaaten, die aber in ihrer Intensität mit zunehmender Verrottung
abnahmen. Einjährige Fruchtfolgepausen erscheinen somit für eine Eindämmung der
Übertragung des Erregers durch den Boden ausreichend.
Außer Feldsalat konnten keine weiteren, alternativen Wirtspflanzen für A. valerianellae im
Untersuchungszeitraum ermittelt werden und sind in der Literatur auch nicht beschrieben.
Die Aussaat von befallenem Saatgut führte zu einem Befall an Pflanzen und gegebenenfalls
daraus produzierten Samen und stellt somit den wichtigsten Ausbreitungsweg des Erregers
dar. Dekontaminationsversuche an befallenem Saatgut ergaben zwar eine Verminderung
des Befalls, eine vollständige Ausschaltung der Samenübertragbarkeit war aber bislang mit
diesen Behandlungen nicht möglich.
Entwicklung praxisrelevanter Diagnoseverfahren:Um die Spezifität und Zuverlässigkeit zu
entwickelnder Diagnoseverfahren besser beurteilen zu können, erfolgte zunächst eine
Charakterisierung des Erregers bezüglich seiner Diversität. Mittels molekularbiologischer
Methoden wurde eine hohe Heterogenität innerhalb unserer ca. 50 Isolate umfassenden
Sammlung festgestellt. Sowohl die artdefinierende 16S-rDNA-Sequenz als auch das
Bindungsverhalten einzelner Antikörper wiesen Unterschiede auf, die eine Gruppierung der
Isolate ermöglichte. Dennoch konnten sowohl Primerpaare für den art-spezifischen PCRNachweis als auch monoklonale Antikörper für einen serologischen Test (TAS-ELISA)
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entwickelt werden, die alle Isolate erkennen und somit für die zuverlässige Detektion von A.
valerianellae geeignet sind.
Der zunächst für Blattmaterial entwickelte TAS-ELISA konnte für die Testung von Saatgut
auf Pathogenbefall angepasst werden. Dieser Test ermöglicht nicht nur die Feststellung
eines Befalls am Saatgut, sondern ist auch für die schnelle Einschätzung des Erfolges von
antibakteriellen Saatgutbehandlungen geeignet. In Modellexperimenten zur Dekontamination
von Saatgut erwies sich der Erreger als sehr resistent gegenüber physikalischen Methoden
(Warmwasser, Dampf) und konnte nur durch Natriumhypochlorid bei gleichzeitiger massiver
Schädigung der Samen vollständig abgetötet werden. Auch die Überdauerungszeit am
Saatgut ist mit mindestens 6 Jahren (längere Zeiten wurden nicht getestet) ungewöhnlich
hoch. Durch die sehr hohe Sensitivität des TAS-ELISA war die Detektion des Erregers nicht
nur an Saatgutproben, sondern sogar an Einzelkörnern möglich. Dadurch konnte auch die
Befallsrate von natürlich infizierten Saatgutpartien ermittelt werden. Diese beträgt zwischen 1
und 20 %, durchschnittlich 11 % (bei 6 analysierten Partien).
Mit dieser Methode wurde die Voraussetzung für eine zuverlässige Saatguttestung
geschaffen; das Potential zur Bearbeitung weiterer epidemiologischer Fragestellungen, wie
z. B die Ermittlung von Befallsschwellenwerten und alternativen Wirtspflanzen des Erregers
sowie die Erarbeitung von Richtlinien für eine amtlichen Saatgutzertifizierung, ist somit
vorhanden.
2. Darstellung des wissenschaftlich-technischen und wirtschaftlichen Nutzens der
erzielten Ergebnisse
insbesondere für KMU sowie ihres innovativen Beitrags und ihrer industriellen
Anwendungsmöglichkeiten;
Das angestrebte Ziel einer verbesserten Aussage zur Befallssituation in Deutschland wurde
erreicht. Die parallel zum Projektverlauf durchgeführte Saatguttestung und spätere Selektion
von möglichst erregerfreien Partien führte zu deutlich verringerten Befallsausprägungen und
geringeren Ausfällen in den Produktionsbetrieben. Dies deckt sich mit den Rückmeldungen
aus dem projektbegleitenden Ausschuss.
Für eine geeignete Bekämpfungsstrategie für bakterielle Erkrankungen an Feldsalat ist
aufgrund der vorgelegten Projektergebnisse festzustellen, dass kurzfristig vorrangig die
Saatgesundheit in den Blick zu nehmen ist. Hierzu steht mit dem entwickelten Verfahren ein
empfindlicher, schneller und robuster Test zur Verfügung. Die Bereitstellung von gesundem
Saatgut ist mit Hilfe des entwickelten Testverfahrens somit möglich. Für eine
Dekontamination von befallenem Saatgut wurden erste Daten erarbeitet. Für die Erreichung
einer vollständigen Befallsfreiheit fehlen aber noch weitere, darauf aufbauende
Untersuchungen, die als Fortführung der Projektuntersuchungen von den Züchtungspartnern
in Eigenregie geplant sind. Durch die Aussaat von gesundem Saatgut auf Flächen, auf
denen mindestens zwölf Monate zuvor kein infizierter Feldsalat stand und durch eine
trockene Kulturführung kann der A. valerianellae-Befall von Feldsalat deutlich reduziert
werden. Die Fruchtfolgeeinschränkung einer 12-monatigen Anbaupause ist in Deutschland
unproblematisch, in Frankreich als wichtigstem Produktionsland aufgrund eines anderen
Produktionssystems jedoch wesentlich schwieriger zu realisieren. Mittelfristig ist deshalb die
Züchtung widerstandsfähiger Sorten anzustreben, die auch für den wichtigen französischen
Markt die Produktionssicherheit weiter verbessern könnten. Erste Schritte in diese Richtung
erfolgten bereits in den beteiligten Züchterhäusern außerhalb des Projekts, wobei die im
Projektverlauf entwickelten diagnostischen Verfahren hierzu genutzt werden können.
Ziel ist die Kombination von Feldsalat mit Resistenz gegenüber A. valerianellae und
verbesserten Vermarktungseigenschaften (Qualität, Aussehen, Widerstandsfähigkeit). Die
hierfür notwenigen Voraussetzungen (Testverfahren, Nachweise) konnten im Rahmen des
Forschungsprojekts erarbeitet werden.
Aufgrund der bereits beschriebenen verbesserten Saatgutgesundheit durch eine intensive
Testung werden bereits Fortschritte in der Anbausicherheit und eine erhöhte
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Wirtschaftlichkeit in der Produktion von Saatgut und Konsumware bei Feldsalat beobachtet.
Diese Situation dürfte sich mit Einführung resistenter Sorten insbesondere in dem größten
Erzeugerland und wichtigsten Saatgutmarkt Frankreich weiter verbessern.
3. Zusammenstellung aller Arbeiten, die im Zusammenhang mit dem Vorhaben
veröffentlicht wurden oder in Kürze veröffentlicht werden sollen;
BRAJE, I.: Untersuchungen zur bakteriellen Erkrankung Acidovorax valerianellae an
Feldsalat, Universität Hohenheim, Stuttgart, Dissertation.
THIELE, K., BRAJE, I., RABENSTEIN, F., LAUN, N., SMALLA, K. (2011): Untersuchungen
zur Biologie und Entwicklung praxis-relevanter Nachweismethoden für bakterielle
Erkrankungen am Feldsalat [Valerianella locusta (L.)] als Grundlage für die Selektion
von Resistenzquellen gegen den Erreger von Blattflecken (Acidovorax valerianellae sp.
nov). 18. Innovationstag Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und
Technologie in Berlin, Posterbeitrag.
BRAJE, I., ALBRECHT, A., LAUN, N., KRAUTHAUSEN, H.-J., BARCHEND, G.,
FELGENTREU, D., RABENSTEIN, F. (2008): Acidovorax valerianellae als Erreger
bakterieller Blattflecken an Feldsalat. 56. Deutsche Pflanzenschutztagung in Kiel,
Posterbeitrag.
BRAJE, I.; ALBRECHT, A.; LAUN, N.; KRAUTHAUSEN, H.-J.; RABENSTEIN, F. (2008):
Acidovorax valerianellae als Erreger bakterieller Blattflecken an Feldsalat. Mitteilungen
aus dem Julius Kühn-Institut 417, 378-379.
THIELE, K.; RABENSTEIN, F. (2009): Leaf spots on corn salad Valerianella locusta (L.)
Laterr. caused by the bacterium Acidovorax valerianellae – insights into biology and
development of diagnostic tools. Journal für Kulturpflanzen 61, 455-456.
THIELE, K.; SMALLA, K.; BRAJE, I.; RABENSTEIN, F. (2010): Nachweis und molekulare
Charakterisierung von Acidovorax valerianellae, dem Erreger von bakteriellen
Blattflecken an Feldsalat (Valerianella locusta (L.) Laterr.). Julius-Kühn-Archiv 428, 409410. 428 / 2010 : JKI (ed.)
THIELE, K.; SMALLA, K.; KROPF; S.; RABENSTEIN, F. (2011): Detection of Acidovorax
valerianellae, the causing agent of bacterial leaf spots in corn salad [Valerianella locusta
(L.) Laterr.], in corn salad seeds. Letters in Applied Microbiology 54, 112-118.
4. Angaben über gewerbliche Schutzrechte, sofern sie erworben wurden oder ihre
Anmeldung beabsichtigt ist (detaillierte Regelungen zu Schutzrechten sind den
jeweiligen Zuwendungsbescheiden bzw. Weiterleitungsverträgen zu entnehmen);
DLR Rheinpfalz:
JKI:
keine
keine
5. Einschätzung zur Realisierbarkeit des vorgeschlagenen und aktualisierten
Transferkonzepts;
Das vorgeschlagene Konzept erfolgt wie oben beschrieben als zweistufiges Verfahren.
Stufe 1: Saatguttestung
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Diese Stufe des Transfers ist bereits realisiert und hat zu erfreulich positiven Auswirkungen
auf das Befallsauftreten geführt. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit der Feldsalaterzeugung
aufgrund verbesserter Aberntequoten und der KMU aufgrund verringerter Reklamationskosten und Ausfälle. Mit einer verbesserten Dekontamination bzw. der gezielten Elimination
von kontaminiertem Saatgut ist eine weitere Steigerung der Wirtschaftlichkeit für die
beteiligten KMU zu erwarten, weil produzierte Saatgutmengen sicherer vermarktet werden
können und nicht hohe Sicherheitszuschläge im Umfang der Saatgutproduktion eingeplant
werden müssen.
Nicht erfasst wird mit diesem Verfahren der o.g. bodenbürtige Befall, der insb. in Frankreich
neben dem samenbürtigen Befall eine wesentliche Rolle im Befallsauftreten spielt.
Stufe 2: Einführung resistenter Sorten
Der Einsatz resistenter Sorten würde eine sichere Wirkung auch bei bodenbürtigem Befall
ermöglichen. Gleichzeitig sind die sonstigen Anforderungen an eine marktfähige
Feldsalatsorte zu erfüllen, wie z.B. Form, Aussehen, Aufbau, Produktionssicherheit und
Stabilität im Nacherntebereich. Solche Sorten würden den Anbietern einen klaren Vorteil
gegenüber den Mitbewerbern und einen erhöhten Marktanteil und/oder höhere Preise für das
Saatgut ermöglichen. Die Chancen für die Züchtung solcher marktrelevanten Sorten mit
hoher Wertschöpfung werden als gut eingestuft. Nicht einzuschätzen ist die Dauerhaftigkeit
einer solchen Resistenz gegenüber möglichen resistenzbrechenden Pathotypen, da der
Resistenzmechanismus erst erforscht und aufgeklärt werden muss.
6. Hinweis auf die Förderung durch das BMWi über die AiF (Förderhinweis).
Die IGF-Vorhaben GHG 13/07 und 14/07 AiF (AiF-Nr. 15235 BG/1 und BG/2) der
Forschungsvereinigung Gemeinschaft
zur
Förderung
der
privaten deutschen
Pflanzenzüchtung e. V. (GFP) wurden über die AiF im Rahmen des Programms zur
Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des
Deutschen Bundestages gefördert.